مهر و موم اتصال فلنج - چرا مواد 304 برای پیچ و مهره توصیه نمی شود؟

(1) تفاوت های اساسی بین مواد 304، 304L، 316 و 316L چیست؟
​
​
​
304، 304L، 316 و 316L مواد فولادی ضد زنگ هستند که معمولاً در اتصالات فلنج از جمله فلنج ها، عناصر آب بندی و بست ها استفاده می شوند.
​
​
​
304، 304L، 316، و 316L نام‌های فولاد ضد زنگ استاندارد مواد آمریکا (ANSI یا ASTM) هستند که متعلق به سری 300 فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند. نمرات مربوط به استاندارد مواد داخلی (GB/T) 06Cr19Ni10 (304)، 022Cr19Ni10 (304L)، 06Cr17Ni12Mo2 (316)، 022Cr17Ni12Mo2 (316L) است. این نوع فولاد ضد زنگ معمولاً به عنوان فولاد ضد زنگ 18-8 نامیده می شود.

جدول 1 را ببینید. 304، 304L، 316 و 316L به دلیل افزودن عناصر آلیاژی و مقدار متفاوت، خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آنها نیز متفاوت است، در مقایسه با فولاد ضد زنگ معمولی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت حرارتی و حرارتی خوبی دارند. خواص پردازش مقاومت به خوردگی 304L مشابه 304 است، اما از آنجایی که محتوای کربن 304L کمتر از 304 است، مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای آن قوی تر است. 316، 316L، فولاد ضد زنگ حاوی مولیبدن است، به دلیل افزودن عنصر مولیبدن، بنابراین مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت آن نسبت به 304، 304L بهتر است. به طور مشابه، چون محتوای کربن 316L کمتر از 316 است، مقاومت در برابر خوردگی کریستال آن بهتر است. استحکام مکانیکی فولادهای زنگ نزن آستنیتی 304، 304، 316 و 316 لیتر کم است و مقاومت تسلیم 304 در دمای اتاق 205 مگاپاسکال و 304 لیتر 170 مگاپاسکال است. قدرت تسلیم 316 در دمای اتاق 210MPa و 316L 200MPa است. بنابراین، پیچ های ساخته شده از آنها متعلق به کلاس پیچ های کم استحکام هستند.

جدول 1 درصد کربن درصد قدرت تسلیم در دمای اتاق MPa حداکثر دمای عملیاتی، درجه
​
304 کوچکتر یا مساوی 0.08                                          205                                                   816
​
304 لیتر کمتر یا مساوی 0.03                                          170                                                   538
​
316 کمتر یا مساوی با 0.08                                          210                                                   816
​
316 لیتر کمتر یا مساوی با 0.03                                          200                                                   538

(2) چرا اتصال فلنج نباید از پیچ و مهره های مواد 304 و 316 استفاده کند؟
​
همانطور که قبلا ذکر شد، اتصال فلنج به دلیل عمل فشار داخلی برای جدا کردن سطح آب بندی دو فلنج است که باعث کاهش تنش واشر می شود و دومی به دلیل شل شدن خزشی واشر در دمای بالا یا پیچ است. خود ناشی از خزش شل شدن نیروی پیچ است که باعث کاهش تنش واشر و شکست نشتی مفصل فلنج می شود.

در عملیات واقعی، شل شدن نیروی پیچ اجتناب ناپذیر است و نیروی پیچ سفت شدن اولیه همیشه با گذشت زمان کاهش می یابد. به خصوص در اتصال فلنج در شرایط دمای بالا و سیکل شدید، پس از 10،{1}} ساعت کارکرد، تلفات بار پیچ اغلب از 50% بیشتر می شود و با ادامه زمان و افزایش دما کاهش می یابد.

هنگامی که فلنج و پیچ مواد متفاوتی دارند، به خصوص زمانی که فلنج فولاد کربنی و پیچ فولادی ضد زنگ باشد، زیرا ضریب انبساط حرارتی مواد پیچ ​​و فلنج متفاوت است، مانند ضریب انبساط حرارتی فولاد ضد زنگ در 50 درجه ( 16.51×10-5 / درجه) بزرگتر از ضریب انبساط حرارتی فولاد کربنی (11.12×10-5 / درجه) است، دستگاه گرم می شود. هنگامی که انبساط فلنج کمتر از انبساط پیچ باشد، پس از هماهنگی تغییر شکل، کاهش کشیدگی پیچ باعث شل شدن نیروی پیچ می شود که ممکن است منجر به نشتی اتصال فلنج شود. بنابراین، هنگامی که اتصال فلنج تجهیزات با دمای بالا و اتصال فلنج لوله، به ویژه ضریب انبساط حرارتی فلنج و مواد پیچ ​​متفاوت است، ضریب انبساط حرارتی این دو ماده تا حد امکان مشابه است.

از (1) می توان دریافت که استحکام مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 و 316 کم است و استحکام تسلیم 304 در دمای اتاق تنها 205 مگاپاسکال است و مقاومت 316 تنها 210 مگاپاسکال است. بنابراین، به منظور بهبود توانایی پیچ و مهره ضد آرامش و ضد خستگی، اقداماتی را برای بهبود نیروی پیچ نصب انجام دهید، از جمله اینکه حداکثر نیروی پیچ نصب در انجمن بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت، تنش پیچ نصب لازم است تا به آن برسد. 70٪ از استحکام تسلیم مواد پیچ ​​است، بنابراین لازم است برای بهبود استحکام مواد پیچ، استفاده از مواد پیچ ​​فولادی با استحکام بالا یا استحکام متوسط. به راحتی می توان دید که علاوه بر چدن، فلنج های غیرفلزی یا واشر لاستیکی، برای واشرهای نیمه فلزی و فلزی با درجه فشار یا تنش واشر بالاتر، 304، 316 چنین پیچ و مهره های مواد کم استحکام نمی توانند الزامات آب بندی را برآورده کنند. به دلیل نیروی ناکافی پیچ

آنچه در اینجا نیاز به توجه ویژه دارد این است که 304 و 316 در استاندارد مواد پیچ ​​فولادی ضد زنگ ایالات متحده دارای دو دسته هستند، یعنی B8 Cl.1 و B8 Cl.2 از 304 و B8M Cl.1 و B8M Cl.2 از 316. Cl. 1 با محلول جامد کاربید درمان می شود، در حالی که Cl.2 علاوه بر درمان محلول جامد با تقویت کرنش نیز درمان می شود. اگرچه هیچ تفاوت اساسی بین B8 Cl.2 و B8 Cl.1 در مقاومت به خوردگی شیمیایی وجود ندارد، استحکام مکانیکی B8 Cl.2 در مقایسه با B8 Cl.1 به طور قابل توجهی بهبود یافته است، مانند مقاومت تسلیم پیچ B8 Cl.2. مواد با قطر 3/4 اینچ 550 مگاپاسکال است. قدرت تسلیم تمام قطرهای مواد پیچ ​​B8Cl.1 تنها 205 مگاپاسکال است، که بیش از دو برابر تفاوت بین این دو است. استاندارد مواد پیچ ​​داخلی 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ) و معادل B8Cl.1 و B8M Cl.1 [توجه: مواد پیچ ​​S30408 ​​در GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part III" معادل B8 Cl.2 است.

با توجه به دلایل فوق، GB/T 150.3 و GB/T38343 "مقررات فنی برای نصب مفصل فلنج" تصریح می کند که پیچ های معمولی 304 (B8 Cl.1) و 316 (B8M Cl.1) برای فلنج ها و لوله های تجهیزات تحت فشار فلنج ها به خصوص در دمای بالا و شرایط سیکل شدید توصیه نمی شوند. B8 Cl.2 (S30408) و B8M Cl.2 باید تعویض شوند تا از نیروهای پیچ در نصب کم جلوگیری شود.

شایان ذکر است که هنگام استفاده از مواد پیچ ​​و مهره کم استحکام مانند 304 و 316، حتی در مرحله نصب، پیچ ممکن است از استحکام تسلیم ماده بیشتر شود و یا حتی به دلیل عدم کنترل گشتاور بشکند. طبیعتاً در صورت نشتی در تست فشار یا شروع کار، حتی اگر پیچ همچنان به سفت شدن ادامه دهد، نیروی پیچ بالا نمی رود و نمی توان از نشتی جلوگیری کرد. علاوه بر این، این پیچ‌ها پس از برداشتن قابل استفاده مجدد نیستند، زیرا پیچ‌ها تغییر شکل دائمی ایجاد کرده‌اند، اندازه بخش پیچ کوچک‌تر می‌شود و سپس نصب به راحتی شکسته می‌شود.