Scellant des joints de bride - Pourquoi 304 boulons ne sont pas recommandés

Scellant des joints de bride - Pourquoi 304 boulons ne sont pas recommandés

À l'usine China C63200 Cask Valve, nous rencontrons souvent des problèmes de fuite lorsque des brides en acier au carbone ou en acier inoxydable sont associées à 304 boulons pendant le fonctionnement. Cet article fournit une analyse qualitative de ce phénomène.

1. Différences de base entre les matériaux 304, 304L, 316 et 316L
304, 304L, 316 et 316L sont des aciers inoxydables couramment utilisés pour les joints de bride, y compris les brides, les éléments d'étanchéité et les attaches. Ces notes appartiennent aux aciers inoxydables austénitiques de la série 300 selon les normes matérielles américaines (ANSI ou ASTM). Leurs grades matériels chinois correspondants (GB / T) sont 06CR19NI10 (304), 022CR19NI10 (304L), 06CR17NI12MO2 (316) et 022CR17NI12MO2 (316L). Collectivement, ils sont appelés aciers inoxydables 18-8.
Comme le montre le tableau 1, les différences de composition en alliage entraînent des propriétés physiques, chimiques et mécaniques variables. Par rapport aux aciers inoxydables ordinaires, ils offrent une bonne résistance à la corrosion, une résistance à la chaleur et une machinabilité. 304L a une résistance à la corrosion similaire à 304 mais, en raison de sa plus faible teneur en carbone, offre une meilleure résistance à la corrosion intergranulaire. 316 et 316L sont des aciers inoxydables contenant du molybdène, offrant une corrosion et une résistance à la chaleur supérieures par rapport aux 304 et 304L. De même, la teneur en carbone inférieure de 316L offre une amélioration de la résistance à la corrosion intergranulaire.
La résistance mécanique de ces aciers inoxydables austénitiques est relativement faible. Les limites d'élasticité à température ambiante sont: 304 - 205 MPa, 304L - 170 MPa, 316 - 210 MPa et 316L - 200 MPa. Par conséquent, les boulons fabriqués à partir de ces matériaux sont considérés comme des boulons à faible résistance.

Tableau 1: Teneur en carbone, limite d'élasticité à température ambiante et température de fonctionnement maximale recommandée

2. Pourquoi 304 et 316 boulons ne sont pas recommandés pour les joints de bride
Comme discuté précédemment, les joints de bride peuvent subir des fuites en raison de deux facteurs principaux: premièrement, la pression interne peut séparer les surfaces d'étanchéité, réduisant la contrainte du joint; Deuxièmement, à des températures élevées, la relaxation des boulons ou le fluage du joint peut diminuer la précharge du boulon, provoquant la baisse de la contrainte du joint et entraînant des fuites.
La relaxation des boulons au fil du temps est inévitable. Même les boulons initialement serrés au couple correct perdra progressivement la précharge, en particulier dans des conditions à haute température ou cycliques. Après 10 000 heures de fonctionnement, la perte de charge de boulon peut dépasser 50%, ce qui se poursuit avec un fonctionnement prolongé et des températures plus élevées.
Lorsque la bride et le boulon sont fabriqués à différents matériaux - en particulier lorsque les brides sont en acier au carbone et que les boulons sont en acier inoxydable - la différence dans les coefficients de dilatation thermique peut exacerber la relaxation des boulons. Par exemple, à 50 ° C, le coefficient d'extension thermique de l'acier inoxydable (16,51 × 10⁻⁶ / ° C) est plus élevé que celui de l'acier au carbone (11,12 × 10⁻⁶ / ° C). Au fur et à mesure que le système se réchauffe, les boulons s'allongent plus que la bride, réduisant la précharge du boulon et provoquant potentiellement des fuites. Par conséquent, pour l'équipement à haute température, il est recommandé que les matériaux de bride et de boulon aient des coefficients d'expansion thermique similaires.
À partir de la section 1, la faible résistance mécanique de 304 et 316 aciers inoxydables (limites d'élasticité 205–210 MPa) est évidente. Pour améliorer la résistance aux boulons à la relaxation et à la fatigue, il est nécessaire d'augmenter la précharge de l'installation. Par exemple, la réalisation de 70% de la limite d'élasticité du matériau du boulon pendant l'installation nécessite des matériaux de boulon plus résistants, tels que l'acier en alliage moyen ou élevé ou haute résistance. De toute évidence, pour les brides sous haute pression ou pour les joints semi-métalliques et métalliques, la force de boulon à faible résistance 304 et 316 ne peut pas répondre aux exigences de scellées en raison de la force de boulon insuffisante.
Il est important de noter que dans les normes de boulons en acier inoxydable américaines, 304 et 316 ont deux classes chacune: 304 (B8 Cl.1 et B8 Cl.2) et 316 (B8M CL.1 et B8M CL.2). Les boulons CL.1 sont recouverts de solution, tandis que les boulons Cl.2 sont en outre à froid. Bien que B8 Cl.2 et B8 Cl.1 aient une résistance à la corrosion similaire, B8 Cl.2 présente une résistance mécanique significativement plus élevée. Par exemple, un boulon 3/4 "B8 cl.2 a une limite d'élasticité de 550 MPa, plus de deux fois celle de B8 Cl.1 (205 MPa). Standards chinois 06CR19NI10 (304) et 06CR17NI12MO2 (316) correspond à B8 CL.1 et B8M CL.1.
Pour ces raisons, les normes GB / T 150,3 et GB / T 38343 recommandent d'éviter les boulons standard 304 (B8 CL.1) et 316 (B8M CL.1) pour les brides d'équipement de pression, en particulier dans des conditions à haute température ou cycliques. Au lieu de cela, B8 Cl.2 (S30408) et B8M CL.2 doivent être utilisés pour éviter une précharge de boulon insuffisante.
Il convient également de noter que les boulons à faible résistance comme 304 et 316 peuvent céder ou même fracturer pendant l'installation si le couple n'est pas correctement contrôlé. Une fois ces boulons déformés, ils ne peuvent pas être réutilisés, car leur section transversale a réduit en permanence, augmentant le risque d'échec lors de la réinstallation.