14 Novembrini 2022
Ääriku vuugi tihendamine - miks ei soovitata poltide jaoks 304 materjali?
Kui äärikuliigendi tihendamisel kasutatakse süsinikterasest või roostevabast terasest äärikuid koos 304 materjalist poltidega, tekivad töö ajal sageli lekkeprobleemid. Loengus analüüsitakse seda kvalitatiivselt.
(1) Millised on põhilised erinevused 304, 304L, 316 ja 316L materjalide vahel?
304, 304L, 316 ja 316L on roostevabast terasest klassid, mida tavaliselt kasutatakse äärikuühendustes, sealhulgas äärikutes, tihenduselementides ja kinnitusdetailides.
304, 304L, 316 ja 316L on Ameerika materjalide standardi (ANSI või ASTM) roostevabast terasest kvaliteeditähised, mis kuuluvad austeniitsete roostevabade teraste 300 seeriasse. Kodumaistele materjalistandarditele (GB/T) vastavad klassid on 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Seda tüüpi roostevaba terast nimetatakse tavaliselt ühiselt 18-8 roostevabaks teraseks.
Vt tabel 1, 304, 304L, 316 ja 316L on legeerivate elementide ja koguste lisamise tõttu erinevad füüsikalised, keemilised ja mehaanilised omadused. Võrreldes tavalise roostevaba terasega on neil hea korrosioonikindlus, kuumakindlus ja töötlemisjõudlus. 304L korrosioonikindlus on sarnane 304L omaga, kuid kuna 304L süsinikusisaldus on madalam kui 304L-l, on selle vastupidavus teradevahelisele korrosioonile tugevam. 316 ja 316L on molübdeeni sisaldavad roostevabad terased. Molübdeeni lisamise tõttu on nende korrosioonikindlus ja kuumakindlus paremad kui 304 ja 304L. Samamoodi, kuna 316L süsinikusisaldus on madalam kui 316-l, on selle võime kristallide korrosioonile vastu seista. Austeniitsed roostevabad terased, nagu 304, 304L, 316 ja 316L, on madala mehaanilise tugevusega. Toatemperatuuri voolavuspiir 304 on 205 MPa, 304 L on 170 MPa; toatemperatuuri voolavuspiir 316 on 210 MPa ja 316 L on 200 MPa. Seetõttu kuuluvad neist valmistatud poldid madala tugevusega poltide hulka.
Tabel 1 Süsinikusisaldus, % Toatemperatuuril voolavuspiir, MPa Soovitatav maksimaalne töötemperatuur, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Miks ei tohiks äärikuliigendites kasutada selliste materjalide polte nagu 304 ja 316?
Nagu eelmistes loengutes mainitud, eraldab äärikuühendus esiteks siserõhu toimel kahe ääriku tihenduspinnad, mille tulemuseks on tihendi pinge vastav vähenemine, ja teiseks poldi jõu lõdvestamine tihendi roomamise lõdvestamise või poldi enda roomamise tõttu kõrgel temperatuuril, vähendab ka tihendi pinget, nii et ääriku ühendus lekib ja ebaõnnestub.
Tegelikus töös on poldi jõu lõdvestamine vältimatu ja esialgne pingutuspoldi jõud väheneb aja jooksul alati. Eriti äärikuühenduste puhul kõrgel temperatuuril ja rasketes tsüklitingimustes ületab poldi koormuskadu pärast 10 000 töötundi sageli 50% ning see nõrgeneb aja jätkudes ja temperatuuri tõusuga.
Kui äärik ja polt on valmistatud erinevatest materjalidest, eriti kui äärik on valmistatud süsinikterasest ja polt on valmistatud roostevabast terasest, on poldi ja ääriku materjali soojuspaisumistegur 2 erinev, näiteks roostevaba terase soojuspaisumistegur temperatuuril 50 °C (16,51×10-5 / °C) on suurem kui süsinikterase soojuspaisumistegur (11,12×10-5/°C). Pärast seadme kuumutamist, kui ääriku paisumine on väiksem kui poldi paisumine, väheneb pärast deformatsiooni koordineerimist poldi pikenemine, põhjustades poldi jõu vähenemist. Kui esineb lõtvumist, võib see põhjustada äärikuliigendi lekke. Seega, kui kõrgtemperatuuriline seadme äärik ja toruäärik on ühendatud, eriti ääriku ja poldi materjalide soojuspaisumistegurid on erinevad, peaksid kahe materjali soojuspaisumistegurid olema võimalikult lähedased.
Punktist (1) on näha, et austeniitse roostevaba terase, nagu 304 ja 316, mehaaniline tugevus on madal ning toatemperatuuri voolavuspiir 304 on ainult 205 MPa ja 316 on ainult 210 MPa. Seetõttu võetakse poltide lõdvestus- ja väsimusvastase võime parandamiseks meetmeid paigalduspoltide poldijõu suurendamiseks. Näiteks kui järelfoorumis kasutatakse maksimaalset paigalduspoldi jõudu, on nõutav, et paigalduspoltide pinge ulatuks 70% -ni poldi materjali voolavuspiirist, nii et poldi materjali tugevusklassi tuleb parandada ning kasutatakse ülitugevaid või keskmise tugevusega legeerterasest poldimaterjale. Ilmselgelt, välja arvatud malmist, mittemetallist äärikud või kummitihendid, poolmetallist ja metallist tihendite jaoks, millel on kõrgema rõhuklassi äärikud või suurema pingega tihendid, poldi jõu tõttu madala tugevusega materjalidest, nagu 304 ja 316, valmistatud poldid Tihendusnõuete täitmiseks ei piisa.
Siin tuleb erilist tähelepanu pöörata sellele, et Ameerika roostevabast terasest poltide materjali standardis on 304 ja 316 kaks kategooriat, nimelt B8 Cl.1 ja B8 Cl.2 304 ning B8M Cl.1 ja B8M Cl.2 316. Cl.1 on karbiididega töödeldud tahke lahus, samas kui Cl.2 läbib lisaks tahke lahusega töötlemisele ka deformatsiooni tugevdava töötlemise. Kuigi B8 Cl.2 ja B8 Cl.1 vahel ei ole keemilises vastupidavuses põhimõttelist erinevust, on B8 Cl.2 mehaaniline tugevus oluliselt paranenud võrreldes B8 Cl.1-ga, näiteks B8 Cl.2 läbimõõduga 3/4" Poldi materjali voolavuspiir on 550 MPa, samas kui igasuguse läbimõõduga B8 Cl.1 poldimaterjali voolavuspiir on ainult 205 MPa, erinevus nende kahe vahel on rohkem kui kaks korda. Kodumaised poltide materjalide standardid 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ja B8 Cl.1 on samaväärsed B8M Cl.1-ga. [Märkus: Poldi materjal S30408 GB/T 150.3 "Surveanuma kolmanda osa konstruktsioon" on samaväärne B8 Cl.2-ga; S31608 on samaväärne B8M Cl.1-ga.
Ülaltoodud põhjuseid silmas pidades näevad GB/T 150.3 ja GB/T38343 "Äärikuvuugi paigaldamise tehnilised eeskirjad" ette, et surveseadmete ja toruäärikuühenduste äärikute puhul ei soovitata kasutada tavalisi 304 (B8 Cl.1) ja 316 (B8M Cl. . 1) Materjalide poldid, eriti kõrgel temperatuuril ja rasketes tsüklitingimustes, tuleks asendada B8 Cl.2 (S30408) ja B8M Cl.2-ga, et vältida madalat paigalduspoldi jõudu.
Väärib märkimist, et madala tugevusega poldimaterjalide, nagu 304 ja 316, kasutamisel võis polt isegi paigaldusetapis, kuna pöördemomenti ei kontrollita, ületada materjali voolavuspiiri või isegi puruneda. Loomulikult, kui surveproovi või töö alustamise ajal tekib leke, isegi kui polte pingutatakse jätkuvalt, poldi jõud ei suurene ja leket ei saa peatada. Lisaks ei saa neid polte pärast lahtivõtmist uuesti kasutada, kuna poldid on läbinud püsiva deformatsiooni ja poltide ristlõike suurus on muutunud väiksemaks ning pärast uuesti paigaldamist võivad need puruneda.
(1) Millised on põhilised erinevused 304, 304L, 316 ja 316L materjalide vahel?
304, 304L, 316 ja 316L on roostevabast terasest klassid, mida tavaliselt kasutatakse äärikuühendustes, sealhulgas äärikutes, tihenduselementides ja kinnitusdetailides.
304, 304L, 316 ja 316L on Ameerika materjalide standardi (ANSI või ASTM) roostevabast terasest kvaliteeditähised, mis kuuluvad austeniitsete roostevabade teraste 300 seeriasse. Kodumaistele materjalistandarditele (GB/T) vastavad klassid on 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Seda tüüpi roostevaba terast nimetatakse tavaliselt ühiselt 18-8 roostevabaks teraseks.
Vt tabel 1, 304, 304L, 316 ja 316L on legeerivate elementide ja koguste lisamise tõttu erinevad füüsikalised, keemilised ja mehaanilised omadused. Võrreldes tavalise roostevaba terasega on neil hea korrosioonikindlus, kuumakindlus ja töötlemisjõudlus. 304L korrosioonikindlus on sarnane 304L omaga, kuid kuna 304L süsinikusisaldus on madalam kui 304L-l, on selle vastupidavus teradevahelisele korrosioonile tugevam. 316 ja 316L on molübdeeni sisaldavad roostevabad terased. Molübdeeni lisamise tõttu on nende korrosioonikindlus ja kuumakindlus paremad kui 304 ja 304L. Samamoodi, kuna 316L süsinikusisaldus on madalam kui 316-l, on selle võime kristallide korrosioonile vastu seista. Austeniitsed roostevabad terased, nagu 304, 304L, 316 ja 316L, on madala mehaanilise tugevusega. Toatemperatuuri voolavuspiir 304 on 205 MPa, 304 L on 170 MPa; toatemperatuuri voolavuspiir 316 on 210 MPa ja 316 L on 200 MPa. Seetõttu kuuluvad neist valmistatud poldid madala tugevusega poltide hulka.
Tabel 1 Süsinikusisaldus, % Toatemperatuuril voolavuspiir, MPa Soovitatav maksimaalne töötemperatuur, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Miks ei tohiks äärikuliigendites kasutada selliste materjalide polte nagu 304 ja 316?
Nagu eelmistes loengutes mainitud, eraldab äärikuühendus esiteks siserõhu toimel kahe ääriku tihenduspinnad, mille tulemuseks on tihendi pinge vastav vähenemine, ja teiseks poldi jõu lõdvestamine tihendi roomamise lõdvestamise või poldi enda roomamise tõttu kõrgel temperatuuril, vähendab ka tihendi pinget, nii et ääriku ühendus lekib ja ebaõnnestub.
Tegelikus töös on poldi jõu lõdvestamine vältimatu ja esialgne pingutuspoldi jõud väheneb aja jooksul alati. Eriti äärikuühenduste puhul kõrgel temperatuuril ja rasketes tsüklitingimustes ületab poldi koormuskadu pärast 10 000 töötundi sageli 50% ning see nõrgeneb aja jätkudes ja temperatuuri tõusuga.
Kui äärik ja polt on valmistatud erinevatest materjalidest, eriti kui äärik on valmistatud süsinikterasest ja polt on valmistatud roostevabast terasest, on poldi ja ääriku materjali soojuspaisumistegur 2 erinev, näiteks roostevaba terase soojuspaisumistegur temperatuuril 50 °C (16,51×10-5 / °C) on suurem kui süsinikterase soojuspaisumistegur (11,12×10-5/°C). Pärast seadme kuumutamist, kui ääriku paisumine on väiksem kui poldi paisumine, väheneb pärast deformatsiooni koordineerimist poldi pikenemine, põhjustades poldi jõu vähenemist. Kui esineb lõtvumist, võib see põhjustada äärikuliigendi lekke. Seega, kui kõrgtemperatuuriline seadme äärik ja toruäärik on ühendatud, eriti ääriku ja poldi materjalide soojuspaisumistegurid on erinevad, peaksid kahe materjali soojuspaisumistegurid olema võimalikult lähedased.
Punktist (1) on näha, et austeniitse roostevaba terase, nagu 304 ja 316, mehaaniline tugevus on madal ning toatemperatuuri voolavuspiir 304 on ainult 205 MPa ja 316 on ainult 210 MPa. Seetõttu võetakse poltide lõdvestus- ja väsimusvastase võime parandamiseks meetmeid paigalduspoltide poldijõu suurendamiseks. Näiteks kui järelfoorumis kasutatakse maksimaalset paigalduspoldi jõudu, on nõutav, et paigalduspoltide pinge ulatuks 70% -ni poldi materjali voolavuspiirist, nii et poldi materjali tugevusklassi tuleb parandada ning kasutatakse ülitugevaid või keskmise tugevusega legeerterasest poldimaterjale. Ilmselgelt, välja arvatud malmist, mittemetallist äärikud või kummitihendid, poolmetallist ja metallist tihendite jaoks, millel on kõrgema rõhuklassi äärikud või suurema pingega tihendid, poldi jõu tõttu madala tugevusega materjalidest, nagu 304 ja 316, valmistatud poldid Tihendusnõuete täitmiseks ei piisa.
Siin tuleb erilist tähelepanu pöörata sellele, et Ameerika roostevabast terasest poltide materjali standardis on 304 ja 316 kaks kategooriat, nimelt B8 Cl.1 ja B8 Cl.2 304 ning B8M Cl.1 ja B8M Cl.2 316. Cl.1 on karbiididega töödeldud tahke lahus, samas kui Cl.2 läbib lisaks tahke lahusega töötlemisele ka deformatsiooni tugevdava töötlemise. Kuigi B8 Cl.2 ja B8 Cl.1 vahel ei ole keemilises vastupidavuses põhimõttelist erinevust, on B8 Cl.2 mehaaniline tugevus oluliselt paranenud võrreldes B8 Cl.1-ga, näiteks B8 Cl.2 läbimõõduga 3/4" Poldi materjali voolavuspiir on 550 MPa, samas kui igasuguse läbimõõduga B8 Cl.1 poldimaterjali voolavuspiir on ainult 205 MPa, erinevus nende kahe vahel on rohkem kui kaks korda. Kodumaised poltide materjalide standardid 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ja B8 Cl.1 on samaväärsed B8M Cl.1-ga. [Märkus: Poldi materjal S30408 GB/T 150.3 "Surveanuma kolmanda osa konstruktsioon" on samaväärne B8 Cl.2-ga; S31608 on samaväärne B8M Cl.1-ga.
Ülaltoodud põhjuseid silmas pidades näevad GB/T 150.3 ja GB/T38343 "Äärikuvuugi paigaldamise tehnilised eeskirjad" ette, et surveseadmete ja toruäärikuühenduste äärikute puhul ei soovitata kasutada tavalisi 304 (B8 Cl.1) ja 316 (B8M Cl. . 1) Materjalide poldid, eriti kõrgel temperatuuril ja rasketes tsüklitingimustes, tuleks asendada B8 Cl.2 (S30408) ja B8M Cl.2-ga, et vältida madalat paigalduspoldi jõudu.
Väärib märkimist, et madala tugevusega poldimaterjalide, nagu 304 ja 316, kasutamisel võis polt isegi paigaldusetapis, kuna pöördemomenti ei kontrollita, ületada materjali voolavuspiiri või isegi puruneda. Loomulikult, kui surveproovi või töö alustamise ajal tekib leke, isegi kui polte pingutatakse jätkuvalt, poldi jõud ei suurene ja leket ei saa peatada. Lisaks ei saa neid polte pärast lahtivõtmist uuesti kasutada, kuna poldid on läbinud püsiva deformatsiooni ja poltide ristlõike suurus on muutunud väiksemaks ning pärast uuesti paigaldamist võivad need puruneda.