(1) Quali sono le differenze fondamentali tra 304,304L, 316 e316Lmateriali?
304, 304L, 316 e 316L sono materiali in acciaio inossidabile comunemente utilizzati nei giunti a flangia (comprese flange, elementi di tenuta e dispositivi di fissaggio).
304, 304L, 316 e 316L sono codici di qualità dell'acciaio inossidabile degli standard americani sui materiali (ANSI o ASTM), che appartengono alla serie 300 di acciaio inossidabile austenitico. I gradi corrispondenti agli standard nazionali dei materiali (GB/T) sono 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Questo tipo di acciaio inossidabile viene solitamente indicato collettivamente come acciaio inossidabile 18-8.
| Acciaio galvanizzato |
304, 304L, 316 e 316L hanno proprietà fisiche, chimiche e meccaniche diverse a causa dei diversi elementi di lega e delle quantità. Rispetto al normale acciaio inossidabile, hanno una buona resistenza alla corrosione, resistenza al calore e prestazioni di lavorazione. La resistenza alla corrosione del 304L è simile a quella del 304, ma poiché il contenuto di carbonio del 304L è inferiore a quello del 304, la sua capacità di resistere alla corrosione intergranulare è maggiore. 316 e 316L sono acciai inossidabili contenenti molibdeno. Grazie all'aggiunta di molibdeno, la loro resistenza alla corrosione e al calore è migliore di quella del 304 e 304L. Allo stesso modo, poiché il contenuto di carbonio del 316L è inferiore a quello del 316, la sua resistenza alla corrosione dei cristalli è migliore. Gli acciai inossidabili austenitici 304, 304L, 316 e 316L hanno una bassa resistenza meccanica. Il limite di snervamento a temperatura ambiente del 304 è 205 MPa e del 304L è 170 MPa; il limite di snervamento a temperatura ambiente del 316 è 210 MPa e del 316L è 200 MPa. Pertanto, i bulloni realizzati con essi appartengono alla classe dei bulloni a bassa resistenza.
Tabella 1 Contenuto di carbonio, % Carico di snervamento a temperatura ambiente, MPa Temperatura operativa massima consigliata, gradi
304 Minore o uguale a 0.08 205 816
304L Inferiore o uguale a 0.03 170 538
316 Minore o uguale a 0.08 210 816
316L Inferiore o uguale a 0.03 200 538
(2) Perché i giunti a flangia non dovrebbero utilizzare bulloni realizzati con materiali come 304 e 316?
Come accennato nelle lezioni precedenti, il primo motivo delle giunzioni a flangia è che le superfici di tenuta delle due flange vengono separate a causa della pressione interna, provocando una corrispondente riduzione dello stress sulla guarnizione; il secondo motivo è che la forza del bullone si allenta a causa del rilassamento viscoso della guarnizione o dello scorrimento viscoso del bullone stesso alle alte temperature. , che riduce anche lo stress della guarnizione, causando perdite e guasti al giunto della flangia.
Nel funzionamento reale, l'allentamento della forza del bullone è inevitabile e la forza iniziale del bullone serrato diminuirà sempre nel tempo. Soprattutto per i giunti flangiati ad alta temperatura e in condizioni di ciclo severe, dopo 10,000 ore di funzionamento, la perdita di carico del bullone spesso supera il 50% e diminuisce col passare del tempo e con l'aumento della temperatura.
Quando la flangia e i bulloni sono realizzati con materiali diversi, soprattutto quando la flangia è in acciaio al carbonio e i bulloni sono in acciaio inossidabile, i coefficienti di dilatazione termica dei materiali del bullone e della flangia sono diversi. Ad esempio, il coefficiente di dilatazione termica dell'acciaio inossidabile a 50 gradi (16,51×10-5/grado) è maggiore del coefficiente di dilatazione termica dell'acciaio al carbonio (11,12×10-5/grado). Dopo che il dispositivo si è riscaldato, quando l'espansione della flangia è inferiore all'espansione del bullone, dopo che la deformazione è stata coordinata, l'allungamento del bullone diminuisce, provocando una diminuzione della forza del bullone. Un allentamento può causare perdite dal giunto della flangia. Pertanto, quando si collegano flange di apparecchiature ad alta temperatura e flange di tubi, soprattutto quando i coefficienti di dilatazione termica dei materiali delle flange e dei bulloni sono diversi, i coefficienti di dilatazione termica dei due materiali dovrebbero essere il più vicini possibile.
Si può vedere da (1) che la resistenza meccanica degli acciai inossidabili austenitici come 304 e 316 è bassa. Il limite di snervamento a temperatura ambiente del 304 è di soli 205 MPa, mentre quello del 316 è di soli 210 MPa. Pertanto, al fine di migliorare la capacità dei bulloni di resistere al rilassamento e alla fatica, vengono adottate misure per aumentare la forza di installazione dei bulloni. Ad esempio, nei forum successivi, verrà menzionato che quando viene utilizzata la forza massima del bullone di installazione, la sollecitazione del bullone di installazione deve raggiungere il 70% della resistenza allo snervamento del materiale del bullone. , quindi è necessario migliorare il livello di resistenza dei materiali dei bulloni e utilizzare materiali dei bulloni in acciaio legato ad alta o media resistenza. È ovvio che, oltre alla ghisa, alle flange non metalliche o alle guarnizioni in gomma, per flange con livelli di pressione più elevati o guarnizioni semimetalliche e metalliche con grande sollecitazione della guarnizione, bulloni in materiale a bassa resistenza come 304 e 316, a causa di la forza del bullone non è sufficiente a soddisfare i requisiti di tenuta.
Ciò che richiede particolare attenzione qui è che negli standard americani sui materiali dei bulloni in acciaio inossidabile, 304 e 316 hanno rispettivamente due categorie, vale a dire B8 Cl.1 e B8 Cl.2 di 304 e B8M Cl.1 e B8M Cl.2 di 316. Cl .1 è stato sottoposto a trattamento con soluzione solida di carburo, mentre Cl.2 è stato sottoposto a trattamento di rafforzamento della deformazione oltre al trattamento con soluzione solida. Sebbene non vi sia alcuna differenza fondamentale nella resistenza alla corrosione chimica tra B8 Cl.2 e B8 Cl.1, la resistenza meccanica di B8 Cl.2 è notevolmente migliorata rispetto a B8 Cl.1, come B8 Cl.2 con un diametro di 3 /4". Il carico di snervamento del materiale dei bulloni è 550 MPa, mentre il carico di snervamento dei materiali dei bulloni B8 Cl.1 di tutti i diametri è di soli 205 MPa, che è più del doppio della differenza. 06Cr19Ni10 (304) e 06Cr17Ni12Mo2 (316) in ambito domestico gli standard sui materiali dei bulloni sono diversi da B8 Cl.1 equivalente a B8M Cl.1. [Nota: il materiale dei bulloni S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part 3 Design" è equivalente a B8 Cl.2; S31608 è equivalente a B8M Cl.1.
Alla luce dei motivi sopra indicati, GB/T 150.3 e GB/T 38343 "Regole tecniche per l'installazione di giunti flangiati" stabiliscono che non è consigliabile utilizzare i soliti 304 (B8 Cl. 1) e 316 (B8M Cl) per flange di attrezzature a pressione e giunti di flange di tubi. .1) I materiali dei bulloni, soprattutto in condizioni di temperatura elevata e cicli severi, devono essere sostituiti con B8 Cl.2 (S30408) e B8M Cl.2 per evitare una bassa forza di installazione del bullone.
Vale la pena notare che quando si utilizzano materiali per bulloni a bassa resistenza come 304 e 316, anche durante la fase di installazione, il bullone potrebbe superare la resistenza allo snervamento del materiale o addirittura rompersi a causa della mancanza di controllo della coppia. Naturalmente, se si verificano perdite durante la prova di pressione o all'inizio del funzionamento, anche se si continua a serrare i bulloni, la forza dei bulloni non aumenterà e la perdita non sarà prevenuta. Inoltre, questi bulloni non possono essere riutilizzati dopo essere stati smontati, perché sono stati deformati in modo permanente e la dimensione della sezione trasversale dei bulloni è diventata più piccola e sono soggetti a torsioni e rotture quando vengono reinstallati.
