剖析螺栓法兰垫片组合密封为什么螺栓不建议用 304 材料.docx

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1、304、3O41.316和3161.材料有什么基本区别？304、3041.、316和3161.是法兰接头(包括法兰、密封元件和紧固件)中通常选用的不锈钢种材料。简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质腐蚀的钢叫耐酸钢。通常使用的不锈钢类型为304、3041.、316、3161.,是美国材料标准(ANSl或ASTM)的不锈钢种代号，隶属于奥氏体不锈钢的300系列一类钢。与国内材料标准(GB/T)对应的牌号是06Cr19Ni10(304)、022Cr19Ni10(3041.)x06Cr17Ni12Mo2(316)、022Cr17Ni12Mo2(3161.)通常把这类不锈钢统称为18-8

2、不锈钢。不错制标灌捐为对骐趣定度太中国日本R国RS中三sseGB/T2O87BJiSASTMKSBSSNASCNS12Cf13SUS403403STS4034034037.7520C113SUS42CU1420STS420J114021420420Jl7.753OCM3SUS420J2一STS420J21.4028420J2420J27.75IoCrl7SUS430430STS4M1.40164304307.7068Cd7SUS440A440ASTS440A一44QA440A7.7006Cf19Ni10SUS3O4304STS3O41.43013043047.93022Cr19NI10SUS3

3、041.3041.STS3O41.1.43063041.3(M1.7.9306C117Ni12M2SUS316316STS3161.440131316798022C117NI12M2SU33161.3161.STS3161.144043161.3161.7.98O6C118N11TSUS321321STS3211.45413213217.9306C118Ni11NbSUS7347STS3471.4553473477.98马氏体、核素体、IS氏体、双相不锦铜的化学成分见GWT20878不锦rnfOH热钢悔号及化学成分304、3041.、316和3161.由于加入合金元素和加入量的不同，其理化和机

4、械性能也是不同的，与普通不锈钢相比,它们具有良好的耐蚀性、耐热性和加工性能。3041.的耐蚀性与304相似，但因3041.的含碳量比304低，故其抗晶间腐蚀能力更强。316、3161.是含铝不锈钢，因添加铝元素，故其耐蚀性和耐热性比304、3041.更优异。同理，因3161.的含碳量比316低，故其抗晶腐蚀能力更优良。304、3041.、316和3161.一类奥氏体不锈钢的力学强度低，304的室温屈服强度为205MPa,3041.为170MPa;316的室温屈服强度为210MPa,3161.为200MPao因此，用它们制作的螺栓属于低强度级别的螺栓。1304不锈钢304不锈钢是普遍且应用广泛的

5、钢种，具有良好的耐腐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；加工性能好，韧性高。广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。在大气中耐腐蚀，如果是工业性气氛或重污染地区，则需要及时清洁以避免腐蚀。304不锈钢为国家认可的食品级不锈钢。2316不锈钢316与34在化学成分上的最主要区别就是316含M。，而且一般公认，316的耐腐蚀性更好些，比304在高温环境下更耐腐蚀。可在苛酷的高温条件下使用；加工硬化性好（加工后弱或无磁性）；固溶状态无磁性；良好的焊接性能。使用范围广，比如化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备，食品工业、沿海地区设施等。3牌号中的我们都知道不锈钢包含了多种元素，而

6、碳化物含量比一般含量减少的金属，会在牌号后面加上一个来表示比如3161.、3O41.o为什么要减少碳化物呢？主要是为了防止“晶间腐蚀”。晶间腐蚀指的是金属在高温焊接的过程中，析出碳化物。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且金属表面往往仍是完好的，但不能经受敲击，所以是一种很危险的腐蚀。43641.不锈钢作为低碳的304钢，在一般状态下，其耐腐蚀性与304钢相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶间腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，也能保持良好的耐蚀性，可在-下使用。5作为316钢种的低碳系列，除与326钢有相同的特性外，它的抗晶间腐蚀性好。它可应用于抗晶间腐蚀性要求高的产品

7、以及化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，化工厂等领域。较高的晶间腐蚀敏感性并不意味着非低碳材料就更容易腐蚀。在高氯环境中，这种敏感性也越高。3161.的M。含量使得该钢种拥有很好的抗点蚀能力，可以安全的应用于含C/一等卤素离子环境。为什么法兰接头不应采用34和316等一类材料的螺栓？如前面几讲所述，法兰接头一是因内压力作用使两法兰密封面分离，引起垫片应力相应减少，二是因高温下垫片蠕变松弛或螺栓本身蠕变引起螺栓力松弛，同样使垫片应力下降，以至法兰接头发生泄漏失效。实际运行中，螺栓力松弛是不可避免的，初始拧紧的螺栓力总会随时间而有所跌落。特别是处于高温和剧烈循环工况的法兰接头，经过100oO小时运

8、行后，螺栓载荷损失常会超过50%,并随时间的延续和温度的提高而衰减下去。当法兰和螺栓为不同一材料，尤其当法兰为碳钢，螺栓为不锈钢时，因螺栓和法兰材料的热膨胀系数2不同，如50下不锈钢的热膨胀系数(16.51X10-5/C)比碳钢热膨胀系数(11.12X10-5/C)大，装置升温后，当法兰的膨胀量小于螺栓的膨胀量时，在变形协调后，螺栓伸长量减小引起螺栓力的松弛，就可能导致法兰接头发生泄漏。因此，高温的设备法兰和管法兰接头时，特别是法兰和螺栓材料的热膨胀系数不同，尽可能使两者材料的热膨胀系数相近。304和316一类奥氏体不锈钢的力学强度低，304的室温屈服强度仅为205MP4,316也只有21OM

9、P。因此，为了提高螺栓抗松弛和抗疲劳的能力，采取提高安装螺栓力的措施，如在后续的讲坛中将会讲到采用最大安装螺栓力时，要求安装螺栓应力达到70%的螺栓材料屈服强度，这样就必须提高螺栓材料的强度等级，采用高强度或中强度合金钢螺栓材料。显易而见，除铸铁、非金属法兰或橡胶垫片外，对于压力等级较高法兰或垫片应力较大的半金属和金属垫片，304、316这类低强度材料螺栓，因螺栓力不够而达不到密封要求0这里需要特别关注的是在美国不锈钢螺栓材料标准中304和316分别有两个类别，即304的B8Cl.1和B8C1.2以及316的B8MCl.1和B8MC1.2。Cl.1是经过碳化物固溶处理，而Cl.2除固溶处理外，

10、还经过应变强化处理。虽然B8C1.2和B8Cl.1在耐化学腐蚀性上没有根本区别，但相对B8Cl.1,B8Cl.2的力学强度获得相当提高，如直径为3/4”的B8Cl.2螺栓材料的屈服强度为550MPa,而所有直径的B8C1.1螺栓材料的屈服强度仅为205MPa,两者相差两倍以上。国内螺栓材料标准中的06Crl9Nil0(304)、06Crl7Ni12Mo2(316),与B8Cl.1和B8MCl.1相当。注：GB/T150.3压力容器第三部分设计中的螺栓材料S30408与B8Cl.2相当；S31608与B8MCl.1相当。鉴于以上原因，GB/T150.3和GB/T38343法兰接头安装技术规定中，规定承压设备法兰和管法兰接头不推荐使用通常的304(B8Cl.1)和316(B8MC1.I)材料的螺栓，尤其在高温和剧烈循环工况，应更替为B8C1.2(S30408)和B8MCl.2,以避免低下的安装螺栓力。值得注意的是当采用304.316这类低强度螺栓材料，甚至在安装阶段，由于没有对扭矩进行控制，螺栓可能已超过材料屈服强度，甚至发生断裂。自然，若耐压试验或开始运行就出现了泄漏，即使继续拧紧螺栓，螺栓力也上不去，不能阻止泄漏。此外，这些螺栓拆卸后不能重友使用，因螺栓已经产生了永久变形，螺栓截面尺寸变小，再安装就容易发生拧断。