14 de novembro de 2022
Vedação da junta do flange - Por que o material 304 não é recomendado para parafusos?
Quando flanges de aço carbono ou aço inoxidável são usados com parafusos de material 304 na vedação da junta do flange, geralmente ocorrem problemas de vazamento durante a operação. Esta palestra fará uma análise qualitativa disso.
(1) Quais são as diferenças básicas entre os materiais 304, 304L, 316 e 316L?
304, 304L, 316 e 316L são os tipos de aço inoxidável comumente usados em juntas flangeadas, incluindo flanges, elementos de vedação e fixadores.
304, 304L, 316 e 316L são as designações de grau de aço inoxidável do American Standard for Materials (ANSI ou ASTM), que pertencem à série 300 de aços inoxidáveis austeníticos. Os graus correspondentes aos padrões de materiais domésticos (GB/T) são 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Este tipo de aço inoxidável é geralmente referido coletivamente como aço inoxidável 18-8.
Consulte a Tabela 1, 304, 304L, 316 e 316L têm propriedades físicas, químicas e mecânicas diferentes devido à adição de elementos e quantidades de liga. Em comparação com o aço inoxidável comum, eles têm boa resistência à corrosão, resistência ao calor e desempenho de processamento. A resistência à corrosão do 304L é semelhante à do 304, mas como o teor de carbono do 304L é menor que o do 304, sua resistência à corrosão intergranular é mais forte. 316 e 316L são aços inoxidáveis contendo molibdênio. Devido à adição de molibdênio, sua resistência à corrosão e resistência ao calor são melhores do que as de 304 e 304L. Da mesma forma, como o teor de carbono do 316L é menor que o do 316, sua capacidade de resistir à corrosão do cristal é melhor. Os aços inoxidáveis austeníticos como 304, 304L, 316 e 316L têm baixa resistência mecânica. A resistência ao escoamento à temperatura ambiente de 304 é 205MPa, 304L é 170MPa; a resistência ao escoamento à temperatura ambiente de 316 é de 210 MPa e 316L é de 200 MPa. Portanto, os parafusos feitos com eles pertencem aos parafusos de baixa resistência.
Tabela 1 Teor de carbono, % de resistência ao escoamento à temperatura ambiente, MPa Temperatura máxima de serviço recomendada, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Por que as juntas de flange não devem usar parafusos de materiais como 304 e 316?
Conforme mencionado nas palestras anteriores, a junta do flange separa em primeiro lugar as superfícies de vedação dos dois flanges devido à ação da pressão interna, resultando em uma diminuição correspondente na tensão da junta e, em segundo lugar, o relaxamento da força do parafuso devido ao relaxamento da fluência da junta ou a fluência do próprio parafuso em alta temperatura, também reduz o estresse da junta, de modo que a junta do flange vaze e falhe.
Na operação real, o relaxamento da força do parafuso é inevitável e a força inicial do parafuso de aperto sempre cairá com o tempo. Especialmente para juntas de flange sob alta temperatura e condições de ciclo severas, após 10.000 horas de operação, a perda de carga do parafuso geralmente excederá 50% e atenuará com a continuação do tempo e o aumento da temperatura.
Quando o flange e o parafuso são feitos de materiais diferentes, especialmente quando o flange é feito de aço carbono e o parafuso é feito de aço inoxidável, o coeficiente de expansão térmica 2 do material do parafuso e do flange é diferente, como o coeficiente de expansão térmica do aço inoxidável a 50 °C (16,51×10-5 / °C) é maior que o coeficiente de expansão térmica do aço carbono (11,12×10-5 / °C). Depois que o dispositivo é aquecido, quando a expansão do flange é menor que a expansão do parafuso, após a deformação ser coordenada, o alongamento do parafuso diminui, fazendo com que a força do parafuso diminua. Se houver alguma folga, pode causar vazamento na junta do flange. Portanto, quando o flange do equipamento de alta temperatura e o flange do tubo são conectados, especialmente os coeficientes de expansão térmica dos materiais do flange e do parafuso são diferentes, os coeficientes de expansão térmica dos dois materiais devem ser o mais próximo possível.
Pode-se ver em (1) que a resistência mecânica do aço inoxidável austenítico, como 304 e 316, é baixa, e o limite de escoamento à temperatura ambiente de 304 é de apenas 205 MPa e o de 316 é de apenas 210 MPa. Portanto, a fim de melhorar a capacidade anti-relaxamento e anti-fadiga dos parafusos, são tomadas medidas para aumentar a força dos parafusos de instalação. Por exemplo, quando a força máxima do parafuso de instalação é usada no fórum de acompanhamento, é necessário que a tensão dos parafusos de instalação atinja 70% da resistência ao escoamento do material do parafuso, de modo que o grau de resistência do material do parafuso deve ser melhorado e materiais de parafuso de liga de aço de alta ou média resistência são usados. Obviamente, exceto para ferro fundido, flanges não metálicos ou juntas de borracha, para juntas semimetálicas e metálicas com flanges de grau de pressão mais alto ou juntas com maior tensão, parafusos feitos de materiais de baixa resistência, como 304 e 316, devido à força do parafuso Não é suficiente para atender aos requisitos de vedação.
O que precisa de atenção especial aqui é que no padrão americano de material de parafuso de aço inoxidável, 304 e 316 têm duas categorias, ou seja, B8 Cl.1 e B8 Cl.2 de 304 e B8M Cl.1 e B8M Cl.2 de 316. Cl.1 é uma solução sólida tratada com carbonetos, enquanto Cl.2 é submetida a um tratamento de fortalecimento de tensão, além do tratamento com solução sólida. Embora não haja diferença fundamental na resistência química entre B8 Cl.2 e B8 Cl.1, a resistência mecânica de B8 Cl.2 é consideravelmente melhorada em relação a B8 Cl.1, como B8 Cl.2 com um diâmetro de 3/4" A resistência ao escoamento do material do parafuso é de 550MPa, enquanto a resistência ao escoamento do material do parafuso B8 Cl.1 de todos os diâmetros é de apenas 205MPa, A diferença entre os dois é mais do que o dobro. Os padrões de material de parafuso doméstico 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) e B8 Cl.1 são equivalentes a B8M Cl.1. [Nota: O material do parafuso S30408 em GB / T 150.3 "Projeto de Vaso de Pressão Parte Três" é equivalente a B8 Cl.2; S31608 é equivalente a B8M Cl.1.
Tendo em vista as razões acima, GB / T 150.3 e GB / T38343 "Regulamentos Técnicos para Instalação de Juntas de Flange" estipulam que os flanges de equipamentos de pressão e juntas de flange de tubos não são recomendados para usar os usuais 304 (B8 Cl.1) e 316 (B8M Cl. . 1) Os parafusos dos materiais, especialmente em condições de alta temperatura e de ciclo severas, devem ser substituídos por B8 Cl.2 (S30408) e B8M Cl.2 para evitar baixa força do parafuso de instalação.
Vale ressaltar que quando são utilizados materiais de parafusos de baixa resistência, como 304 e 316, mesmo durante a fase de instalação, como o torque não é controlado, o parafuso pode ter excedido o limite de escoamento do material, ou mesmo fraturado. Naturalmente, se ocorrer vazamento durante o teste de pressão ou início da operação, mesmo que os parafusos continuem a ser apertados, a força do parafuso não aumentará e o vazamento não poderá ser interrompido. Além disso, esses parafusos não podem ser reutilizados após serem desmontados, porque os parafusos sofreram deformação permanente e o tamanho da seção transversal dos parafusos tornou-se menor e eles são propensos a quebrar após a reinstalação.
(1) Quais são as diferenças básicas entre os materiais 304, 304L, 316 e 316L?
304, 304L, 316 e 316L são os tipos de aço inoxidável comumente usados em juntas flangeadas, incluindo flanges, elementos de vedação e fixadores.
304, 304L, 316 e 316L são as designações de grau de aço inoxidável do American Standard for Materials (ANSI ou ASTM), que pertencem à série 300 de aços inoxidáveis austeníticos. Os graus correspondentes aos padrões de materiais domésticos (GB/T) são 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Este tipo de aço inoxidável é geralmente referido coletivamente como aço inoxidável 18-8.
Consulte a Tabela 1, 304, 304L, 316 e 316L têm propriedades físicas, químicas e mecânicas diferentes devido à adição de elementos e quantidades de liga. Em comparação com o aço inoxidável comum, eles têm boa resistência à corrosão, resistência ao calor e desempenho de processamento. A resistência à corrosão do 304L é semelhante à do 304, mas como o teor de carbono do 304L é menor que o do 304, sua resistência à corrosão intergranular é mais forte. 316 e 316L são aços inoxidáveis contendo molibdênio. Devido à adição de molibdênio, sua resistência à corrosão e resistência ao calor são melhores do que as de 304 e 304L. Da mesma forma, como o teor de carbono do 316L é menor que o do 316, sua capacidade de resistir à corrosão do cristal é melhor. Os aços inoxidáveis austeníticos como 304, 304L, 316 e 316L têm baixa resistência mecânica. A resistência ao escoamento à temperatura ambiente de 304 é 205MPa, 304L é 170MPa; a resistência ao escoamento à temperatura ambiente de 316 é de 210 MPa e 316L é de 200 MPa. Portanto, os parafusos feitos com eles pertencem aos parafusos de baixa resistência.
Tabela 1 Teor de carbono, % de resistência ao escoamento à temperatura ambiente, MPa Temperatura máxima de serviço recomendada, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Por que as juntas de flange não devem usar parafusos de materiais como 304 e 316?
Conforme mencionado nas palestras anteriores, a junta do flange separa em primeiro lugar as superfícies de vedação dos dois flanges devido à ação da pressão interna, resultando em uma diminuição correspondente na tensão da junta e, em segundo lugar, o relaxamento da força do parafuso devido ao relaxamento da fluência da junta ou a fluência do próprio parafuso em alta temperatura, também reduz o estresse da junta, de modo que a junta do flange vaze e falhe.
Na operação real, o relaxamento da força do parafuso é inevitável e a força inicial do parafuso de aperto sempre cairá com o tempo. Especialmente para juntas de flange sob alta temperatura e condições de ciclo severas, após 10.000 horas de operação, a perda de carga do parafuso geralmente excederá 50% e atenuará com a continuação do tempo e o aumento da temperatura.
Quando o flange e o parafuso são feitos de materiais diferentes, especialmente quando o flange é feito de aço carbono e o parafuso é feito de aço inoxidável, o coeficiente de expansão térmica 2 do material do parafuso e do flange é diferente, como o coeficiente de expansão térmica do aço inoxidável a 50 °C (16,51×10-5 / °C) é maior que o coeficiente de expansão térmica do aço carbono (11,12×10-5 / °C). Depois que o dispositivo é aquecido, quando a expansão do flange é menor que a expansão do parafuso, após a deformação ser coordenada, o alongamento do parafuso diminui, fazendo com que a força do parafuso diminua. Se houver alguma folga, pode causar vazamento na junta do flange. Portanto, quando o flange do equipamento de alta temperatura e o flange do tubo são conectados, especialmente os coeficientes de expansão térmica dos materiais do flange e do parafuso são diferentes, os coeficientes de expansão térmica dos dois materiais devem ser o mais próximo possível.
Pode-se ver em (1) que a resistência mecânica do aço inoxidável austenítico, como 304 e 316, é baixa, e o limite de escoamento à temperatura ambiente de 304 é de apenas 205 MPa e o de 316 é de apenas 210 MPa. Portanto, a fim de melhorar a capacidade anti-relaxamento e anti-fadiga dos parafusos, são tomadas medidas para aumentar a força dos parafusos de instalação. Por exemplo, quando a força máxima do parafuso de instalação é usada no fórum de acompanhamento, é necessário que a tensão dos parafusos de instalação atinja 70% da resistência ao escoamento do material do parafuso, de modo que o grau de resistência do material do parafuso deve ser melhorado e materiais de parafuso de liga de aço de alta ou média resistência são usados. Obviamente, exceto para ferro fundido, flanges não metálicos ou juntas de borracha, para juntas semimetálicas e metálicas com flanges de grau de pressão mais alto ou juntas com maior tensão, parafusos feitos de materiais de baixa resistência, como 304 e 316, devido à força do parafuso Não é suficiente para atender aos requisitos de vedação.
O que precisa de atenção especial aqui é que no padrão americano de material de parafuso de aço inoxidável, 304 e 316 têm duas categorias, ou seja, B8 Cl.1 e B8 Cl.2 de 304 e B8M Cl.1 e B8M Cl.2 de 316. Cl.1 é uma solução sólida tratada com carbonetos, enquanto Cl.2 é submetida a um tratamento de fortalecimento de tensão, além do tratamento com solução sólida. Embora não haja diferença fundamental na resistência química entre B8 Cl.2 e B8 Cl.1, a resistência mecânica de B8 Cl.2 é consideravelmente melhorada em relação a B8 Cl.1, como B8 Cl.2 com um diâmetro de 3/4" A resistência ao escoamento do material do parafuso é de 550MPa, enquanto a resistência ao escoamento do material do parafuso B8 Cl.1 de todos os diâmetros é de apenas 205MPa, A diferença entre os dois é mais do que o dobro. Os padrões de material de parafuso doméstico 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) e B8 Cl.1 são equivalentes a B8M Cl.1. [Nota: O material do parafuso S30408 em GB / T 150.3 "Projeto de Vaso de Pressão Parte Três" é equivalente a B8 Cl.2; S31608 é equivalente a B8M Cl.1.
Tendo em vista as razões acima, GB / T 150.3 e GB / T38343 "Regulamentos Técnicos para Instalação de Juntas de Flange" estipulam que os flanges de equipamentos de pressão e juntas de flange de tubos não são recomendados para usar os usuais 304 (B8 Cl.1) e 316 (B8M Cl. . 1) Os parafusos dos materiais, especialmente em condições de alta temperatura e de ciclo severas, devem ser substituídos por B8 Cl.2 (S30408) e B8M Cl.2 para evitar baixa força do parafuso de instalação.
Vale ressaltar que quando são utilizados materiais de parafusos de baixa resistência, como 304 e 316, mesmo durante a fase de instalação, como o torque não é controlado, o parafuso pode ter excedido o limite de escoamento do material, ou mesmo fraturado. Naturalmente, se ocorrer vazamento durante o teste de pressão ou início da operação, mesmo que os parafusos continuem a ser apertados, a força do parafuso não aumentará e o vazamento não poderá ser interrompido. Além disso, esses parafusos não podem ser reutilizados após serem desmontados, porque os parafusos sofreram deformação permanente e o tamanho da seção transversal dos parafusos tornou-se menor e eles são propensos a quebrar após a reinstalação.