為什么304/316類螺栓在法蘭接頭中易發(fā)生泄漏?
1. 力學強度不足,無法保證安裝預緊力
法蘭密封依賴于墊片的比壓,而該比壓必須通過螺栓施加。對于金屬或半金屬墊片,通常要求螺栓安裝應力≥材料屈服強度的70%。
但304/316類螺栓強度低,達到此應力時容易發(fā)生過載屈服甚至斷裂,無法滿足以下應用場景:
高壓 (>PN25) 法蘭;
高比壓密封墊片(如螺旋纏繞墊、金屬墊);
安裝過程無精確扭矩控制的場合。
此外,超屈服后螺栓可能產(chǎn)生永久塑性變形,造成再次使用失敗。
2. 螺栓力松弛與高溫蠕變
在實際運行中,螺栓預緊力隨時間與溫度呈指數(shù)式衰減,尤其在下列工況中表現(xiàn)顯著:
長期高溫運行:>300℃ 時奧氏體鋼蠕變加劇;
溫度循環(huán)或熱沖擊:熱疲勞使螺栓反復松弛;
初始扭矩控制不嚴:部分螺栓預緊不足,承載不均加劇泄漏趨勢。
研究表明,在高溫蠕變與應力松弛雙重作用下,B8 Cl.1 螺栓在運行 10,000 小時后其有效夾緊力可損失高達 50% 以上,極易觸發(fā)密封失效。
3. 熱膨脹不匹配引發(fā)的預載荷損失
當不銹鋼螺栓(α ≈ 16.5×10??/K)與碳鋼法蘭(α ≈ 11.1×10??/K)配合使用時,在升溫過程中螺栓的軸向膨脹量大于法蘭,引起螺栓松弛、預緊力下降。這種“熱力釋放”現(xiàn)象對循環(huán)升溫裝置尤其不利。
4. 腐蝕與氫脆風險
盡管304/316在中性介質中表現(xiàn)良好,但在高氯、酸性或濕熱環(huán)境中仍存在以下風險:
點蝕和晶間腐蝕:304(特別是焊接熱影響區(qū))在高Cl? 環(huán)境中易形成腐蝕坑,誘發(fā)裂紋擴展;
應力腐蝕斷裂(SCC):在張應力與腐蝕環(huán)境耦合作用下,奧氏體鋼極易出現(xiàn)SCC,特別在溫度超過60℃時;
氫脆/氫致延遲開裂:雖非馬氏體鋼,但在特定電化學環(huán)境下仍有延遲斷裂可能。