2022. gada 14. novembris
Atloku savienojuma blīvējums - kāpēc skrūvēm nav ieteicams izmantot 304 materiāls?
Ja oglekļa tērauda vai nerūsējošā tērauda atlokus izmanto ar 304 materiālu skrūvēm atloku savienojumu blīvējumā, ekspluatācijas laikā bieži rodas noplūdes problēmas. Šajā lekcijā tiks veikta kvalitatīva analīze.
(1) Kādas ir galvenās atšķirības starp 304, 304L, 316 un 316L materiāliem?
304, 304L, 316 un 316L ir nerūsējošā tērauda kategorijas, ko parasti izmanto atloku savienojumos, ieskaitot atlokus, blīvēšanas elementus un stiprinājumus.
304, 304L, 316 un 316L ir nerūsējošā tērauda kvalitātes apzīmējumi Amerikas materiālu standartā (ANSI vai ASTM), kas pieder pie 300 austenīta nerūsējošā tērauda sērijas. Vietējiem materiālu standartiem (GB/T) atbilstošās kategorijas ir 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Šāda veida nerūsējošo tēraudu parasti sauc par 18-8 nerūsējošo tēraudu.
Skatīt 1. tabulu, 304, 304L, 316 un 316L ir atšķirīgas fizikālās, ķīmiskās un mehāniskās īpašības, jo tiek pievienoti sakausējuma elementi un daudzumi. Salīdzinot ar parasto nerūsējošo tēraudu, tiem ir laba izturība pret koroziju, karstumizturība un apstrādes veiktspēja. 304L izturība pret koroziju ir līdzīga 304 izturībai, bet, tā kā 304L oglekļa saturs ir zemāks nekā 304, tā izturība pret starpkristālu koroziju ir spēcīgāka. 316 un 316L ir molibdēnu saturoši nerūsējošie tēraudi. Molibdēna pievienošanas dēļ to izturība pret koroziju un karstumizturība ir labāka nekā 304 un 304L. Tādā pašā veidā, tā kā 316L oglekļa saturs ir zemāks nekā 316, tā spēja izturēt kristāla koroziju ir labāka. Austenīta nerūsējošā tērauda, piemēram, 304, 304L, 316 un 316L, ir zema mehāniskā izturība. Istabas temperatūras iznākuma stiprums 304 ir 205MPa, 304L ir 170MPa; istabas temperatūras ražas stiprums 316 ir 210MPa, un 316L ir 200MPa. Tāpēc no tām izgatavotās skrūves pieder pie zemas stiprības klases skrūvēm.
1. tabula Oglekļa saturs, % Istabas temperatūras tecēšanas stiprums, MPa Ieteicamā maksimālā ekspluatācijas temperatūra, °C
304 ≤0,08 no 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 no 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Kāpēc atloku savienojumos nevajadzētu izmantot tādus materiālus kā 304 un 316 skrūves?
Kā minēts iepriekšējās lekcijās, atloku savienojums, pirmkārt, atdala abu atloku blīvējuma virsmas iekšējā spiediena iedarbības dēļ, kā rezultātā attiecīgi samazinās blīves spriegums, un, otrkārt, skrūves spēka atslābināšana blīves vai pašas skrūves šļūdes rāpošanas dēļ augstā temperatūrā, arī samazina blīves spriegumu, lai atloka savienojums noplūst un neizdodas.
Faktiskajā darbībā skrūves spēka atslābināšana ir neizbēgama, un sākotnējais pievilkšanas skrūves spēks laika gaitā vienmēr samazināsies. Īpaši atloku savienojumiem augstā temperatūrā un smagos cikla apstākļos pēc 10 000 darba stundām skrūvju slodzes zudums bieži pārsniegs 50%, un tas samazināsies, turpinoties laikam un paaugstinoties temperatūrai.
Ja atloks un skrūve ir izgatavoti no dažādiem materiāliem, it īpaši, ja atloks ir izgatavots no oglekļa tērauda un skrūve ir izgatavota no nerūsējošā tērauda, skrūves un atloka materiāla termiskās izplešanās koeficients 2 ir atšķirīgs, piemēram, nerūsējošā tērauda termiskās izplešanās koeficients 50 °C temperatūrā (16,51×10-5 / °C) ir lielāks nekā oglekļa tērauda termiskās izplešanās koeficients (11,12×10-5 / °C). Pēc ierīces uzsildīšanas, kad atloka izplešanās ir mazāka par skrūves izplešanos, pēc deformācijas koordinēšanas skrūves pagarinājums samazinās, izraisot skrūves spēka samazināšanos. Ja ir vaļīgums, tas var izraisīt noplūdi atloka savienojumā. Tāpēc, kad ir savienots augstas temperatūras aprīkojuma atloks un cauruļu atloks, īpaši atloku un skrūvju materiālu termiskās izplešanās koeficienti ir atšķirīgi, abu materiālu termiskās izplešanās koeficientiem jābūt pēc iespējas tuvākiem.
No (1) var redzēt, ka austenīta nerūsējošā tērauda, piemēram, 304 un 316, mehāniskā izturība ir zema, un istabas temperatūras ražas stiprība 304 ir tikai 205 MPa, un 316 ir tikai 210 MPa. Tāpēc, lai uzlabotu skrūvju pretrelaksācijas un noguruma spēju, tiek veikti pasākumi, lai palielinātu uzstādīšanas skrūvju skrūvju spēku. Piemēram, ja turpmākajā forumā tiek izmantots maksimālais uzstādīšanas skrūvju spēks, ir nepieciešams, lai uzstādīšanas skrūvju spriegums sasniegtu 70% no skrūves materiāla tecības izturības , lai būtu jāuzlabo skrūves materiāla izturības pakāpe un tiek izmantoti augstas izturības vai vidējas stiprības leģētā tērauda skrūvju materiāli. Acīmredzot, izņemot čugunu, nemetāliskos atlokus vai gumijas blīves, pusmetāla un metāla blīvēm ar augstāka spiediena atlokiem vai blīvēm ar lielāku spriegumu, skrūves, kas izgatavotas no zemas stiprības materiāliem, piemēram, 304 un 316, skrūvju spēka dēļ Nepietiek, lai izpildītu blīvēšanas prasības.
Īpaša uzmanība ir jāpievērš tam, ka amerikāņu nerūsējošā tērauda skrūvju materiālu standartā 304 un 316 ir divas kategorijas, proti, B8 Cl.1 un B8 Cl.2 no 304 un B8M Cl.1 un B8M Cl.2 no 316. Cl.1 ir ciets šķīdums, kas apstrādāts ar karbīdiem, bet Cl.2 papildus cietā šķīduma apstrādei tiek pakļauts deformācijas stiprināšanas apstrādei. Lai gan starp B8 Cl.2 un B8 Cl.1 ķīmiskajā izturībā nav būtiskas atšķirības, B8 Cl.2 mehāniskā izturība ir ievērojami uzlabojusies salīdzinājumā ar B8 Cl.1, piemēram, B8 Cl.2 ar diametru 3/4 " Skrūvju materiāla tecēšanas izturība ir 550 MPa, bet visu diametru B8 Cl.1 skrūvju materiāla tecēšanas stiprība ir tikai 205 MPa, Atšķirība starp abiem ir vairāk nekā divas reizes. Vietējie skrūvju materiālu standarti 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) un B8 Cl.1 ir ekvivalenti B8M Cl.1. [Piezīme: skrūves materiāls S30408 GB / T 150.3 "Spiedtvertnes trešās daļas konstrukcija" ir līdzvērtīgs B8 Cl.2; S31608 ir ekvivalents B8M Cl.1.
Ņemot vērā iepriekš minētos iemeslus, GB/T 150.3 un GB/T38343 "Atloku savienojumu uzstādīšanas tehniskie noteikumi" nosaka, ka spiedieniekārtu un cauruļu atloku savienojumu atlokiem nav ieteicams izmantot parastos 304 (B8 Cl.1) un 316 (B8M Cl. 1) Materiālu skrūves, īpaši augstā temperatūrā un smagos cikla apstākļos, jāaizstāj ar B8 Cl.2 (S30408) un B8M Cl.2, lai izvairītos no zema uzstādīšanas skrūves spēka.
Ir vērts atzīmēt, ka, ja tiek izmantoti zemas stiprības skrūvju materiāli, piemēram, 304 un 316, pat uzstādīšanas posmā, jo griezes moments netiek kontrolēts, skrūve var būt pārsniegusi materiāla tecēšanas izturību vai pat lūzusi. Protams, ja spiediena testa vai darbības sākuma laikā rodas noplūde, pat ja skrūves turpina pievilkt, skrūves spēks nepalielināsies un noplūdi nevar apturēt. Turklāt šīs skrūves pēc izjaukšanas nevar atkārtoti izmantot, jo skrūves ir pastāvīgi deformējušās, un skrūvju šķērsgriezuma izmērs ir kļuvis mazāks, un tās ir pakļautas lūzumiem pēc atkārtotas uzstādīšanas.
(1) Kādas ir galvenās atšķirības starp 304, 304L, 316 un 316L materiāliem?
304, 304L, 316 un 316L ir nerūsējošā tērauda kategorijas, ko parasti izmanto atloku savienojumos, ieskaitot atlokus, blīvēšanas elementus un stiprinājumus.
304, 304L, 316 un 316L ir nerūsējošā tērauda kvalitātes apzīmējumi Amerikas materiālu standartā (ANSI vai ASTM), kas pieder pie 300 austenīta nerūsējošā tērauda sērijas. Vietējiem materiālu standartiem (GB/T) atbilstošās kategorijas ir 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Šāda veida nerūsējošo tēraudu parasti sauc par 18-8 nerūsējošo tēraudu.
Skatīt 1. tabulu, 304, 304L, 316 un 316L ir atšķirīgas fizikālās, ķīmiskās un mehāniskās īpašības, jo tiek pievienoti sakausējuma elementi un daudzumi. Salīdzinot ar parasto nerūsējošo tēraudu, tiem ir laba izturība pret koroziju, karstumizturība un apstrādes veiktspēja. 304L izturība pret koroziju ir līdzīga 304 izturībai, bet, tā kā 304L oglekļa saturs ir zemāks nekā 304, tā izturība pret starpkristālu koroziju ir spēcīgāka. 316 un 316L ir molibdēnu saturoši nerūsējošie tēraudi. Molibdēna pievienošanas dēļ to izturība pret koroziju un karstumizturība ir labāka nekā 304 un 304L. Tādā pašā veidā, tā kā 316L oglekļa saturs ir zemāks nekā 316, tā spēja izturēt kristāla koroziju ir labāka. Austenīta nerūsējošā tērauda, piemēram, 304, 304L, 316 un 316L, ir zema mehāniskā izturība. Istabas temperatūras iznākuma stiprums 304 ir 205MPa, 304L ir 170MPa; istabas temperatūras ražas stiprums 316 ir 210MPa, un 316L ir 200MPa. Tāpēc no tām izgatavotās skrūves pieder pie zemas stiprības klases skrūvēm.
1. tabula Oglekļa saturs, % Istabas temperatūras tecēšanas stiprums, MPa Ieteicamā maksimālā ekspluatācijas temperatūra, °C
304 ≤0,08 no 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 no 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Kāpēc atloku savienojumos nevajadzētu izmantot tādus materiālus kā 304 un 316 skrūves?
Kā minēts iepriekšējās lekcijās, atloku savienojums, pirmkārt, atdala abu atloku blīvējuma virsmas iekšējā spiediena iedarbības dēļ, kā rezultātā attiecīgi samazinās blīves spriegums, un, otrkārt, skrūves spēka atslābināšana blīves vai pašas skrūves šļūdes rāpošanas dēļ augstā temperatūrā, arī samazina blīves spriegumu, lai atloka savienojums noplūst un neizdodas.
Faktiskajā darbībā skrūves spēka atslābināšana ir neizbēgama, un sākotnējais pievilkšanas skrūves spēks laika gaitā vienmēr samazināsies. Īpaši atloku savienojumiem augstā temperatūrā un smagos cikla apstākļos pēc 10 000 darba stundām skrūvju slodzes zudums bieži pārsniegs 50%, un tas samazināsies, turpinoties laikam un paaugstinoties temperatūrai.
Ja atloks un skrūve ir izgatavoti no dažādiem materiāliem, it īpaši, ja atloks ir izgatavots no oglekļa tērauda un skrūve ir izgatavota no nerūsējošā tērauda, skrūves un atloka materiāla termiskās izplešanās koeficients 2 ir atšķirīgs, piemēram, nerūsējošā tērauda termiskās izplešanās koeficients 50 °C temperatūrā (16,51×10-5 / °C) ir lielāks nekā oglekļa tērauda termiskās izplešanās koeficients (11,12×10-5 / °C). Pēc ierīces uzsildīšanas, kad atloka izplešanās ir mazāka par skrūves izplešanos, pēc deformācijas koordinēšanas skrūves pagarinājums samazinās, izraisot skrūves spēka samazināšanos. Ja ir vaļīgums, tas var izraisīt noplūdi atloka savienojumā. Tāpēc, kad ir savienots augstas temperatūras aprīkojuma atloks un cauruļu atloks, īpaši atloku un skrūvju materiālu termiskās izplešanās koeficienti ir atšķirīgi, abu materiālu termiskās izplešanās koeficientiem jābūt pēc iespējas tuvākiem.
No (1) var redzēt, ka austenīta nerūsējošā tērauda, piemēram, 304 un 316, mehāniskā izturība ir zema, un istabas temperatūras ražas stiprība 304 ir tikai 205 MPa, un 316 ir tikai 210 MPa. Tāpēc, lai uzlabotu skrūvju pretrelaksācijas un noguruma spēju, tiek veikti pasākumi, lai palielinātu uzstādīšanas skrūvju skrūvju spēku. Piemēram, ja turpmākajā forumā tiek izmantots maksimālais uzstādīšanas skrūvju spēks, ir nepieciešams, lai uzstādīšanas skrūvju spriegums sasniegtu 70% no skrūves materiāla tecības izturības , lai būtu jāuzlabo skrūves materiāla izturības pakāpe un tiek izmantoti augstas izturības vai vidējas stiprības leģētā tērauda skrūvju materiāli. Acīmredzot, izņemot čugunu, nemetāliskos atlokus vai gumijas blīves, pusmetāla un metāla blīvēm ar augstāka spiediena atlokiem vai blīvēm ar lielāku spriegumu, skrūves, kas izgatavotas no zemas stiprības materiāliem, piemēram, 304 un 316, skrūvju spēka dēļ Nepietiek, lai izpildītu blīvēšanas prasības.
Īpaša uzmanība ir jāpievērš tam, ka amerikāņu nerūsējošā tērauda skrūvju materiālu standartā 304 un 316 ir divas kategorijas, proti, B8 Cl.1 un B8 Cl.2 no 304 un B8M Cl.1 un B8M Cl.2 no 316. Cl.1 ir ciets šķīdums, kas apstrādāts ar karbīdiem, bet Cl.2 papildus cietā šķīduma apstrādei tiek pakļauts deformācijas stiprināšanas apstrādei. Lai gan starp B8 Cl.2 un B8 Cl.1 ķīmiskajā izturībā nav būtiskas atšķirības, B8 Cl.2 mehāniskā izturība ir ievērojami uzlabojusies salīdzinājumā ar B8 Cl.1, piemēram, B8 Cl.2 ar diametru 3/4 " Skrūvju materiāla tecēšanas izturība ir 550 MPa, bet visu diametru B8 Cl.1 skrūvju materiāla tecēšanas stiprība ir tikai 205 MPa, Atšķirība starp abiem ir vairāk nekā divas reizes. Vietējie skrūvju materiālu standarti 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) un B8 Cl.1 ir ekvivalenti B8M Cl.1. [Piezīme: skrūves materiāls S30408 GB / T 150.3 "Spiedtvertnes trešās daļas konstrukcija" ir līdzvērtīgs B8 Cl.2; S31608 ir ekvivalents B8M Cl.1.
Ņemot vērā iepriekš minētos iemeslus, GB/T 150.3 un GB/T38343 "Atloku savienojumu uzstādīšanas tehniskie noteikumi" nosaka, ka spiedieniekārtu un cauruļu atloku savienojumu atlokiem nav ieteicams izmantot parastos 304 (B8 Cl.1) un 316 (B8M Cl. 1) Materiālu skrūves, īpaši augstā temperatūrā un smagos cikla apstākļos, jāaizstāj ar B8 Cl.2 (S30408) un B8M Cl.2, lai izvairītos no zema uzstādīšanas skrūves spēka.
Ir vērts atzīmēt, ka, ja tiek izmantoti zemas stiprības skrūvju materiāli, piemēram, 304 un 316, pat uzstādīšanas posmā, jo griezes moments netiek kontrolēts, skrūve var būt pārsniegusi materiāla tecēšanas izturību vai pat lūzusi. Protams, ja spiediena testa vai darbības sākuma laikā rodas noplūde, pat ja skrūves turpina pievilkt, skrūves spēks nepalielināsies un noplūdi nevar apturēt. Turklāt šīs skrūves pēc izjaukšanas nevar atkārtoti izmantot, jo skrūves ir pastāvīgi deformējušās, un skrūvju šķērsgriezuma izmērs ir kļuvis mazāks, un tās ir pakļautas lūzumiem pēc atkārtotas uzstādīšanas.