14 Kasım 2022
Flanş Bağlantı Sızdırmazlığı - Cıvatalar için neden 304 malzeme önerilmez?
Flanş bağlantı sızdırmazlığında 304 malzeme civataları ile karbon çeliği veya paslanmaz çelik flanşlar kullanıldığında, çalışma sırasında genellikle sızıntı sorunları meydana gelir. Bu ders bunun nitel bir analizini yapacaktır.
(1) 304, 304L, 316 ve 316L malzemeler arasındaki temel farklar nelerdir?
304, 304L, 316 ve 316L, flanşlar, sızdırmazlık elemanları ve bağlantı elemanları dahil olmak üzere flanşlı bağlantılarda yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelik kaliteleridir.
304, 304L, 316 ve 316L, 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklere ait olan Amerikan Malzeme Standardının (ANSI veya ASTM) paslanmaz çelik kalite tanımlarıdır. Yerli malzeme standartlarına (GB / T) karşılık gelen kaliteler 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L)'dir. Bu tip paslanmaz çelik genellikle topluca 18-8 paslanmaz çelik olarak adlandırılır.
Bkz. Tablo 1, 304, 304L, 316 ve 316L, alaşım elementlerinin ve miktarlarının eklenmesi nedeniyle farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Sıradan paslanmaz çelik ile karşılaştırıldığında, iyi korozyon direncine, ısı direncine ve işleme performansına sahiptirler. 304L'nin korozyon direnci 304'ünkine benzer, ancak 304L'nin karbon içeriği 304'ünkinden daha düşük olduğu için taneler arası korozyona karşı direnci daha güçlüdür. 316 ve 316L, molibden içeren paslanmaz çeliklerdir. Molibden ilavesi nedeniyle, korozyon direnci ve ısı direnci 304 ve 304L'den daha iyidir. Aynı şekilde, 316L'nin karbon içeriği 316'nınkinden daha düşük olduğu için kristal korozyonuna direnme kabiliyeti daha iyidir. 304, 304L, 316 ve 316L gibi östenitik paslanmaz çelikler düşük mekanik dayanıma sahiptir. 304 oda sıcaklığı akma dayanımı 205MPa, 304L 170MPa'dır; 316 oda sıcaklığı akma dayanımı 210MPa ve 316L 200MPa'dır. Bu nedenle, bunlardan yapılan cıvatalar düşük mukavemetli dereceli cıvatalara aittir.
Tablo 1 Karbon içeriği, % Oda sıcaklığı akma dayanımı, MPa Önerilen maksimum servis sıcaklığı, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Flanş bağlantılarında neden 304 ve 316 gibi malzemelerin cıvataları kullanılmamalıdır?
Önceki derslerde bahsedildiği gibi, flanş bağlantısı ilk olarak iç basıncın etkisine bağlı olarak iki flanşın sızdırmazlık yüzeylerini ayırır, bu da contanın geriliminde karşılık gelen bir azalmaya neden olur ve ikinci olarak, contanın sürünme gevşemesi veya cıvatanın kendisinin yüksek sıcaklıkta sürünmesi nedeniyle cıvata kuvvetinin gevşemesi, ayrıca contanın stresini azaltır, böylece flanş bağlantısı sızıntı yapar ve arızalanır.
Gerçek çalışmada, cıvata kuvvetinde gevşeme kaçınılmazdır ve ilk sıkma cıvatası kuvveti zamanla her zaman düşecektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşulları altındaki flanş bağlantıları için, 10.000 saatlik çalışmadan sonra, cıvata yük kaybı genellikle% 50'yi aşacak ve zamanın devamı ve sıcaklığın artmasıyla zayıflayacaktır.
Flanş ve cıvata farklı malzemelerden yapıldığında, özellikle flanş karbon çeliğinden ve cıvata paslanmaz çelikten yapıldığında, cıvata malzemesinin ve flanşın ısıl genleşme katsayısı 2 farklıdır, örneğin 50 ° C'de (16.51 × 10-5 / ° C) paslanmaz çeliğin termal genleşme katsayısı, karbon çeliğinin termal genleşme katsayısından (11.12 × 10-5 / ° C) daha büyüktür. Cihaz ısındıktan sonra, flanşın genleşmesi cıvatanın genleşmesinden daha küçük olduğunda, deformasyon koordine edildikten sonra cıvatanın uzaması azalır ve cıvatanın kuvvetinin azalmasına neden olur. Herhangi bir gevşeklik varsa, flanş bağlantısında sızıntıya neden olabilir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık ekipman flanşı ve boru flanşı bağlandığında, özellikle flanş ve cıvata malzemelerinin ısıl genleşme katsayıları farklı olduğunda, iki malzemenin ısıl genleşme katsayıları mümkün olduğunca yakın olmalıdır.
(1) 'den, 304 ve 316 gibi östenitik paslanmaz çeliğin mekanik mukavemetinin düşük olduğu ve 304'ün oda sıcaklığı akma mukavemetinin sadece 205MPa ve 316'nın sadece 210MPa olduğu görülebilir. Bu nedenle, cıvataların gevşeme önleyici ve yorulma önleyici kabiliyetini geliştirmek için, montaj cıvatalarının cıvata kuvvetini artırmak için önlemler alınır. Örneğin, takip forumunda maksimum montaj cıvata kuvveti kullanıldığında, montaj cıvatalarının gerilmesinin cıvata malzemesinin akma dayanımının %70'ine ulaşması gerekir, böylece cıvata malzemesinin mukavemet derecesi iyileştirilmelidir ve yüksek mukavemetli veya orta mukavemetli alaşımlı çelik cıvata malzemeleri kullanılır. Açıkçası, dökme demir, metalik olmayan flanşlar veya kauçuk contalar hariç, daha yüksek basınç dereceli flanşlara sahip yarı metalik ve metal contalar veya daha büyük gerilime sahip contalar için, cıvata kuvveti nedeniyle 304 ve 316 gibi düşük mukavemetli malzemelerden yapılmış cıvatalar Sızdırmazlık gereksinimlerini karşılamak için yeterli değildir.
Burada özellikle dikkat edilmesi gereken, Amerikan paslanmaz çelik cıvata malzeme standardında 304 ve 316'nın 304'ün B8 Cl.1 ve B8 Cl.2 ve 316'nın B8M Cl.1 ve B8M Cl.2 olmak üzere iki kategoriye sahip olmasıdır. Cl.1, karbürlerle muamele edilmiş katı çözeltidir, Cl.2 ise katı çözelti işlemine ek olarak suş güçlendirme işlemine tabi tutulur. B8 Cl.2 ve B8 Cl.1 arasında kimyasal dirençte temel bir fark olmamasına rağmen, B8 Cl.2'nin mekanik mukavemeti, 3/4 "çapında B8 Cl.2 gibi B8 Cl.1'e göre önemli ölçüde geliştirilmiştir Cıvata malzemesinin akma dayanımı 550MPa iken, tüm çaplardaki B8 Cl.1 cıvata malzemesinin akma dayanımı sadece 205MPa'dır, İkisi arasındaki fark iki kattan fazladır. Yerli cıvata malzeme standartları 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) ve B8 Cl.1, B8M Cl.1'e eşdeğerdir. [Not: GB / T 150.3 "Basınçlı Kap Bölüm Üç Tasarımı" ndaki cıvata malzemesi S30408, B8 Cl.2'ye eşdeğerdir; S31608, B8M Cl.1'e eşdeğerdir.
Yukarıdaki nedenler göz önüne alındığında, GB/T 150.3 ve GB/T38343 "Flanş Bağlantı Montajı için Teknik Düzenlemeler", basınçlı ekipman flanşlarının ve boru flanş bağlantılarının normal 304 (B8 Cl.1) ve 316 (B8M Cl. 1) Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşullarında malzeme cıvataları, düşük montaj cıvata kuvvetini önlemek için B8 Cl.2 (S30408) ve B8M Cl.2 ile değiştirilmelidir.
304 ve 316 gibi düşük mukavemetli cıvata malzemeleri kullanıldığında, montaj aşamasında bile, tork kontrol edilmediği için cıvatanın malzemenin akma dayanımını aşmış veya hatta kırılmış olabileceğini belirtmekte fayda var. Doğal olarak, basınç testi veya çalışmanın başlaması sırasında sızıntı meydana gelirse, cıvatalar sıkılmaya devam etse bile, cıvata kuvveti artmaz ve sızıntı durdurulamaz. Ek olarak, bu cıvatalar demonte edildikten sonra tekrar kullanılamaz, çünkü cıvatalar kalıcı deformasyona uğramıştır ve cıvataların kesit boyutu küçülmüştür ve yeniden takıldıktan sonra kırılmaya eğilimlidirler.
(1) 304, 304L, 316 ve 316L malzemeler arasındaki temel farklar nelerdir?
304, 304L, 316 ve 316L, flanşlar, sızdırmazlık elemanları ve bağlantı elemanları dahil olmak üzere flanşlı bağlantılarda yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelik kaliteleridir.
304, 304L, 316 ve 316L, 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklere ait olan Amerikan Malzeme Standardının (ANSI veya ASTM) paslanmaz çelik kalite tanımlarıdır. Yerli malzeme standartlarına (GB / T) karşılık gelen kaliteler 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L)'dir. Bu tip paslanmaz çelik genellikle topluca 18-8 paslanmaz çelik olarak adlandırılır.
Bkz. Tablo 1, 304, 304L, 316 ve 316L, alaşım elementlerinin ve miktarlarının eklenmesi nedeniyle farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Sıradan paslanmaz çelik ile karşılaştırıldığında, iyi korozyon direncine, ısı direncine ve işleme performansına sahiptirler. 304L'nin korozyon direnci 304'ünkine benzer, ancak 304L'nin karbon içeriği 304'ünkinden daha düşük olduğu için taneler arası korozyona karşı direnci daha güçlüdür. 316 ve 316L, molibden içeren paslanmaz çeliklerdir. Molibden ilavesi nedeniyle, korozyon direnci ve ısı direnci 304 ve 304L'den daha iyidir. Aynı şekilde, 316L'nin karbon içeriği 316'nınkinden daha düşük olduğu için kristal korozyonuna direnme kabiliyeti daha iyidir. 304, 304L, 316 ve 316L gibi östenitik paslanmaz çelikler düşük mekanik dayanıma sahiptir. 304 oda sıcaklığı akma dayanımı 205MPa, 304L 170MPa'dır; 316 oda sıcaklığı akma dayanımı 210MPa ve 316L 200MPa'dır. Bu nedenle, bunlardan yapılan cıvatalar düşük mukavemetli dereceli cıvatalara aittir.
Tablo 1 Karbon içeriği, % Oda sıcaklığı akma dayanımı, MPa Önerilen maksimum servis sıcaklığı, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Flanş bağlantılarında neden 304 ve 316 gibi malzemelerin cıvataları kullanılmamalıdır?
Önceki derslerde bahsedildiği gibi, flanş bağlantısı ilk olarak iç basıncın etkisine bağlı olarak iki flanşın sızdırmazlık yüzeylerini ayırır, bu da contanın geriliminde karşılık gelen bir azalmaya neden olur ve ikinci olarak, contanın sürünme gevşemesi veya cıvatanın kendisinin yüksek sıcaklıkta sürünmesi nedeniyle cıvata kuvvetinin gevşemesi, ayrıca contanın stresini azaltır, böylece flanş bağlantısı sızıntı yapar ve arızalanır.
Gerçek çalışmada, cıvata kuvvetinde gevşeme kaçınılmazdır ve ilk sıkma cıvatası kuvveti zamanla her zaman düşecektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşulları altındaki flanş bağlantıları için, 10.000 saatlik çalışmadan sonra, cıvata yük kaybı genellikle% 50'yi aşacak ve zamanın devamı ve sıcaklığın artmasıyla zayıflayacaktır.
Flanş ve cıvata farklı malzemelerden yapıldığında, özellikle flanş karbon çeliğinden ve cıvata paslanmaz çelikten yapıldığında, cıvata malzemesinin ve flanşın ısıl genleşme katsayısı 2 farklıdır, örneğin 50 ° C'de (16.51 × 10-5 / ° C) paslanmaz çeliğin termal genleşme katsayısı, karbon çeliğinin termal genleşme katsayısından (11.12 × 10-5 / ° C) daha büyüktür. Cihaz ısındıktan sonra, flanşın genleşmesi cıvatanın genleşmesinden daha küçük olduğunda, deformasyon koordine edildikten sonra cıvatanın uzaması azalır ve cıvatanın kuvvetinin azalmasına neden olur. Herhangi bir gevşeklik varsa, flanş bağlantısında sızıntıya neden olabilir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık ekipman flanşı ve boru flanşı bağlandığında, özellikle flanş ve cıvata malzemelerinin ısıl genleşme katsayıları farklı olduğunda, iki malzemenin ısıl genleşme katsayıları mümkün olduğunca yakın olmalıdır.
(1) 'den, 304 ve 316 gibi östenitik paslanmaz çeliğin mekanik mukavemetinin düşük olduğu ve 304'ün oda sıcaklığı akma mukavemetinin sadece 205MPa ve 316'nın sadece 210MPa olduğu görülebilir. Bu nedenle, cıvataların gevşeme önleyici ve yorulma önleyici kabiliyetini geliştirmek için, montaj cıvatalarının cıvata kuvvetini artırmak için önlemler alınır. Örneğin, takip forumunda maksimum montaj cıvata kuvveti kullanıldığında, montaj cıvatalarının gerilmesinin cıvata malzemesinin akma dayanımının %70'ine ulaşması gerekir, böylece cıvata malzemesinin mukavemet derecesi iyileştirilmelidir ve yüksek mukavemetli veya orta mukavemetli alaşımlı çelik cıvata malzemeleri kullanılır. Açıkçası, dökme demir, metalik olmayan flanşlar veya kauçuk contalar hariç, daha yüksek basınç dereceli flanşlara sahip yarı metalik ve metal contalar veya daha büyük gerilime sahip contalar için, cıvata kuvveti nedeniyle 304 ve 316 gibi düşük mukavemetli malzemelerden yapılmış cıvatalar Sızdırmazlık gereksinimlerini karşılamak için yeterli değildir.
Burada özellikle dikkat edilmesi gereken, Amerikan paslanmaz çelik cıvata malzeme standardında 304 ve 316'nın 304'ün B8 Cl.1 ve B8 Cl.2 ve 316'nın B8M Cl.1 ve B8M Cl.2 olmak üzere iki kategoriye sahip olmasıdır. Cl.1, karbürlerle muamele edilmiş katı çözeltidir, Cl.2 ise katı çözelti işlemine ek olarak suş güçlendirme işlemine tabi tutulur. B8 Cl.2 ve B8 Cl.1 arasında kimyasal dirençte temel bir fark olmamasına rağmen, B8 Cl.2'nin mekanik mukavemeti, 3/4 "çapında B8 Cl.2 gibi B8 Cl.1'e göre önemli ölçüde geliştirilmiştir Cıvata malzemesinin akma dayanımı 550MPa iken, tüm çaplardaki B8 Cl.1 cıvata malzemesinin akma dayanımı sadece 205MPa'dır, İkisi arasındaki fark iki kattan fazladır. Yerli cıvata malzeme standartları 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) ve B8 Cl.1, B8M Cl.1'e eşdeğerdir. [Not: GB / T 150.3 "Basınçlı Kap Bölüm Üç Tasarımı" ndaki cıvata malzemesi S30408, B8 Cl.2'ye eşdeğerdir; S31608, B8M Cl.1'e eşdeğerdir.
Yukarıdaki nedenler göz önüne alındığında, GB/T 150.3 ve GB/T38343 "Flanş Bağlantı Montajı için Teknik Düzenlemeler", basınçlı ekipman flanşlarının ve boru flanş bağlantılarının normal 304 (B8 Cl.1) ve 316 (B8M Cl. 1) Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşullarında malzeme cıvataları, düşük montaj cıvata kuvvetini önlemek için B8 Cl.2 (S30408) ve B8M Cl.2 ile değiştirilmelidir.
304 ve 316 gibi düşük mukavemetli cıvata malzemeleri kullanıldığında, montaj aşamasında bile, tork kontrol edilmediği için cıvatanın malzemenin akma dayanımını aşmış veya hatta kırılmış olabileceğini belirtmekte fayda var. Doğal olarak, basınç testi veya çalışmanın başlaması sırasında sızıntı meydana gelirse, cıvatalar sıkılmaya devam etse bile, cıvata kuvveti artmaz ve sızıntı durdurulamaz. Ek olarak, bu cıvatalar demonte edildikten sonra tekrar kullanılamaz, çünkü cıvatalar kalıcı deformasyona uğramıştır ve cıvataların kesit boyutu küçülmüştür ve yeniden takıldıktan sonra kırılmaya eğilimlidirler.