Niêm phong khớp mặt bích - Tại sao vật liệu 304 không được khuyến nghị cho bu lông?
Khi mặt bích bằng thép carbon hoặc thép không gỉ được sử dụng với 304 bu lông vật liệu trong niêm phong khớp nối mặt bích, các vấn đề rò rỉ thường xảy ra trong quá trình hoạt động. Bài giảng này sẽ thực hiện một phân tích định tính về điều này.
(1) Sự khác biệt cơ bản giữa vật liệu 304, 304L, 316 và 316L là gì?
304, 304L, 316 và 316L là các loại thép không gỉ thường được sử dụng trong các khớp nối mặt bích bao gồm mặt bích, các bộ phận làm kín và ốc vít.
304, 304L, 316 và 316L là các chỉ định cấp thép không gỉ của Tiêu chuẩn Vật liệu Hoa Kỳ (ANSI hoặc ASTM), thuộc dòng 300 thép không gỉ Austenit. Các loại tương ứng với tiêu chuẩn vật liệu trong nước (GB / T) là 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Loại thép không gỉ này thường được gọi chung là thép không gỉ 18-8.
Xem Bảng 1, 304, 304L, 316 và 316L có các tính chất vật lý, hóa học và cơ học khác nhau do bổ sung các nguyên tố và lượng hợp kim. So với thép không gỉ thông thường, chúng có khả năng chống ăn mòn tốt, chịu nhiệt và hiệu suất xử lý . Khả năng chống ăn mòn của 304L tương tự như 304, nhưng vì hàm lượng carbon của 304L thấp hơn 304, khả năng chống ăn mòn giữa các hạt của nó mạnh hơn. 316 và 316L là thép không gỉ chứa molypden. Do bổ sung molypden, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt của chúng tốt hơn so với 304 và 304L. Theo cách tương tự, vì hàm lượng carbon của 316L thấp hơn so với 316, khả năng chống ăn mòn tinh thể của nó tốt hơn. Thép không gỉ Austenitic như 304, 304L, 316 và 316L có độ bền cơ học thấp. Cường độ năng suất nhiệt độ phòng là 304 là 205MPa, 304L là 170MPa; cường độ năng suất nhiệt độ phòng là 316 là 210MPa và 316L là 200MPa. Do đó, các bu lông làm từ chúng thuộc về các bu lông cấp cường độ thấp.
Bảng 1 Hàm lượng carbon, % Cường độ năng suất nhiệt độ phòng, MPa Nhiệt độ dịch vụ tối đa được đề xuất, ° C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Tại sao các mối nối mặt bích không nên sử dụng bu lông của vật liệu như 304 và 316?
Như đã đề cập trong các bài giảng trước, khớp mặt bích trước tiên tách các bề mặt niêm phong của hai mặt bích do tác động của áp suất bên trong, dẫn đến giảm ứng suất của miếng đệm tương ứng, và thứ hai, sự thư giãn của lực bu lông do sự thư giãn của miếng đệm hoặc dây leo của bu lông ở nhiệt độ cao , cũng làm giảm ứng suất của miếng đệm, do đó khớp mặt bích bị rò rỉ và hỏng.
Trong hoạt động thực tế, việc nới lỏng lực bu lông là không thể tránh khỏi, và lực bu lông siết chặt ban đầu sẽ luôn giảm theo thời gian. Đặc biệt đối với các khớp mặt bích trong điều kiện nhiệt độ cao và chu kỳ khắc nghiệt, sau 10.000 giờ hoạt động, tổn thất tải trọng bu lông thường sẽ vượt quá 50%, và nó sẽ suy giảm khi thời gian tiếp tục và sự gia tăng nhiệt độ.
Khi mặt bích và bu lông được làm bằng các vật liệu khác nhau, đặc biệt là khi mặt bích được làm bằng thép cacbon và bu lông được làm bằng thép không gỉ, hệ số giãn nở nhiệt 2 của vật liệu của bu lông và mặt bích là khác nhau, chẳng hạn như hệ số giãn nở nhiệt của thép không gỉ ở 50 ° C (16,51×10-5 / ° C) lớn hơn hệ số giãn nở nhiệt của thép carbon (11,12×10-5 / ° C). Sau khi thiết bị được làm nóng lên, khi độ giãn nở của mặt bích nhỏ hơn sự giãn nở của bu lông, sau khi phối hợp biến dạng, độ giãn dài của bu lông giảm, làm cho lực của bu lông giảm. Nếu có bất kỳ sự lỏng lẻo nào, nó có thể gây rò rỉ trong khớp mặt bích. Do đó, khi mặt bích thiết bị nhiệt độ cao và mặt bích ống được kết nối, đặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt của mặt bích và vật liệu bu lông là khác nhau, hệ số giãn nở nhiệt của hai vật liệu phải càng gần càng tốt.
Có thể thấy từ (1) rằng độ bền cơ học của thép không gỉ Austenit như 304 và 316 là thấp, và cường độ năng suất nhiệt độ phòng là 304 chỉ là 205MPa, và của 316 chỉ là 210MPa. Do đó, để cải thiện khả năng chống thư giãn và chống mỏi của bu lông, các biện pháp tăng lực bu lông của bu lông lắp đặt được thực hiện. Ví dụ, khi lực bu lông lắp đặt tối đa được sử dụng trong diễn đàn tiếp theo, yêu cầu ứng suất của bu lông lắp đặt đạt 70% cường độ chảy của vật liệu bu lông, do đó phải cải thiện cấp cường độ của vật liệu bu lông và vật liệu bu lông thép hợp kim cường độ cao hoặc trung bình được sử dụng. Rõ ràng, ngoại trừ gang, mặt bích phi kim loại hoặc miếng đệm cao su, đối với các miếng đệm bán kim loại và kim loại có mặt bích hoặc miếng đệm có ứng suất cao hơn, bu lông làm bằng vật liệu có độ bền thấp như 304 và 316, do lực bu lông Không đủ để đáp ứng các yêu cầu niêm phong. Điều cần đặc biệt chú ý ở đây là trong tiêu chuẩn vật liệu bu lông bằng thép không gỉ của Mỹ, 304 và 316 có hai loại, đó là B8 Cl.1 và B8 Cl.2 của 304 và B8M Cl.1 và B8M Cl.2 của 316. Cl.1 là dung dịch rắn được xử lý bằng cacbua, trong khi Cl.2 trải qua quá trình xử lý tăng cường chủng ngoài xử lý dung dịch rắn. Mặc dù không có sự khác biệt cơ bản về khả năng kháng hóa chất giữa B8 Cl.2 và B8 Cl.1, độ bền cơ học của B8 Cl.2 được cải thiện đáng kể so với B8 Cl.1, chẳng hạn như B8 Cl.2 với đường kính 3/4 "Cường độ chảy của vật liệu bu lông là 550MPa, trong khi cường độ chảy của vật liệu bu lông B8 Cl.1 của tất cả các đường kính chỉ là 205MPa, sự khác biệt giữa hai là nhiều hơn hai lần. Các tiêu chuẩn vật liệu bu lông trong nước 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) và B8 Cl.1 tương đương với B8M Cl.1. [Lưu ý: Vật liệu bu lông S30408 tính bằng GB / T 150.3 "Thiết kế phần ba của bình chịu áp lực" tương đương với B8 Cl.2; S31608 tương đương với B8M Cl.1.
Theo các lý do trên, GB / T 150.3 và GB / T38343 "Quy định kỹ thuật lắp đặt khớp mặt bích" quy định rằng mặt bích của thiết bị áp lực và khớp nối mặt bích ống không được khuyến nghị sử dụng 304 thông thường (B8 Cl.1) và 316 (B8M Cl. . . 1) Bu lông của vật liệu, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao và chu kỳ khắc nghiệt, nên được thay thế bằng B8 Cl.2 (S30408) và B8M Cl.2 để tránh lực bu lông lắp đặt thấp.
Điều đáng chú ý là khi các vật liệu bu lông có độ bền thấp như 304 và 316 được sử dụng, ngay cả trong giai đoạn lắp đặt, vì mô-men xoắn không được kiểm soát, bu lông có thể đã vượt quá cường độ chảy của vật liệu, hoặc thậm chí bị gãy. Đương nhiên, nếu rò rỉ xảy ra trong quá trình kiểm tra áp suất hoặc bắt đầu hoạt động, ngay cả khi các bu lông tiếp tục được siết chặt, lực bu lông sẽ không tăng lên và không thể ngăn chặn rò rỉ. Ngoài ra, các bu lông này không thể được tái sử dụng sau khi được tháo rời, bởi vì các bu lông đã trải qua biến dạng vĩnh viễn, và kích thước mặt cắt ngang của bu lông đã trở nên nhỏ hơn, và chúng dễ bị gãy sau khi lắp đặt lại.
