浙江至德钢业有限公司技术工程师在审查某些配管设计人员文件时,发现某不锈钢法兰错误设计成了不锈钢螺栓,设计人员认为不锈钢法兰如果选用碳钢或者合金钢螺栓会产生腐蚀。实际上,在工程设计时,通用的材料设计规定和材料等级表上,不锈钢法兰并非必须选用不锈钢螺栓,有些流体工况不锈钢法兰不能选用不锈钢螺栓。例如,某流体选用了A182-F304/F304L材质的不锈钢法兰,垫片选用了不锈钢缠绕垫片316LS.S/GRAP.(IR-304S.S,OR-304S.S),而螺栓螺母则选用了A193-B7/A194-2H合金钢材料。
不锈钢法兰非必须选用不锈钢螺栓的原因分析如下:
(1)GB 50316《工业金属管道设计规范》规定:在剧烈循环条件下,法兰连接用的螺栓或者双头螺柱,应采用合金钢材料。剧烈循环条件是指管道内部应力交替变化次数很大的场合,如往复式压缩机管道、PSA分离等,若不选用高强度合金钢螺栓,而采用不锈钢等低强度螺栓,根据疲劳理论,由于不锈钢螺栓强度较低,交变应力幅度较大时对应的许用循环次数较小,长期使用会导致螺栓突然疲劳断裂造成重大危险。
(2)HG/T20634《钢制管法兰用紧固件》规定,符合GB/T 1220的304不锈钢、316不锈钢螺栓为低强度螺栓,只能用于CL150、CL300的法兰配套非金属平垫片时。低强度螺栓能承受的预紧力有限,压力等级较高、刚度较大的法兰,或者硬度较大的半金属和金属垫片在配套使用不锈钢螺栓时,可能因为预紧力不够而达不到密封效果。
(3)HG/T 20635《钢制管法兰、垫片、紧固件选配规定》规定:低强度紧固件仅用于公称压力≤CL300,采用非金属平垫片的法兰接头,不应使用于剧烈循环工况。
(4)合金钢螺栓在交货时,已经涂有防锈油,可避免与不锈钢法兰的直接接触。对于法兰,设计时需要的是其强度和刚度(即法兰盘的厚度和法兰颈部的厚度),合金钢螺栓和不锈钢法兰接触产生的微弱腐蚀不会对其使用性能产生任何影响。只有对于不锈钢管和管件等强调密封的场合,才要求严格避免不锈钢与碳钢直接接触。