Vedação articular do flange - por que 304 parafusos não são recomendados

Vedação articular do flange - por que 304 parafusos não são recomendados

Na fábrica da válvula de retenção da China C63200, geralmente encontramos problemas de vazamento quando o aço carbono ou flanges de aço inoxidável são emparelhados com 304 parafusos durante a operação. Este artigo fornece uma análise qualitativa desse fenômeno.

1. Diferenças básicas entre 304, 304L, 316 e 316L Materials
304, 304L, 316 e 316L são aços inoxidáveis comumente usados para articulações de flange, incluindo flanges, elementos de vedação e prendedores. Essas notas pertencem aos austeníticos Austeníticos da série 300 sob os padrões materiais americanos (ANSI ou ASTM). Seus graus materiais chineses correspondentes (GB/T) são 06cr19ni10 (304), 022CR19NI10 (304L), 06CR17NI12MO2 (316) e 022CR17NI12MO2 (316L). Coletivamente, eles são chamados de 18 a 8 aços inoxidáveis.
Conforme mostrado na Tabela 1, as diferenças na composição da liga resultam em diferentes propriedades físicas, químicas e mecânicas. Comparados com aços inoxidáveis comuns, eles oferecem boa resistência à corrosão, resistência ao calor e máquinabilidade. 304L possui resistência à corrosão semelhante a 304, mas, devido ao seu menor teor de carbono, fornece melhor resistência à corrosão intergranular. 316 e 316L são aços inoxidáveis contendo molibdênio, oferecendo corrosão superior e resistência ao calor em comparação com 304 e 304L. Da mesma forma, o menor teor de carbono de 316L fornece uma melhor resistência à corrosão intergranular.
A resistência mecânica desses aços inoxidáveis austeníticos é relativamente baixa. As forças de escoamento de temperatura ambiente são: 304-205 MPa, 304L-170 MPa, 316-210 MPa e 316L-200 MPa. Portanto, os parafusos feitos com esses materiais são considerados parafusos de baixa resistência.

Tabela 1: teor de carbono, resistência ao escoamento à temperatura ambiente e temperatura máxima de operação recomendada

2. Por que os parafusos 304 e 316 não são recomendados para as juntas do flange
Como discutido anteriormente, as articulações do flange podem sofrer vazamentos devido a dois fatores principais: primeiro, a pressão interna pode separar as superfícies de vedação, reduzindo a tensão da junta; Segundo, a altas temperaturas, relaxamento do parafuso ou fluência da junta podem diminuir a pré -carga do parafuso, fazendo com que a tensão da junta caia e resultando em vazamento.
O relaxamento do parafuso ao longo do tempo é inevitável. Mesmo os parafusos inicialmente apertados ao torque correto perderão gradualmente a pré-carga, especialmente em condições de alta temperatura ou cíclicas. Após 10.000 horas de operação, a perda de carga do parafuso pode exceder 50%, e isso continua com operação prolongada e temperaturas mais altas.
Quando o flange e o parafuso são feitos de diferentes materiais - principalmente quando os flanges são aço carbono e os parafusos são de aço inoxidável - a diferença nos coeficientes de expansão térmica pode exacerbar o relaxamento dos parafusos. Por exemplo, a 50 ° C, o coeficiente de expansão térmica de aço inoxidável (16,51 × 10⁻⁶ /° C) é maior que o do aço carbono (11,12 × 10⁻⁶ /° C). À medida que o sistema aquece, os parafusos alongam mais do que o flange, reduzindo a pré -carga do parafuso e potencialmente causando vazamentos. Portanto, para equipamentos de alta temperatura, recomenda-se que os materiais de flange e parafusos tenham coeficientes de expansão térmica semelhantes.
A partir da Seção 1, é evidente a baixa resistência mecânica de aços inoxidáveis 304 e 316 (forças de escoamento 205 a 210 MPa). Para melhorar a resistência dos parafusos ao relaxamento e à fadiga, é necessário aumentar a pré -carga da instalação. Por exemplo, alcançar 70% do material do parafuso "A resistência de escoamento durante a instalação requer materiais de parafusos de alta resistência, como aço de liga de alta ou alta resistência. Claramente, para flanges sob alta pressão ou para requisitos semi-metálicos e metálicos, a força de rajada de baixa resistência 304 e 316 não pode atender aos requisitos de vedação devido a um parafuso insuficiente.
É importante observar que nos padrões dos parafusos de aço inoxidável dos EUA, 304 e 316 têm duas classes cada: 304 (b8 cl.1 e b8 cl.2) e 316 (b8m cl.1 e b8m cl.2). Os parafusos cl.1 são anunciados pela solução, enquanto os parafusos de Cl.2 são adicionalmente trabalhados a frio. Embora B8 Cl.2 e B8 Cl.1 tenham resistência à corrosão semelhante, B8 Cl.2 exibe resistência mecânica significativamente maior. Por exemplo, um parafuso de 3/4 "B8 Cl.2 possui uma força de escoamento de 550 MPa, mais do que o dobro do B8 Cl.1 (205 MPa). Padrões chineses 06cr19ni10 (304) e 06cr17ni12mo2 (316) correspondem a B8 Cl.1 e B8M Cl.1.
Por esses motivos, os padrões GB/T 150.3 e GB/T 38343 recomendam evitar os parafusos padrão 304 (B8 Cl.1) e 316 (B8M Cl.1) para flanges de equipamentos de pressão, especialmente em condições de alta temperatura ou cíclicas. Em vez disso, os parafusos B8 Cl.2 (S30408) e B8M Cl.2 devem ser usados para evitar a pré -carga do parafuso insuficiente.
Também vale a pena notar que parafusos de baixa resistência, como 304 e 316, podem produzir ou até fraturar durante a instalação se o torque não for controlado adequadamente. Uma vez que esses parafusos são deformados, eles não podem ser reutilizados, pois a seção transversal reduziu permanentemente, aumentando o risco de falha durante a reinstalação.