2022년 11월 14일
플랜지 조인트 씰링 - 304 재질이 볼트에 권장되지 않는 이유는 무엇입니까?
플랜지 조인트 씰링에서 탄소강 또는 스테인리스강 플랜지를 304 재료 볼트와 함께 사용하는 경우 작동 중에 누출 문제가 자주 발생합니다. 이 강의에서는 이에 대한 질적 분석을 할 것입니다.
(1) 304, 304L, 316 및 316L 재료의 기본적인 차이점은 무엇입니까?
304, 304L, 316 및 316L은 플랜지, 밀봉 요소 및 패스너를 포함한 플랜지 조인트에 일반적으로 사용되는 스테인리스강 등급입니다.
304, 304L, 316 및 316L은 300 시리즈의 오스테나이트계 스테인리스강에 속하는 재료(ANSI 또는 ASTM)에 대한 미국 표준의 스테인리스강 등급 지정입니다. 국내 재료기준(GB/T)에 해당하는 등급은 06Cr19Ni10(304), 022Cr19Ni10(304L), 06Cr17Ni12Mo2(316), 022Cr17Ni12Mo2(316L)입니다. 이러한 유형의 스테인리스강은 일반적으로 총칭하여 18-8 스테인리스강이라고 합니다.
표 1을 참조하면, 304, 304L, 316 및 316L은 합금 원소 및 양의 첨가로 인해 물리적, 화학적, 기계적 특성이 다르다. 정규적인 스테인리스와 비교해, 그들은 좋은 내식성, 열저항 및 가공 성과를 가지고 있습니다. 304L의 내식성은 304의 내식성과 유사하지만 304L의 탄소 함량이 304보다 낮기 때문에 입계 부식에 대한 내성이 더 강합니다. 316 및 316L은 몰리브덴 함유 스테인리스강입니다. 몰리브덴의 첨가로 인해 내식성과 내열성이 304 및 304L보다 우수합니다. 같은 방식으로 316L의 탄소 함량이 316L의 탄소 함량보다 낮기 때문에 결정 부식에 저항하는 능력이 더 좋습니다. 304, 304L, 316 및 316L과 같은 오스테나이트계 스테인리스강은 기계적 강도가 낮습니다. 304의 실내 온도 항복 강도는 205MPa, 304L은 170MPa입니다. 316의 실내 온도 항복 강도는 210MPa이고 316L은 200MPa입니다. 따라서 그들로 만든 볼트는 저강도 등급 볼트에 속합니다.
표 1 탄소 함량, % 실온 항복 강도, MPa 권장 최대 사용 온도, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) 플랜지 조인트가 304, 316과 같은 재질의 볼트를 사용하면 안 되는 이유는 무엇입니까?
이전 강의에서 언급했듯이 플랜지 조인트는 먼저 내부 압력의 작용으로 인해 두 플랜지의 밀봉 표면을 분리하여 개스킷의 응력을 감소시키고 둘째, 개스킷의 크리프 이완 또는 볼트 자체의 크리프로 인한 볼트 힘의 완화를 고온에서 또한 개스킷의 응력을 줄여 플랜지 조인트가 누출되어 고장납니다.
실제 작동에서는 볼트 힘의 이완이 불가피하며 초기 조임 볼트 힘은 시간이 지남에 따라 항상 떨어집니다. 특히 고온 및 가혹한 사이클 조건에서 플랜지 조인트의 경우 10,000시간 작동 후 볼트 하중 손실이 50%를 초과하는 경우가 많으며 시간이 지속되고 온도가 증가함에 따라 감쇠됩니다.
플랜지와 볼트가 다른 재질로 만들어진 경우, 특히 플랜지가 탄소강으로 만들어지고 볼트가 스테인리스강으로 만들어진 경우 볼트와 플랜지 재질의 열팽창 계수 2가 다르며, 예를 들어 50°C(16.51×10-5/°C)에서 스테인리스강의 열팽창 계수는 탄소강의 열팽창 계수(11.12×10-5/°C)보다 큽니다. 장치가 가열된 후 플랜지의 팽창이 볼트의 팽창보다 작을 때 변형이 조정된 후 볼트의 연신율이 감소하여 볼트의 힘이 감소합니다. 헐거움이 있으면 플랜지 조인트에 누수가 발생할 수 있습니다. 따라서 고온 장비 플랜지와 파이프 플랜지가 연결될 때 특히 플랜지와 볼트 재료의 열팽창 계수가 다르면 두 재료의 열팽창 계수는 가능한 한 가까워야 합니다.
(1)에서 알 수 있듯이 304, 316과 같은 오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 강도는 낮고 304의 실온 항복 강도는 205MPa에 불과하고 316의 실온 항복 강도는 210MPa에 불과합니다. 따라서 볼트의 이완 방지 및 피로 방지 능력을 향상시키기 위해 설치 볼트의 볼트 힘을 증가시키는 조치를 취합니다. 예를 들어, 후속 포럼에서 최대 설치 볼트 힘을 사용하는 경우 설치 볼트의 응력이 볼트 재료 항복 강도의 70%에 도달해야 하므로 볼트 재료의 강도 등급을 개선해야 하며 고강도 또는 중간 강도 합금강 볼트 재료를 사용해야 합니다. 분명히, 주철, 비금속 플랜지 또는 고무 개스킷을 제외하고, 더 높은 압력 등급 플랜지가 있는 반금속 및 금속 개스킷 또는 더 큰 응력을 가진 개스킷, 304 및 316과 같은 저강도 재료로 만든 볼트의 경우 볼트 힘으로 인해 씰링 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다.
여기서 특별한주의가 필요한 것은 미국 스테인레스 스틸 볼트 재료 표준에서 304 및 316에는 두 가지 범주, 즉 304의 B8 Cl.1 및 B8 Cl.2와 316의 B8M Cl.1 및 B8M Cl.2가 있다는 것입니다. Cl.1은 탄화물로 처리된 고용체이고 Cl.2는 고용체 처리 외에 변형 강화 처리를 거칩니다. B8 Cl.2와 B8 Cl.1 사이의 내화학성에는 근본적인 차이가 없지만 B8 Cl.2의 기계적 강도는 직경 3/4"의 B8 Cl.2와 같이 B8 Cl.1에 비해 상당히 향상되었습니다.볼트 재료의 항복 강도는 550MPa인 반면 모든 직경의 B8 Cl.1 볼트 재료의 항복 강도는 205MPa에 불과합니다. 둘의 차이는 두 배 이상입니다. 국내 볼트 재료 표준 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) 및 B8 Cl.1은 B8M Cl.1과 동일합니다.[참고: GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design"의 볼트 재료 S30408은 B8 Cl.2와 동일합니다. S31608은 B8M Cl.1과 동일합니다.
위와 같은 이유로 GB/T 150.3 및 GB/T38343 "플랜지 조인트 설치에 대한 기술 규정"은 압력 장비 및 파이프 플랜지 조인트의 플랜지에 일반적인 304(B8 Cl.1) 및 316(B8M Cl. . 1) 특히 고온 및 가혹한 사이클 조건에서 재료의 볼트는 낮은 설치 볼트 힘을 피하기 위해 B8 Cl.2(S30408) 및 B8M Cl.2로 교체해야 합니다.
304 및 316과 같은 저강도 볼트 재료를 사용하는 경우 설치 단계에서도 토크가 제어되지 않기 때문에 볼트가 재료의 항복 강도를 초과하거나 파손될 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 당연히 압력 테스트나 운전 시작 시 누수가 발생하면 볼트를 계속 조여도 볼트 힘이 올라가지 않아 누수를 멈출 수 없습니다. 또한 이러한 볼트는 볼트가 영구 변형되고 볼트의 단면 크기가 작아졌으며 재설치 후 파손되기 쉽기 때문에 분해 후 재사용할 수 없습니다.
(1) 304, 304L, 316 및 316L 재료의 기본적인 차이점은 무엇입니까?
304, 304L, 316 및 316L은 플랜지, 밀봉 요소 및 패스너를 포함한 플랜지 조인트에 일반적으로 사용되는 스테인리스강 등급입니다.
304, 304L, 316 및 316L은 300 시리즈의 오스테나이트계 스테인리스강에 속하는 재료(ANSI 또는 ASTM)에 대한 미국 표준의 스테인리스강 등급 지정입니다. 국내 재료기준(GB/T)에 해당하는 등급은 06Cr19Ni10(304), 022Cr19Ni10(304L), 06Cr17Ni12Mo2(316), 022Cr17Ni12Mo2(316L)입니다. 이러한 유형의 스테인리스강은 일반적으로 총칭하여 18-8 스테인리스강이라고 합니다.
표 1을 참조하면, 304, 304L, 316 및 316L은 합금 원소 및 양의 첨가로 인해 물리적, 화학적, 기계적 특성이 다르다. 정규적인 스테인리스와 비교해, 그들은 좋은 내식성, 열저항 및 가공 성과를 가지고 있습니다. 304L의 내식성은 304의 내식성과 유사하지만 304L의 탄소 함량이 304보다 낮기 때문에 입계 부식에 대한 내성이 더 강합니다. 316 및 316L은 몰리브덴 함유 스테인리스강입니다. 몰리브덴의 첨가로 인해 내식성과 내열성이 304 및 304L보다 우수합니다. 같은 방식으로 316L의 탄소 함량이 316L의 탄소 함량보다 낮기 때문에 결정 부식에 저항하는 능력이 더 좋습니다. 304, 304L, 316 및 316L과 같은 오스테나이트계 스테인리스강은 기계적 강도가 낮습니다. 304의 실내 온도 항복 강도는 205MPa, 304L은 170MPa입니다. 316의 실내 온도 항복 강도는 210MPa이고 316L은 200MPa입니다. 따라서 그들로 만든 볼트는 저강도 등급 볼트에 속합니다.
표 1 탄소 함량, % 실온 항복 강도, MPa 권장 최대 사용 온도, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) 플랜지 조인트가 304, 316과 같은 재질의 볼트를 사용하면 안 되는 이유는 무엇입니까?
이전 강의에서 언급했듯이 플랜지 조인트는 먼저 내부 압력의 작용으로 인해 두 플랜지의 밀봉 표면을 분리하여 개스킷의 응력을 감소시키고 둘째, 개스킷의 크리프 이완 또는 볼트 자체의 크리프로 인한 볼트 힘의 완화를 고온에서 또한 개스킷의 응력을 줄여 플랜지 조인트가 누출되어 고장납니다.
실제 작동에서는 볼트 힘의 이완이 불가피하며 초기 조임 볼트 힘은 시간이 지남에 따라 항상 떨어집니다. 특히 고온 및 가혹한 사이클 조건에서 플랜지 조인트의 경우 10,000시간 작동 후 볼트 하중 손실이 50%를 초과하는 경우가 많으며 시간이 지속되고 온도가 증가함에 따라 감쇠됩니다.
플랜지와 볼트가 다른 재질로 만들어진 경우, 특히 플랜지가 탄소강으로 만들어지고 볼트가 스테인리스강으로 만들어진 경우 볼트와 플랜지 재질의 열팽창 계수 2가 다르며, 예를 들어 50°C(16.51×10-5/°C)에서 스테인리스강의 열팽창 계수는 탄소강의 열팽창 계수(11.12×10-5/°C)보다 큽니다. 장치가 가열된 후 플랜지의 팽창이 볼트의 팽창보다 작을 때 변형이 조정된 후 볼트의 연신율이 감소하여 볼트의 힘이 감소합니다. 헐거움이 있으면 플랜지 조인트에 누수가 발생할 수 있습니다. 따라서 고온 장비 플랜지와 파이프 플랜지가 연결될 때 특히 플랜지와 볼트 재료의 열팽창 계수가 다르면 두 재료의 열팽창 계수는 가능한 한 가까워야 합니다.
(1)에서 알 수 있듯이 304, 316과 같은 오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 강도는 낮고 304의 실온 항복 강도는 205MPa에 불과하고 316의 실온 항복 강도는 210MPa에 불과합니다. 따라서 볼트의 이완 방지 및 피로 방지 능력을 향상시키기 위해 설치 볼트의 볼트 힘을 증가시키는 조치를 취합니다. 예를 들어, 후속 포럼에서 최대 설치 볼트 힘을 사용하는 경우 설치 볼트의 응력이 볼트 재료 항복 강도의 70%에 도달해야 하므로 볼트 재료의 강도 등급을 개선해야 하며 고강도 또는 중간 강도 합금강 볼트 재료를 사용해야 합니다. 분명히, 주철, 비금속 플랜지 또는 고무 개스킷을 제외하고, 더 높은 압력 등급 플랜지가 있는 반금속 및 금속 개스킷 또는 더 큰 응력을 가진 개스킷, 304 및 316과 같은 저강도 재료로 만든 볼트의 경우 볼트 힘으로 인해 씰링 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다.
여기서 특별한주의가 필요한 것은 미국 스테인레스 스틸 볼트 재료 표준에서 304 및 316에는 두 가지 범주, 즉 304의 B8 Cl.1 및 B8 Cl.2와 316의 B8M Cl.1 및 B8M Cl.2가 있다는 것입니다. Cl.1은 탄화물로 처리된 고용체이고 Cl.2는 고용체 처리 외에 변형 강화 처리를 거칩니다. B8 Cl.2와 B8 Cl.1 사이의 내화학성에는 근본적인 차이가 없지만 B8 Cl.2의 기계적 강도는 직경 3/4"의 B8 Cl.2와 같이 B8 Cl.1에 비해 상당히 향상되었습니다.볼트 재료의 항복 강도는 550MPa인 반면 모든 직경의 B8 Cl.1 볼트 재료의 항복 강도는 205MPa에 불과합니다. 둘의 차이는 두 배 이상입니다. 국내 볼트 재료 표준 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) 및 B8 Cl.1은 B8M Cl.1과 동일합니다.[참고: GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design"의 볼트 재료 S30408은 B8 Cl.2와 동일합니다. S31608은 B8M Cl.1과 동일합니다.
위와 같은 이유로 GB/T 150.3 및 GB/T38343 "플랜지 조인트 설치에 대한 기술 규정"은 압력 장비 및 파이프 플랜지 조인트의 플랜지에 일반적인 304(B8 Cl.1) 및 316(B8M Cl. . 1) 특히 고온 및 가혹한 사이클 조건에서 재료의 볼트는 낮은 설치 볼트 힘을 피하기 위해 B8 Cl.2(S30408) 및 B8M Cl.2로 교체해야 합니다.
304 및 316과 같은 저강도 볼트 재료를 사용하는 경우 설치 단계에서도 토크가 제어되지 않기 때문에 볼트가 재료의 항복 강도를 초과하거나 파손될 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 당연히 압력 테스트나 운전 시작 시 누수가 발생하면 볼트를 계속 조여도 볼트 힘이 올라가지 않아 누수를 멈출 수 없습니다. 또한 이러한 볼트는 볼트가 영구 변형되고 볼트의 단면 크기가 작아졌으며 재설치 후 파손되기 쉽기 때문에 분해 후 재사용할 수 없습니다.