14 November 2022
Penyegelan Sambungan Flange - Mengapa bahan 304 tidak direkomendasikan untuk baut?
Ketika flensa baja karbon atau baja tahan karat digunakan dengan baut material 304 dalam penyegelan sambungan flensa, masalah kebocoran sering terjadi selama operasi. Kuliah ini akan membuat analisis kualitatif tentang hal ini.
(1) Apa perbedaan mendasar antara bahan 304, 304L, 316 dan 316L?
304, 304L, 316 dan 316L adalah nilai baja tahan karat yang biasa digunakan pada sambungan bergelang termasuk flensa, elemen penyegelan dan pengencang.
304, 304L, 316 dan 316L adalah sebutan kelas baja tahan karat dari Standar Bahan Amerika (ANSI atau ASTM), yang termasuk dalam seri 300 baja tahan karat austenitik. Nilai yang sesuai dengan standar material domestik (GB/T) adalah 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Jenis baja tahan karat ini biasanya secara kolektif disebut sebagai baja tahan karat 18-8.
Lihat Tabel 1, 304, 304L, 316 dan 316L memiliki sifat fisik, kimia dan mekanik yang berbeda karena penambahan elemen dan jumlah paduan. Dibandingkan dengan baja tahan karat biasa, mereka memiliki ketahanan korosi yang baik, tahan panas, dan kinerja pemrosesan. Ketahanan korosi 304L mirip dengan 304, tetapi karena kandungan karbon 304L lebih rendah dari 304, ketahanannya terhadap korosi intergranular lebih kuat. 316 dan 316L adalah baja tahan karat yang mengandung molibdenum. Karena penambahan molibdenum, ketahanan korosi dan ketahanan panasnya lebih baik daripada 304 dan 304L. Dengan cara yang sama, karena kandungan karbon 316L lebih rendah dari 316, kemampuannya untuk menahan korosi kristal lebih baik. Baja tahan karat austenitik seperti 304, 304L, 316 dan 316L memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Kekuatan luluh suhu kamar 304 adalah 205MPa, 304L adalah 170MPa; kekuatan luluh suhu kamar 316 adalah 210MPa, dan 316L adalah 200MPa. Oleh karena itu, baut yang terbuat dari mereka termasuk dalam baut kelas berkekuatan rendah.
Tabel 1 Kandungan karbon, % Kekuatan luluh suhu kamar, MPa Suhu servis maksimum yang direkomendasikan, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Mengapa sambungan flensa tidak boleh menggunakan baut bahan seperti 304 dan 316?
Seperti disebutkan dalam kuliah sebelumnya, sambungan flensa pertama-tama memisahkan permukaan penyegelan dari dua flensa karena aksi tekanan internal, menghasilkan penurunan tegangan paking yang sesuai, dan kedua, relaksasi gaya baut karena relaksasi mulur paking atau creep baut itu sendiri pada suhu tinggi, juga mengurangi tekanan paking, sehingga sambungan flensa bocor dan gagal.
Dalam operasi aktual, relaksasi gaya baut tidak dapat dihindari, dan gaya baut pengencang awal akan selalu turun seiring waktu. Khusus untuk sambungan flensa di bawah suhu tinggi dan kondisi siklus yang parah, setelah 10.000 jam operasi, kehilangan beban baut akan sering melebihi 50%, dan akan melemah dengan kelanjutan waktu dan peningkatan suhu.
Ketika flensa dan baut terbuat dari bahan yang berbeda, terutama ketika flensa terbuat dari baja karbon dan baut terbuat dari baja tahan karat, koefisien ekspansi termal 2 dari bahan baut dan flensa berbeda, seperti koefisien ekspansi termal baja tahan karat pada 50 °C (16,51×10-5 / °C) lebih besar dari koefisien ekspansi termal baja karbon (11,12×10-5 / °C). Setelah perangkat dipanaskan, ketika ekspansi flensa lebih kecil dari ekspansi baut, setelah deformasi dikoordinasikan, perpanjangan baut berkurang, menyebabkan gaya baut berkurang. Jika ada kelonggaran, dapat menyebabkan kebocoran pada sambungan flensa. Oleh karena itu, ketika flensa peralatan suhu tinggi dan flensa pipa terhubung, terutama koefisien ekspansi termal dari bahan flensa dan baut berbeda, koefisien ekspansi termal dari kedua bahan tersebut harus sedekat mungkin.
Dapat dilihat dari (1) bahwa kekuatan mekanik baja tahan karat austenitik seperti 304 dan 316 rendah, dan kekuatan luluh suhu kamar 304 hanya 205MPa, dan 316 hanya 210MPa. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kemampuan anti-relaksasi dan anti-kelelahan baut, langkah-langkah untuk meningkatkan gaya baut baut pemasangan diambil. Misalnya, ketika gaya baut pemasangan maksimum digunakan dalam forum tindak lanjut, tegangan baut pemasangan harus mencapai 70% dari kekuatan luluh bahan baut, sehingga tingkat kekuatan bahan baut harus ditingkatkan, dan bahan baut baja paduan berkekuatan tinggi atau berkekuatan sedang digunakan. Jelas, kecuali untuk besi cor, flensa non-logam atau gasket karet, untuk gasket semi-logam dan logam dengan flensa kelas tekanan yang lebih tinggi atau gasket dengan tekanan yang lebih besar, baut yang terbuat dari bahan berkekuatan rendah seperti 304 dan 316, karena gaya baut Tidak cukup untuk memenuhi persyaratan penyegelan.
Yang perlu diperhatikan khusus di sini adalah bahwa dalam standar bahan baut stainless steel Amerika, 304 dan 316 memiliki dua kategori, yaitu B8 Cl.1 dan B8 Cl.2 dari 304 dan B8M Cl.1 dan B8M Cl.2 dari 316. Cl.1 adalah larutan padat yang diolah dengan karbida, sedangkan Cl.2 menjalani perlakuan penguatan regangan selain perlakuan larutan padat. Meskipun tidak ada perbedaan mendasar dalam ketahanan kimia antara B8 Cl.2 dan B8 Cl.1, kekuatan mekanik B8 Cl.2 sangat meningkat relatif terhadap B8 Cl.1, seperti B8 Cl.2 dengan diameter 3/4" Kekuatan luluh bahan baut adalah 550MPa, sedangkan kekuatan luluh bahan baut B8 Cl.1 dari semua diameter hanya 205MPa, perbedaan antara keduanya lebih dari dua kali. Standar bahan baut domestik 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316), dan B8 Cl.1 setara dengan B8M Cl.1. [Catatan: Bahan baut S30408 dalam GB / T 150.3 "Desain Bejana Tekan Bagian Tiga" setara dengan B8 Cl.2; S31608 setara dengan B8M Cl.1.
Mengingat alasan di atas, GB/T 150.3 dan GB/T38343 "Peraturan Teknis untuk Instalasi Sambungan Flange" menetapkan bahwa flensa peralatan tekanan dan sambungan flensa pipa tidak disarankan untuk menggunakan 304 (B8 Cl.1) dan 316 (B8M Cl. 1) Baut material, terutama dalam suhu tinggi dan kondisi siklus yang parah, harus diganti dengan B8 Cl.2 (S30408) dan B8M Cl.2 untuk menghindari gaya baut pemasangan yang rendah.
Perlu dicatat bahwa ketika bahan baut berkekuatan rendah seperti 304 dan 316 digunakan, bahkan selama tahap pemasangan, karena torsi tidak dikontrol, baut mungkin telah melebihi kekuatan luluh material, atau bahkan patah. Secara alami, jika kebocoran terjadi selama uji tekanan atau dimulainya operasi, bahkan jika baut terus dikencangkan, gaya baut tidak akan naik dan kebocoran tidak dapat dihentikan. Selain itu, baut ini tidak dapat digunakan kembali setelah dibongkar, karena baut telah mengalami deformasi permanen, dan ukuran penampang baut menjadi lebih kecil, dan rentan terhadap kerusakan setelah dipasang kembali.
Â
(1) Apa perbedaan mendasar antara bahan 304, 304L, 316 dan 316L?
304, 304L, 316 dan 316L adalah nilai baja tahan karat yang biasa digunakan pada sambungan bergelang termasuk flensa, elemen penyegelan dan pengencang.
304, 304L, 316 dan 316L adalah sebutan kelas baja tahan karat dari Standar Bahan Amerika (ANSI atau ASTM), yang termasuk dalam seri 300 baja tahan karat austenitik. Nilai yang sesuai dengan standar material domestik (GB/T) adalah 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Jenis baja tahan karat ini biasanya secara kolektif disebut sebagai baja tahan karat 18-8.
Lihat Tabel 1, 304, 304L, 316 dan 316L memiliki sifat fisik, kimia dan mekanik yang berbeda karena penambahan elemen dan jumlah paduan. Dibandingkan dengan baja tahan karat biasa, mereka memiliki ketahanan korosi yang baik, tahan panas, dan kinerja pemrosesan. Ketahanan korosi 304L mirip dengan 304, tetapi karena kandungan karbon 304L lebih rendah dari 304, ketahanannya terhadap korosi intergranular lebih kuat. 316 dan 316L adalah baja tahan karat yang mengandung molibdenum. Karena penambahan molibdenum, ketahanan korosi dan ketahanan panasnya lebih baik daripada 304 dan 304L. Dengan cara yang sama, karena kandungan karbon 316L lebih rendah dari 316, kemampuannya untuk menahan korosi kristal lebih baik. Baja tahan karat austenitik seperti 304, 304L, 316 dan 316L memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Kekuatan luluh suhu kamar 304 adalah 205MPa, 304L adalah 170MPa; kekuatan luluh suhu kamar 316 adalah 210MPa, dan 316L adalah 200MPa. Oleh karena itu, baut yang terbuat dari mereka termasuk dalam baut kelas berkekuatan rendah.
Tabel 1 Kandungan karbon, % Kekuatan luluh suhu kamar, MPa Suhu servis maksimum yang direkomendasikan, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Mengapa sambungan flensa tidak boleh menggunakan baut bahan seperti 304 dan 316?
Seperti disebutkan dalam kuliah sebelumnya, sambungan flensa pertama-tama memisahkan permukaan penyegelan dari dua flensa karena aksi tekanan internal, menghasilkan penurunan tegangan paking yang sesuai, dan kedua, relaksasi gaya baut karena relaksasi mulur paking atau creep baut itu sendiri pada suhu tinggi, juga mengurangi tekanan paking, sehingga sambungan flensa bocor dan gagal.
Dalam operasi aktual, relaksasi gaya baut tidak dapat dihindari, dan gaya baut pengencang awal akan selalu turun seiring waktu. Khusus untuk sambungan flensa di bawah suhu tinggi dan kondisi siklus yang parah, setelah 10.000 jam operasi, kehilangan beban baut akan sering melebihi 50%, dan akan melemah dengan kelanjutan waktu dan peningkatan suhu.
Ketika flensa dan baut terbuat dari bahan yang berbeda, terutama ketika flensa terbuat dari baja karbon dan baut terbuat dari baja tahan karat, koefisien ekspansi termal 2 dari bahan baut dan flensa berbeda, seperti koefisien ekspansi termal baja tahan karat pada 50 °C (16,51×10-5 / °C) lebih besar dari koefisien ekspansi termal baja karbon (11,12×10-5 / °C). Setelah perangkat dipanaskan, ketika ekspansi flensa lebih kecil dari ekspansi baut, setelah deformasi dikoordinasikan, perpanjangan baut berkurang, menyebabkan gaya baut berkurang. Jika ada kelonggaran, dapat menyebabkan kebocoran pada sambungan flensa. Oleh karena itu, ketika flensa peralatan suhu tinggi dan flensa pipa terhubung, terutama koefisien ekspansi termal dari bahan flensa dan baut berbeda, koefisien ekspansi termal dari kedua bahan tersebut harus sedekat mungkin.
Dapat dilihat dari (1) bahwa kekuatan mekanik baja tahan karat austenitik seperti 304 dan 316 rendah, dan kekuatan luluh suhu kamar 304 hanya 205MPa, dan 316 hanya 210MPa. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kemampuan anti-relaksasi dan anti-kelelahan baut, langkah-langkah untuk meningkatkan gaya baut baut pemasangan diambil. Misalnya, ketika gaya baut pemasangan maksimum digunakan dalam forum tindak lanjut, tegangan baut pemasangan harus mencapai 70% dari kekuatan luluh bahan baut, sehingga tingkat kekuatan bahan baut harus ditingkatkan, dan bahan baut baja paduan berkekuatan tinggi atau berkekuatan sedang digunakan. Jelas, kecuali untuk besi cor, flensa non-logam atau gasket karet, untuk gasket semi-logam dan logam dengan flensa kelas tekanan yang lebih tinggi atau gasket dengan tekanan yang lebih besar, baut yang terbuat dari bahan berkekuatan rendah seperti 304 dan 316, karena gaya baut Tidak cukup untuk memenuhi persyaratan penyegelan.
Yang perlu diperhatikan khusus di sini adalah bahwa dalam standar bahan baut stainless steel Amerika, 304 dan 316 memiliki dua kategori, yaitu B8 Cl.1 dan B8 Cl.2 dari 304 dan B8M Cl.1 dan B8M Cl.2 dari 316. Cl.1 adalah larutan padat yang diolah dengan karbida, sedangkan Cl.2 menjalani perlakuan penguatan regangan selain perlakuan larutan padat. Meskipun tidak ada perbedaan mendasar dalam ketahanan kimia antara B8 Cl.2 dan B8 Cl.1, kekuatan mekanik B8 Cl.2 sangat meningkat relatif terhadap B8 Cl.1, seperti B8 Cl.2 dengan diameter 3/4" Kekuatan luluh bahan baut adalah 550MPa, sedangkan kekuatan luluh bahan baut B8 Cl.1 dari semua diameter hanya 205MPa, perbedaan antara keduanya lebih dari dua kali. Standar bahan baut domestik 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316), dan B8 Cl.1 setara dengan B8M Cl.1. [Catatan: Bahan baut S30408 dalam GB / T 150.3 "Desain Bejana Tekan Bagian Tiga" setara dengan B8 Cl.2; S31608 setara dengan B8M Cl.1.
Mengingat alasan di atas, GB/T 150.3 dan GB/T38343 "Peraturan Teknis untuk Instalasi Sambungan Flange" menetapkan bahwa flensa peralatan tekanan dan sambungan flensa pipa tidak disarankan untuk menggunakan 304 (B8 Cl.1) dan 316 (B8M Cl. 1) Baut material, terutama dalam suhu tinggi dan kondisi siklus yang parah, harus diganti dengan B8 Cl.2 (S30408) dan B8M Cl.2 untuk menghindari gaya baut pemasangan yang rendah.
Perlu dicatat bahwa ketika bahan baut berkekuatan rendah seperti 304 dan 316 digunakan, bahkan selama tahap pemasangan, karena torsi tidak dikontrol, baut mungkin telah melebihi kekuatan luluh material, atau bahkan patah. Secara alami, jika kebocoran terjadi selama uji tekanan atau dimulainya operasi, bahkan jika baut terus dikencangkan, gaya baut tidak akan naik dan kebocoran tidak dapat dihentikan. Selain itu, baut ini tidak dapat digunakan kembali setelah dibongkar, karena baut telah mengalami deformasi permanen, dan ukuran penampang baut menjadi lebih kecil, dan rentan terhadap kerusakan setelah dipasang kembali.
Â