(1) Quelles sont les différences fondamentales entre 304,304L, 316 et316Lmatériaux?
304, 304L, 316 et 316L sont des matériaux en acier inoxydable couramment utilisés dans les joints à brides (y compris les brides, les éléments d'étanchéité et les fixations).
304, 304L, 316 et 316L sont des codes de qualité d'acier inoxydable des normes de matériaux américaines (ANSI ou ASTM), qui appartiennent à la série 300 d'acier inoxydable austénitique. Les qualités correspondant aux normes nationales de matériaux (GB/T) sont 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ce type d'acier inoxydable est généralement appelé collectivement acier inoxydable 18-8.
| Acier galvanisé |
Les 304, 304L, 316 et 316L ont des propriétés physiques, chimiques et mécaniques différentes en raison des différents éléments et quantités d'alliage. Par rapport à l'acier inoxydable ordinaire, ils ont une bonne résistance à la corrosion, une bonne résistance à la chaleur et de bonnes performances de traitement. La résistance à la corrosion du 304L est similaire à celle du 304, mais comme la teneur en carbone du 304L est inférieure à celle du 304, sa capacité à résister à la corrosion intergranulaire est plus forte. 316 et 316L sont des aciers inoxydables contenant du molybdène. Grâce à l'ajout de molybdène, leur résistance à la corrosion et à la chaleur sont meilleures que celles du 304 et du 304L. De la même manière, la teneur en carbone du 316L étant inférieure à celle du 316, sa résistance à la corrosion des cristaux est meilleure. Les aciers inoxydables austénitiques 304, 304L, 316 et 316L ont une faible résistance mécanique. La limite d'élasticité à température ambiante du 304 est de 205 MPa et celle du 304L est de 170 MPa ; la limite d'élasticité à température ambiante du 316 est de 210 MPa et celle du 316L est de 200 MPa. Par conséquent, les boulons fabriqués à partir de ceux-ci appartiennent à la classe des boulons à faible résistance.
Tableau 1 Teneur en carbone, % Limite d'élasticité à température ambiante, MPa Température de fonctionnement maximale recommandée, degrés
304 Inférieur ou égal à 0.08 205 816
304L Inférieur ou égal à 0.03 170 538
316 Inférieur ou égal à 0.08 210 816
316L Inférieur ou égal à 0.03 200 538
(2) Pourquoi les joints à brides ne devraient-ils pas utiliser de boulons fabriqués dans des matériaux tels que 304 et 316 ?
Comme mentionné dans les conférences précédentes, la première raison des joints à bride est que les surfaces d'étanchéité des deux brides sont séparées en raison de la pression interne, provoquant une réduction correspondante de la contrainte du joint ; la deuxième raison est que la force du boulon est relâchée en raison de la relaxation par fluage du joint ou du fluage du boulon lui-même à des températures élevées. , ce qui réduit également la contrainte du joint, provoquant une fuite et une défaillance du joint à bride.
En fonctionnement réel, la relaxation de la force du boulon est inévitable et la force initiale du boulon serré diminuera toujours avec le temps. En particulier pour les joints à bride soumis à des températures élevées et à des conditions de cycle sévères, après 10 000 heures de fonctionnement, la perte de charge des boulons dépassera souvent 50 % et diminuera à mesure que le temps passe et que la température augmente.
Lorsque la bride et les boulons sont constitués de matériaux différents, en particulier lorsque la bride est en acier au carbone et que les boulons sont en acier inoxydable, les coefficients de dilatation thermique des matériaux des boulons et des brides sont différents. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de l'acier inoxydable à 50 degrés (16,51×10-5/degré) est supérieur au coefficient de dilatation thermique de l'acier au carbone (11,12×10-5/degré). Une fois le dispositif chauffé, lorsque l'expansion de la bride est inférieure à l'expansion du boulon, une fois la déformation coordonnée, l'allongement du boulon diminue, entraînant une diminution de la force du boulon. Un relâchement peut entraîner une fuite du joint de bride. Par conséquent, lors du raccordement de brides d'équipement à haute température et de brides de tuyaux, en particulier lorsque les coefficients de dilatation thermique des matériaux des brides et des boulons sont différents, les coefficients de dilatation thermique des deux matériaux doivent être aussi proches que possible.
Il ressort de (1) que la résistance mécanique des aciers inoxydables austénitiques tels que 304 et 316 est faible. La limite d'élasticité à température ambiante du 304 n'est que de 205 MPa et celle du 316 n'est que de 210 MPa. Par conséquent, afin d'améliorer la capacité des boulons à résister à la relaxation et à la fatigue, des mesures sont prises pour augmenter la force des boulons d'installation. Par exemple, dans les forums suivants, il sera mentionné que lorsque la force maximale du boulon d'installation est utilisée, la contrainte du boulon d'installation doit atteindre 70 % de la limite d'élasticité du matériau du boulon. , il est donc nécessaire d'améliorer le niveau de résistance des matériaux de boulons et d'utiliser des matériaux de boulons en acier allié à haute ou moyenne résistance. Il est évident qu'en plus des brides en fonte, des brides non métalliques ou des joints en caoutchouc, pour les brides avec des niveaux de pression plus élevés ou des joints semi-métalliques et métalliques avec une contrainte de joint importante, des boulons en matériau à faible résistance tels que 304 et 316, en raison de la force du boulon n'est pas suffisante pour répondre aux exigences d'étanchéité.
Ce qui mérite une attention particulière ici, c'est que dans les normes américaines sur les matériaux des boulons en acier inoxydable, 304 et 316 ont respectivement deux catégories, à savoir B8 Cl.1 et B8 Cl.2 de 304 et B8M Cl.1 et B8M Cl.2 de 316. Cl. .1 a subi un traitement en solution solide de carbure, tandis que Cl.2 a subi un traitement de renforcement de déformation en plus du traitement en solution solide. Bien qu'il n'y ait pas de différence fondamentale dans la résistance à la corrosion chimique entre B8 Cl.2 et B8 Cl.1, la résistance mécanique du B8 Cl.2 est grandement améliorée par rapport au B8 Cl.1, comme le B8 Cl.2 d'un diamètre de 3. /4". La limite d'élasticité du matériau des boulons est de 550 MPa, tandis que la limite d'élasticité des matériaux de boulons B8 Cl.1 de tous diamètres n'est que de 205 MPa, soit plus du double de la différence. 06Cr19Ni10 (304) et 06Cr17Ni12Mo2 (316) en usage domestique. Les normes relatives aux matériaux des boulons sont différentes de B8 Cl.1 qui équivaut à B8M Cl.1. [Remarque : le matériau des boulons S30408 dans GB/T 150.3 « Conception des récipients sous pression, partie 3 » est équivalent à B8 Cl.2 ; S31608 est équivalent à B8M. Cl.1.
Compte tenu des raisons ci-dessus, les normes GB/T 150.3 et GB/T 38343 « Règlements techniques pour l'installation des joints à bride » stipulent qu'il n'est pas recommandé d'utiliser les habituels 304 (B8 Cl. 1) et 316 (B8M Cl) pour brides d'équipements sous pression et joints de brides de tuyaux. .1) Les matériaux des boulons, en particulier dans des conditions de températures élevées et de cycles sévères, doivent être remplacés par du B8 Cl.2 (S30408) et du B8M Cl.2 pour éviter une faible force de boulon d'installation.
Il convient de noter que lors de l'utilisation de matériaux de boulons à faible résistance tels que 304 et 316, même pendant la phase d'installation, le boulon peut dépasser la limite d'élasticité du matériau ou même se briser en raison du manque de contrôle du couple. Naturellement, si une fuite se produit pendant le test de pression ou au début du fonctionnement, même si les boulons continuent à être serrés, la force du boulon n'augmentera pas et la fuite ne sera pas évitée. De plus, ces boulons ne peuvent pas être réutilisés après avoir été démontés, car les boulons ont été déformés de manière permanente et la taille de la section transversale des boulons est devenue plus petite, et ils sont sujets à la torsion et à la rupture une fois réinstallés.
