法蘭接頭密封—為什么螺栓不建議用 304 材料?
來源: 作者: 發布時間:2021-10-21 16:04 瀏覽量:40
(1) 304、304L、316 和 316L 材料有什么基本區別?
304、304L、316 和 316L 是美國材料標準(ANSI 或 ASTM)的不銹鋼種代號,隸屬于奧氏體不銹鋼的 300 系列一類鋼。與國內材料標準(GB/T)對應的牌號是 06Cr19Ni10(304)、022Cr19Ni10(304L)、06Cr17Ni12Mo2 (316)、022Cr17Ni12Mo2(316L)。通常把這類不銹鋼統稱為 18—8不銹鋼。
(2) 為什么法蘭接頭不應采用 304 和 316 等一類材料的螺栓?
如前面幾講所述,法蘭接頭一是因內壓力作用使兩法蘭密封面分離,引起墊片應力相應減少,二是因 高溫下墊片蠕變松弛或螺栓本身蠕變引起螺栓力松弛,同樣使墊片應力下降,以至法蘭接頭發生泄漏失效。
實際運行中,螺栓力松弛是不可避免的,初始擰緊的螺栓力總會隨時間而有所跌落。特別是處于高溫 和劇烈循環工況的法蘭接頭,經過10000 小時運行后,螺栓載荷損失常會超過50%,并隨時間的延續和溫度 的提高而衰減下去。
由(1)可見,304 和 316 一類奧氏體不銹鋼的力學強度低,304 的室溫屈服強度僅為205MPa,316 也只有210MPa。因此,為了提高螺栓抗松弛和抗疲勞的能力,采取提高安裝螺栓力的措施,如在后續的講壇中 將會講到采用最大安裝螺栓力時,要求安裝螺栓應力達到 70%的螺栓材料屈服強度,這樣就必須提高螺栓 材料的強度等級,采用高強度或中強度合金鋼螺栓材料。顯易而見,除鑄鐵、非金屬法蘭或橡膠墊片外,對于壓力等級較高法蘭或墊片應力較大的半金屬和金屬墊片,304、316 這類低強度材料螺栓,因螺栓力不夠而達不到密封要求。
這里需要特別關注的是在美國不銹鋼螺栓材料標準中304和316分別有兩個類別,即304的B8 Cl.1和B8 Cl.2 以及 316 的 B8M Cl.1 和 B8M Cl.2。Cl.1 是經過碳化物固溶處理,而 Cl.2 除固溶處理外,還經過 應變強化處理。雖然 B8 Cl.2 和 B8 Cl.1 在耐化學腐蝕性上沒有根本區別,但相對 B8 Cl.1,B8 Cl.2 的 力學強度獲得相當提高,如直徑為3/4”的B8 Cl.2 螺栓材料的屈服強度為550MPa,而所有直徑的 B8 Cl.1 螺栓材料的屈服強度僅為205MPa,兩者相差兩倍以上。國內螺栓材料標準中的 06Cr19Ni10(304)、06Cr17Ni12Mo2(316),與B8 Cl.1 和 B8M Cl.1 相當。[注:GB/T 150.3《壓力容器 第三部分 設計》中的螺栓材料 S30408 與 B8 Cl.2 相當;S31608 與 B8M Cl.1 相當。
值得注意的是當采用 304、316 這類低強度螺栓材料,甚至在安裝階段,由于沒有對扭矩進行控制,螺栓可能已超過材料屈服強度,甚至發生斷裂。自然,若耐壓試驗或開始運行就出現了泄漏,即使繼續擰緊螺栓,螺栓力也上不去,不能阻止泄漏。此外,這些螺栓拆卸后不能重復使用,因螺栓已經產生了永久變形,螺栓截面尺寸變小,再安裝就容易發生擰斷。