14 de noviembre de 2022
Sellado de juntas de brida: ¿por qué no se recomienda el material 304 para pernos?
Cuando se utilizan bridas de acero al carbono o acero inoxidable con pernos de material 304 en el sellado de juntas de bridas, a menudo ocurren problemas de fugas durante la operación. En esta conferencia se hará un análisis cualitativo de esto.
(1) ¿Cuáles son las diferencias básicas entre los materiales 304, 304L, 316 y 316L?
304, 304L, 316 y 316L son los grados de acero inoxidable comúnmente utilizados en uniones bridadas, incluidas bridas, elementos de sellado y sujetadores.
304, 304L, 316 y 316L son las designaciones de grado de acero inoxidable de la Norma Americana de Materiales (ANSI o ASTM), que pertenecen a la serie 300 de aceros inoxidables austeníticos. Los grados correspondientes a los estándares de materiales domésticos (GB/T) son 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Este tipo de acero inoxidable generalmente se conoce colectivamente como acero inoxidable 18-8.
Ver Tabla 1, 304, 304L, 316 y 316L tienen diferentes propiedades físicas, químicas y mecánicas debido a la adición de elementos y cantidades de aleación. En comparación con el acero inoxidable ordinario, tienen buena resistencia a la corrosión, resistencia al calor y rendimiento de procesamiento. La resistencia a la corrosión del 304L es similar a la del 304, pero debido a que el contenido de carbono del 304L es menor que el del 304, su resistencia a la corrosión intergranular es más fuerte. 316 y 316L son aceros inoxidables que contienen molibdeno. Debido a la adición de molibdeno, su resistencia a la corrosión y al calor es mejor que la de 304 y 304L. De la misma manera, debido a que el contenido de carbono del 316L es menor que el del 316, su capacidad para resistir la corrosión de los cristales es mejor. Los aceros inoxidables austeníticos como el 304, 304L, 316 y 316L tienen baja resistencia mecánica. El límite elástico a temperatura ambiente de 304 es de 205MPa, 304L es de 170MPa; el límite elástico a temperatura ambiente de 316 es de 210 MPa y 316L es de 200 MPa. Por lo tanto, los pernos hechos con ellos pertenecen a los pernos de grado de baja resistencia.
Tabla 1 Contenido de carbono, % Límite elástico a temperatura ambiente, MPa Temperatura máxima de servicio recomendada, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) ¿Por qué las uniones de brida no deben usar pernos de materiales como 304 y 316?
Como se mencionó en las lecciones anteriores, la junta de brida separa en primer lugar las superficies de sellado de las dos bridas debido a la acción de la presión interna, lo que resulta en una disminución correspondiente en la tensión de la junta y, en segundo lugar, la relajación de la fuerza del perno debido a la relajación por fluencia de la junta o la fluencia del propio perno a alta temperatura, También reduce la tensión de la junta, de modo que la junta de la brida tiene fugas y falla.
En el funcionamiento real, la relajación de la fuerza del perno es inevitable y la fuerza del perno de apriete inicial siempre disminuirá con el tiempo. Especialmente para uniones de bridas bajo alta temperatura y condiciones de ciclo severas, después de 10,000 horas de operación, la pérdida de carga del perno a menudo excederá el 50% y se atenuará con la continuación del tiempo y el aumento de la temperatura.
Cuando la brida y el perno están hechos de diferentes materiales, especialmente cuando la brida está hecha de acero al carbono y el perno está hecho de acero inoxidable, el coeficiente de expansión térmica 2 del material del perno y la brida es diferente, como el coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable a 50 °C (16.51×10-5 / °C) es mayor que el coeficiente de expansión térmica del acero al carbono (11.12×10-5 / °C). Después de calentar el dispositivo, cuando la expansión de la brida es menor que la expansión del perno, después de que se coordina la deformación, el alargamiento del perno disminuye, lo que hace que la fuerza del perno disminuya. Si hay alguna holgura, puede causar fugas en la junta de la brida. Por lo tanto, cuando la brida del equipo de alta temperatura y la brida de la tubería están conectadas, especialmente los coeficientes de expansión térmica de los materiales de la brida y el perno son diferentes, los coeficientes de expansión térmica de los dos materiales deben ser lo más cercanos posible.
Se puede ver en (1) que la resistencia mecánica del acero inoxidable austenítico como 304 y 316 es baja, y el límite elástico a temperatura ambiente de 304 es de solo 205MPa, y el de 316 es de solo 210MPa. Por lo tanto, para mejorar la capacidad anti-relajación y anti-fatiga de los pernos, se toman medidas para aumentar la fuerza de los pernos de instalación. Por ejemplo, cuando se utiliza la fuerza máxima del perno de instalación en el foro de seguimiento, se requiere que la tensión de los pernos de instalación alcance el 70% del límite elástico del material del perno, de modo que se debe mejorar el grado de resistencia del material del perno y se utilizan materiales de pernos de acero aleado de alta o media resistencia. Obviamente, a excepción del hierro fundido, bridas no metálicas o juntas de goma, para juntas semimetálicas y metálicas con bridas de mayor grado de presión o juntas con mayor tensión, los pernos hechos de materiales de baja resistencia como 304 y 316, debido a la fuerza del perno No es suficiente para cumplir con los requisitos de sellado.
Lo que necesita especial atención aquí es que en el estándar estadounidense de materiales de pernos de acero inoxidable, 304 y 316 tienen dos categorías, a saber, B8 Cl.1 y B8 Cl.2 de 304 y B8M Cl.1 y B8M Cl.2 de 316. El Cl.1 es una solución sólida tratada con carburos, mientras que el Cl.2 se somete a un tratamiento de refuerzo de la deformación además del tratamiento con solución sólida. Aunque no hay una diferencia fundamental en la resistencia química entre B8 Cl.2 y B8 Cl.1, la resistencia mecánica de B8 Cl.2 mejora considerablemente en relación con B8 Cl.1, como B8 Cl.2 con un diámetro de 3/4 " El límite elástico del material del perno es de 550MPa, mientras que el límite elástico del material del perno B8 Cl.1 de todos los diámetros es de solo 205MPa, La diferencia entre los dos es más del doble. Los estándares nacionales de materiales de pernos 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) y B8 Cl.1 son equivalentes a B8M Cl.1. [Nota: El material del perno S30408 en GB/T 150.3 "Diseño de recipiente a presión parte tres" es equivalente a B8 Cl.2; S31608 es equivalente a B8M Cl.1.
En vista de las razones anteriores, GB/T 150.3 y GB/T38343 "Reglamentos técnicos para la instalación de juntas de bridas" estipulan que no se recomienda que las bridas de los equipos a presión y las uniones de bridas de tuberías utilicen los habituales 304 (B8 Cl.1) y 316 (B8M Cl. . 1) Los pernos de los materiales, especialmente en condiciones de alta temperatura y ciclo severo, deben reemplazarse con B8 Cl.2 (S30408) y B8M Cl.2 para evitar la baja fuerza del perno de instalación.
Vale la pena señalar que cuando se utilizan materiales de pernos de baja resistencia como 304 y 316, incluso durante la etapa de instalación, debido a que el par no está controlado, el perno puede haber excedido el límite elástico del material, o incluso fracturado. Naturalmente, si se produce una fuga durante la prueba de presión o el inicio de la operación, incluso si los pernos continúan apretados, la fuerza del perno no aumentará y la fuga no se podrá detener. Además, estos pernos no se pueden reutilizar después de desmontarlos, porque los pernos han sufrido una deformación permanente y el tamaño de la sección transversal de los pernos se ha reducido y son propensos a romperse después de la reinstalación.
(1) ¿Cuáles son las diferencias básicas entre los materiales 304, 304L, 316 y 316L?
304, 304L, 316 y 316L son los grados de acero inoxidable comúnmente utilizados en uniones bridadas, incluidas bridas, elementos de sellado y sujetadores.
304, 304L, 316 y 316L son las designaciones de grado de acero inoxidable de la Norma Americana de Materiales (ANSI o ASTM), que pertenecen a la serie 300 de aceros inoxidables austeníticos. Los grados correspondientes a los estándares de materiales domésticos (GB/T) son 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Este tipo de acero inoxidable generalmente se conoce colectivamente como acero inoxidable 18-8.
Ver Tabla 1, 304, 304L, 316 y 316L tienen diferentes propiedades físicas, químicas y mecánicas debido a la adición de elementos y cantidades de aleación. En comparación con el acero inoxidable ordinario, tienen buena resistencia a la corrosión, resistencia al calor y rendimiento de procesamiento. La resistencia a la corrosión del 304L es similar a la del 304, pero debido a que el contenido de carbono del 304L es menor que el del 304, su resistencia a la corrosión intergranular es más fuerte. 316 y 316L son aceros inoxidables que contienen molibdeno. Debido a la adición de molibdeno, su resistencia a la corrosión y al calor es mejor que la de 304 y 304L. De la misma manera, debido a que el contenido de carbono del 316L es menor que el del 316, su capacidad para resistir la corrosión de los cristales es mejor. Los aceros inoxidables austeníticos como el 304, 304L, 316 y 316L tienen baja resistencia mecánica. El límite elástico a temperatura ambiente de 304 es de 205MPa, 304L es de 170MPa; el límite elástico a temperatura ambiente de 316 es de 210 MPa y 316L es de 200 MPa. Por lo tanto, los pernos hechos con ellos pertenecen a los pernos de grado de baja resistencia.
Tabla 1 Contenido de carbono, % Límite elástico a temperatura ambiente, MPa Temperatura máxima de servicio recomendada, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) ¿Por qué las uniones de brida no deben usar pernos de materiales como 304 y 316?
Como se mencionó en las lecciones anteriores, la junta de brida separa en primer lugar las superficies de sellado de las dos bridas debido a la acción de la presión interna, lo que resulta en una disminución correspondiente en la tensión de la junta y, en segundo lugar, la relajación de la fuerza del perno debido a la relajación por fluencia de la junta o la fluencia del propio perno a alta temperatura, También reduce la tensión de la junta, de modo que la junta de la brida tiene fugas y falla.
En el funcionamiento real, la relajación de la fuerza del perno es inevitable y la fuerza del perno de apriete inicial siempre disminuirá con el tiempo. Especialmente para uniones de bridas bajo alta temperatura y condiciones de ciclo severas, después de 10,000 horas de operación, la pérdida de carga del perno a menudo excederá el 50% y se atenuará con la continuación del tiempo y el aumento de la temperatura.
Cuando la brida y el perno están hechos de diferentes materiales, especialmente cuando la brida está hecha de acero al carbono y el perno está hecho de acero inoxidable, el coeficiente de expansión térmica 2 del material del perno y la brida es diferente, como el coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable a 50 °C (16.51×10-5 / °C) es mayor que el coeficiente de expansión térmica del acero al carbono (11.12×10-5 / °C). Después de calentar el dispositivo, cuando la expansión de la brida es menor que la expansión del perno, después de que se coordina la deformación, el alargamiento del perno disminuye, lo que hace que la fuerza del perno disminuya. Si hay alguna holgura, puede causar fugas en la junta de la brida. Por lo tanto, cuando la brida del equipo de alta temperatura y la brida de la tubería están conectadas, especialmente los coeficientes de expansión térmica de los materiales de la brida y el perno son diferentes, los coeficientes de expansión térmica de los dos materiales deben ser lo más cercanos posible.
Se puede ver en (1) que la resistencia mecánica del acero inoxidable austenítico como 304 y 316 es baja, y el límite elástico a temperatura ambiente de 304 es de solo 205MPa, y el de 316 es de solo 210MPa. Por lo tanto, para mejorar la capacidad anti-relajación y anti-fatiga de los pernos, se toman medidas para aumentar la fuerza de los pernos de instalación. Por ejemplo, cuando se utiliza la fuerza máxima del perno de instalación en el foro de seguimiento, se requiere que la tensión de los pernos de instalación alcance el 70% del límite elástico del material del perno, de modo que se debe mejorar el grado de resistencia del material del perno y se utilizan materiales de pernos de acero aleado de alta o media resistencia. Obviamente, a excepción del hierro fundido, bridas no metálicas o juntas de goma, para juntas semimetálicas y metálicas con bridas de mayor grado de presión o juntas con mayor tensión, los pernos hechos de materiales de baja resistencia como 304 y 316, debido a la fuerza del perno No es suficiente para cumplir con los requisitos de sellado.
Lo que necesita especial atención aquí es que en el estándar estadounidense de materiales de pernos de acero inoxidable, 304 y 316 tienen dos categorías, a saber, B8 Cl.1 y B8 Cl.2 de 304 y B8M Cl.1 y B8M Cl.2 de 316. El Cl.1 es una solución sólida tratada con carburos, mientras que el Cl.2 se somete a un tratamiento de refuerzo de la deformación además del tratamiento con solución sólida. Aunque no hay una diferencia fundamental en la resistencia química entre B8 Cl.2 y B8 Cl.1, la resistencia mecánica de B8 Cl.2 mejora considerablemente en relación con B8 Cl.1, como B8 Cl.2 con un diámetro de 3/4 " El límite elástico del material del perno es de 550MPa, mientras que el límite elástico del material del perno B8 Cl.1 de todos los diámetros es de solo 205MPa, La diferencia entre los dos es más del doble. Los estándares nacionales de materiales de pernos 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) y B8 Cl.1 son equivalentes a B8M Cl.1. [Nota: El material del perno S30408 en GB/T 150.3 "Diseño de recipiente a presión parte tres" es equivalente a B8 Cl.2; S31608 es equivalente a B8M Cl.1.
En vista de las razones anteriores, GB/T 150.3 y GB/T38343 "Reglamentos técnicos para la instalación de juntas de bridas" estipulan que no se recomienda que las bridas de los equipos a presión y las uniones de bridas de tuberías utilicen los habituales 304 (B8 Cl.1) y 316 (B8M Cl. . 1) Los pernos de los materiales, especialmente en condiciones de alta temperatura y ciclo severo, deben reemplazarse con B8 Cl.2 (S30408) y B8M Cl.2 para evitar la baja fuerza del perno de instalación.
Vale la pena señalar que cuando se utilizan materiales de pernos de baja resistencia como 304 y 316, incluso durante la etapa de instalación, debido a que el par no está controlado, el perno puede haber excedido el límite elástico del material, o incluso fracturado. Naturalmente, si se produce una fuga durante la prueba de presión o el inicio de la operación, incluso si los pernos continúan apretados, la fuerza del perno no aumentará y la fuga no se podrá detener. Además, estos pernos no se pueden reutilizar después de desmontarlos, porque los pernos han sufrido una deformación permanente y el tamaño de la sección transversal de los pernos se ha reducido y son propensos a romperse después de la reinstalación.