Vedação de junta de flange - Por que o material 304 não é recomendado para parafusos?
(1) Quais são as diferenças básicas entre os materiais 304, 304L, 316 e 316L?
304, 304L, 316 e 316L são materiais de aço inoxidável comumente usados em juntas de flange, incluindo flanges, elementos de vedação e fixadores.
304, 304L, 316 e 316L são designações de aço inoxidável American Material Standard (ANSI ou ASTM) pertencentes à Série 300 de aços inoxidáveis austeníticos. Os graus correspondentes ao padrão de material doméstico (GB/T) são 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Este tipo de aço inoxidável é geralmente chamado de aço inoxidável 18-8.
Veja a Tabela 1. 304, 304L, 316 e 316L devido à adição de elementos de liga e à quantidade de diferentes, suas propriedades físicas, químicas e mecânicas também são diferentes, em comparação com o aço inoxidável comum, eles têm boa resistência à corrosão, resistência ao calor e propriedades de processamento. A resistência à corrosão do 304L é semelhante à do 304, mas como o teor de carbono do 304L é menor do que o do 304, sua resistência à corrosão intergranular é mais forte. 316, 316L é aço inoxidável contendo molibdênio, devido à adição do elemento molibdênio, então sua resistência à corrosão e resistência ao calor do que 304, 304L é melhor. Da mesma forma, como o teor de carbono do 316L é menor do que o do 316, sua resistência à corrosão do cristal é melhor. A resistência mecânica dos aços inoxidáveis austeníticos 304, 304L, 316 e 316L é baixa, e o limite de escoamento do 304 é de 205 MPa em temperatura ambiente, e do 304L é de 170 MPa. O limite de escoamento do 316 em temperatura ambiente é de 210 MPa e o do 316L é de 200 MPa. Portanto, os parafusos feitos com eles pertencem à classe de parafusos de baixa resistência.
Tabela 1 Teor de carbono % Limite de escoamento à temperatura ambiente MPa Temperatura máxima de operação recomendada, grau
304 Menor ou igual a 0.08 205 816
304L Menor ou igual a 0.03 170 538
316 Menor ou igual a 0.08 210 816
316L Menor ou igual a 0.03 200 538
(2) Por que a junta do flange não deve usar parafusos de materiais 304 e 316?
Conforme mencionado anteriormente, a junta do flange é devido à ação de pressão interna para separar a superfície de vedação dos dois flanges, fazendo com que a tensão da junta diminua de acordo, e a segunda é devido ao relaxamento por fluência da junta em alta temperatura ou do próprio parafuso causado pela fluência do relaxamento da força do parafuso, o que também faz com que a tensão da junta diminua e a falha de vazamento da junta do flange.
Na operação real, o relaxamento da força do parafuso é inevitável, e a força do parafuso do aperto inicial sempre cai com o tempo. Especialmente na junta de flange sob alta temperatura e condições de ciclo intenso, após 10.000 horas de operação, a perda de carga do parafuso frequentemente excede 50%, e diminui com a continuação do tempo e o aumento da temperatura.
Quando o flange e o parafuso são materiais diferentes, especialmente quando o flange é de aço carbono e o parafuso é de aço inoxidável, porque o coeficiente de expansão térmica do material do parafuso e do flange é diferente, como o coeficiente de expansão térmica do aço inoxidável a 50 graus (16,51 × 10-5 / grau) é maior do que o coeficiente de expansão térmica do aço carbono (11,12 × 10-5 / grau), o dispositivo é aquecido. Quando a expansão do flange é menor do que a expansão do parafuso, após a coordenação da deformação, a redução do alongamento do parafuso causa o relaxamento da força do parafuso, o que pode levar ao vazamento da junta do flange. Portanto, quando o flange do equipamento de alta temperatura e a junta do flange do tubo, especialmente o coeficiente de expansão térmica do flange e do material do parafuso são diferentes, o coeficiente de expansão térmica dos dois materiais é semelhante, tanto quanto possível.
Pode ser visto em (1) que a resistência mecânica do aço inoxidável austenítico 304 e 316 é baixa, e a resistência ao escoamento de 304 à temperatura ambiente é de apenas 205 MPa, e a de 316 é de apenas 210 MPa. Portanto, para melhorar a capacidade de anti-relaxamento e anti-fadiga do parafuso, tome medidas para melhorar a força do parafuso de instalação, como a força máxima do parafuso de instalação será discutida no fórum subsequente, a tensão do parafuso de instalação é necessária para atingir 70% da resistência ao escoamento do material do parafuso, por isso é necessário melhorar a resistência do material do parafuso, o uso de material de parafuso de liga de aço de alta ou média resistência. É fácil ver que, além de ferro fundido, flanges não metálicas ou juntas de borracha, para juntas semimetálicas e metálicas com graus de pressão mais altos ou tensão da junta, 304, 316, esses parafusos de material de baixa resistência não podem atender aos requisitos de vedação devido à força insuficiente do parafuso.
O que precisa de atenção especial aqui é que 304 e 316 têm duas categorias no padrão de material de parafusos de aço inoxidável dos Estados Unidos, a saber, B8 Cl.1 e B8 Cl.2 de 304 e B8M Cl.1 e B8M Cl.2 de 316. Cl.1 é tratado com solução sólida de carboneto, enquanto Cl.2 é tratado com reforço de deformação, além do tratamento com solução sólida. Embora não haja nenhuma diferença fundamental entre B8 Cl.2 e B8 Cl.1 na resistência à corrosão química, a resistência mecânica de B8 Cl.2 é significativamente melhorada em comparação com B8 Cl.1, como a resistência ao escoamento do material do parafuso B8 Cl.2 com um diâmetro de 3/4 "é 550 MPa. A resistência ao escoamento de todos os diâmetros dos materiais do parafuso B8Cl.1 é de apenas 205 MPa, mais do que o dobro da diferença entre os dois. O padrão de material de parafuso doméstico 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) e B8Cl.1 e B8M Cl.1 equivalente. [Nota: O material do parafuso S30408 em GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part III Design" é equivalente a B8 Cl.2; S31608 é equivalente a B8M Cl.1.
Em vista dos motivos acima, GB/T 150.3 e GB/T38343 "Regulamentos Técnicos para Instalação de Juntas de Flange" estipulam que os parafusos usuais de material 304 (B8 Cl.1) e 316 (B8M Cl.1) para flanges de equipamentos de pressão e flanges de tubos não são recomendados, especialmente em condições de alta temperatura e ciclo intenso. B8 Cl.2 (S30408) e B8M Cl.2 devem ser substituídos para evitar baixas forças de montagem dos parafusos.
Vale a pena notar que quando materiais de parafusos de baixa resistência, como 304 e 316, são usados, mesmo na fase de instalação, o parafuso pode exceder a resistência ao escoamento do material ou até mesmo quebrar devido à ausência de controle de torque. Naturalmente, se houver um vazamento no teste de pressão ou no início da operação, mesmo que o parafuso continue a apertar, a força do parafuso não aumentará e o vazamento não poderá ser evitado. Além disso, esses parafusos não podem ser reutilizados após a remoção, porque os parafusos produziram deformação permanente, o tamanho da seção do parafuso se torna menor e, então, a instalação é fácil de quebrar.
