Flanş Derz Sızdırmazlığı - Cıvatalar için neden 304 malzemesi önerilmez?
Flanş derz sızdırmazlığında 304 malzeme cıvataları ile karbon çelik veya paslanmaz çelik flanşlar kullanıldığında, çalışma sırasında sızıntı sorunları sıklıkla ortaya çıkar. 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 Standardı'nın (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 toplu olarak 18-8 paslanmaz çelik olarak adlandırılır.
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 olduğundan, 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 sınıf 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 bağlantıları neden 304 ve 316 gibi malzemelerin cıvatalarını kullanmamalıdır?
Önceki derslerde belirtildiği gibi, flanş mafsal, ilk olarak, iç basıncın etkisinden dolayı iki flanşın sızdırmazlık yüzeylerini ayırır, bu da contanın gerilmesinde karşılık gelen bir azalmaya neden olur ve ikincisi, contanın sürünme gevşemesi veya cıvatanın kendisinin yüksek sıcaklıkta sürünmesi nedeniyle cıvata kuvvetinin gevşemesi, ayrıca contanın stresini azaltır, böylece flanş bağlantısı sızar ve arızalanır.
Gerçek operasyonda, cıvata kuvvetinin gevşemesi kaçınılmazdır ve ilk sıkma cıvata kuvveti her zaman zamanla düşecektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşulları altındaki flanş bağlantıları için, 10.000 saatlik çalışmadan sonra, cıvata yükü kaybı genellikle% 50'yi aşacak ve zamanın devam etmesi ve sıcaklığın artmasıyla zayıflayacaktır.
Flanş ve cıvata farklı malzemelerden yapıldığında, özellikle flanş karbon çeliğinden yapıldığında ve cıvata paslanmaz çelikten yapıldığında, cıvata malzemesinin ve flanşın termal genleşme katsayısı 2 farklıdır, örneğin paslanmaz çeliğin 50 ° C'deki (16.51×10-5 / ° C) termal genleşme katsayısı, karbon çeliğinin termal genleşme katsayısından (11.12×10-5 / ° C) daha büyüktür. Cihaz ısıtıldıktan sonra, flanşın genişlemesi cıvatanın genişlemesinden daha küçük olduğunda, deformasyon koordine edildikten sonra, cıvatanın uzaması azalır ve cıvatanın kuvvetinin azalmasına neden olur. Herhangi bir gevşeklik varsa, flanş ekleminde sızıntıya neden olabilir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık ekipman flanşı ve boru flanşı bağlandığında, özellikle flanş ve cıvata malzemelerinin termal genleşme katsayıları farklı olduğunda, iki malzemenin termal genleşme katsayıları mümkün olduğunca yakın olmalıdır.
(1)'den 304 ve 316 gibi östenitik paslanmaz çeliğin mekanik dayanımının düşük olduğu ve 304'ün oda sıcaklığı akma dayanımının sadece 205MPa ve 316'nınkinin sadece 210MPa olduğu görülebilir. Bu nedenle, cıvataların gevşeme önleme ve yorulma önleme kabiliyetini geliştirmek için, montaj cıvatalarının cıvata kuvvetini arttırmaya yönelik 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 iyileştirilmeli ve yüksek mukavemetli veya orta mukavemetli alaşımlı çelik cıvata malzemeleri kullanılmalıdır. Açıkçası, dökme demir, metalik olmayan flanşlar veya kauçuk contalar hariç, daha yüksek basınç dereceli flanşlara sahip yarı metalik ve metal contalar veya daha fazla strese 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 şey, Amerikan paslanmaz çelik cıvata malzemesi standardında, 304 ve 316'nın iki kategoriye sahip olmasıdır: 304'ün B8 Cl.1 ve B8 Cl.2'si ve 316'nın B8M Cl.1 ve B8M Cl.2'si. Cl.1, karbürlerle muamele edilmiş katı çözeltidir, Cl.2 ise katı çözelti tedavisine ek olarak gerinim 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 iyileştirilmiştir "Cıvata malzemesinin akma dayanımı 550MPa, tüm çaplardaki B8 Cl.1 cıvata malzemesinin akma dayanımı sadece 205MPa'dır, ikisi arasındaki fark iki kattan fazladır. Evsel cıvata malzemesi standartları 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ve B8 Cl.1, B8M Cl.1'e eşdeğerdir. [Not: GB / T 150.3 "Basınçlı Kap Bölüm Üç Tasarım" daki cıvata malzemesi S30408, B8 Cl.2'ye eşdeğerdir; S31608, B8M Cl.1'e eşdeğerdir.
Yukarıdaki nedenler ışığında, GB / T 150.3 ve GB / T38343 "Flanş Derz Montajı için Teknik Düzenlemeler", basınçlı ekipman ve boru flanşı bağlantılarının flanşlarının normal 304 (B8 Cl.1) ve 316 (B8M Cl. . 1) Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşullarında, malzemelerin 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, kurulum aşamasında bile, tork kontrol edilmediğinden, cıvatanın malzemenin akma dayanımını aşmış veya hatta kırılmış olabileceğini belirtmek gerekir. Doğal olarak, basınç testi veya çalışmaya başlama sırasında sızıntı meydana gelirse, cıvatalar sıkılmaya devam etse bile, cıvata kuvveti artmaz ve sızıntı durdurulamaz. Ek olarak, bu cıvatalar söküldükten sonra tekrar kullanılamaz, çünkü cıvatalar kalıcı deformasyona uğramıştır ve cıvataların kesit boyutu küçülmüştür ve yeniden kurulumdan sonra kırılmaya eğilimlidirler.
