在法蘭接頭密封中，當碳鋼或不銹鋼法蘭配用 304 材料螺栓時，在運行狀態(tài)時常會發(fā)生泄漏問題,。今天,， 法士威就給大家講解一下法蘭墊片組合密封,，為什么螺栓不建議用304材料,。

304,、304L,、316 和 316L 材料有什么基本區(qū)別,？

304、304L,、316 和 316L 是法蘭接頭（包括法蘭,、密封元件和緊固件）中通常選用的不銹鋼種材料。

簡言之,，能抵抗大氣腐蝕的鋼叫不銹鋼,，而能抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼叫耐酸鋼。通常使用的不銹鋼類型為304,、304L,、316、316L,，是美國材料標準(ANSI 或 ASTM)的不銹鋼種代號,，隸屬于奧氏體不銹鋼的 300 系列一類鋼。與國內(nèi)材料標準(GB/T)對應(yīng)的牌號是 06Cr19Ni10（304）,、022Cr19Ni10（304L）,、06Cr17Ni12Mo2 （316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）,。通常把這類不銹鋼統(tǒng)稱為 18—8不銹鋼,。

304、304L,、316 和 316L 由于加入合金元素和加入量的不同,，其理化和機械性能也是不同的， 與普通不銹鋼相比,，它們具有良好的耐蝕性,、耐熱性和加工性能。304L 的耐蝕性與 304 相似,，但因 304L 的含碳量比304低,，故其抗晶間腐蝕能力更強。316,、316L 是含鉬不銹鋼,，因添加鉬元素，故其耐蝕性和 耐熱性比304,、304L 更優(yōu)異,。同理,，因316L 的含碳量比316 低,，故其抗晶腐蝕能力更優(yōu)良,。304,、304L、316 和 316L 一類奧氏體不銹鋼的力學(xué)強度低,，304的室溫屈服強度為205MPa,，304L 為 170MPa；316 的室溫 屈服強度為210MPa,，316L 為 200MPa,。因此,，用它們制作的螺栓屬于低強度級別的螺栓,。

304不銹鋼

304不銹鋼是普遍且應(yīng)用廣泛的鋼種，具有良好的耐腐蝕性,、耐熱性,，低溫強度和機械特性；加工性能好,，韌性高,。廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機件。在大氣中耐腐蝕,，如果是工業(yè)性氣氛或重污染地區(qū),，則需要及時清潔以避免腐蝕。304不銹鋼為國家認可的食品級不銹鋼,。

316不銹鋼

316與304在化學(xué)成分上的最主要區(qū)別就是316含Mo,，而且一般公認，316的耐腐蝕性更好些,，比304在高溫環(huán)境下更耐腐蝕,。可在苛酷的高溫條件下使用,；加工硬化性好（加工后弱或無磁性）,；固溶狀態(tài)無磁性；良好的焊接性能,。使用范圍廣,，比如化學(xué)、染料,、造紙,、草酸、肥料等生產(chǎn)設(shè)備,，食品工業(yè),、沿海地區(qū)設(shè)施等,。

牌號中的“L"

我們都知道不銹鋼包含了多種元素，而碳化物含量比一般含量減少的金屬,，會在牌號后面加上一個“L”來表示——比如316L,、304L。

為什么要減少碳化物呢,？主要是為了防止“晶間腐蝕”,。晶間腐蝕指的是金屬在高溫焊接的過程中，析出碳化物,。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合,，大大降低金屬的機械強度。而且金屬表面往往仍是完好的,，但不能經(jīng)受敲擊,，所以是一種很危險的腐蝕。

304L不銹鋼

作為低碳的304鋼,，在一般狀態(tài)下,，其耐腐蝕性與304鋼相似，但在焊接后或者消除應(yīng)力后,，其抗晶間腐蝕能力優(yōu)秀,；在未進行熱處理的情況下，也能保持良好的耐蝕性,，可在-196℃～800℃下使用,。

316L不銹鋼

作為316鋼種的低碳系列，除與316鋼有相同的特性外,，它的抗晶間腐蝕性好,。它可應(yīng)用于抗晶間腐蝕性要求高的產(chǎn)品以及化學(xué)、煤炭,、石油產(chǎn)業(yè)的野外露天機器,，化工廠等領(lǐng)域。較高的晶間腐蝕敏感性并不意味著非低碳材料就更容易腐蝕,。在高氯環(huán)境中,，這種敏感性也越高。316L的Mo含量使得該鋼種擁有很好的抗點蝕能力,，可以安全的應(yīng)用于含Cl－等鹵素離子環(huán)境,。

為什么法蘭接頭不應(yīng)采用 304 和 316 等一類材料的螺栓?

如前所述，法蘭接頭一是因內(nèi)壓力作用使兩法蘭密封面分離,，引起墊片應(yīng)力相應(yīng)減少,，二是因 高溫下墊片蠕變松弛或螺栓本身蠕變引起螺栓力松弛，同樣使墊片應(yīng)力下降,，以至法蘭接頭發(fā)生泄漏失效,。

實際運行中,，螺栓力松弛是不可避免的，初始擰緊的螺栓力總會隨時間而有所跌落,。特別是處于高溫 和劇烈循環(huán)工況的法蘭接頭,，經(jīng)過10000 小時運行后，螺栓載荷損失常會超過50%,，并隨時間的延續(xù)和溫度 的提高而衰減下去,。

當法蘭和螺栓為不同一材料，尤其當法蘭為碳鋼,，螺栓為不銹鋼時,，因螺栓和法蘭材料的熱膨脹系數(shù)2 不同，如 50℃下不銹鋼的熱膨脹系數(shù)（16.51×10-5／℃)比碳鋼熱膨脹系數(shù)（11.12×10-5／℃)大,，裝置升溫后,，當法蘭的膨脹量小于螺栓的膨脹量時，在變形協(xié)調(diào)后,，螺栓伸長量減小引起螺栓力的松弛,，就可能 導(dǎo)致法蘭接頭發(fā)生泄漏,。因此,，高溫的設(shè)備法蘭和管法蘭接頭時，特別是法蘭和螺栓材料的熱膨脹系數(shù)不同,，盡可能使兩者材料的熱膨脹系數(shù)相近,。

304 和 316 一類奧氏體不銹鋼的力學(xué)強度低，304 的室溫屈服強度僅為205MPa,，316 也只有210MPa,。因此，為了提高螺栓抗松弛和抗疲勞的能力,，采取提高安裝螺栓力的措施,，如在后續(xù)的講壇中 將會講到采用最大安裝螺栓力時，要求安裝螺栓應(yīng)力達到 70%的螺栓材料屈服強度,，這樣就必須提高螺栓 材料的強度等級,，采用高強度或中強度合金鋼螺栓材料。顯易而見,，除鑄鐵,、非金屬法蘭或橡膠墊片外，對于壓力等級較高法蘭或墊片應(yīng)力較大的半金屬和金屬墊片,，304,、316 這類低強度材料螺栓，因螺栓力不夠而達不到密封要求,。

這里需要特別關(guān)注的是,，在美國不銹鋼螺栓材料標準中304和316分別有兩個類別,，即304的B8 Cl.1和B8 Cl.2 以及 316 的 B8M Cl.1 和 B8M Cl.2。Cl.1 是經(jīng)過碳化物固溶處理,，而 Cl.2 除固溶處理外,，還經(jīng)過 應(yīng)變強化處理。雖然 B8 Cl.2 和 B8 Cl.1 在耐化學(xué)腐蝕性上沒有根本區(qū)別,，但相對 B8 Cl.1,，B8 Cl.2 的 力學(xué)強度獲得相當提高，如直徑為3/4”的B8 Cl.2 螺栓材料的屈服強度為550MPa,，而所有直徑的 B8 Cl.1 螺栓材料的屈服強度僅為205MPa,，兩者相差兩倍以上。國內(nèi)螺栓材料標準中的 06Cr19Ni10(304),、06Cr17Ni12Mo2(316),，與B8 Cl.1 和 B8M Cl.1 相當。[注：GB/T 150.3《壓力容器 第三部分 設(shè)計》中的螺栓材料 S30408 與 B8 Cl.2 相當,；S31608 與 B8M Cl.1 相當,。

鑒于以上原因，GB/T 150.3 和 GB／T38343《法蘭接頭安裝技術(shù)規(guī)定》中,，規(guī)定承壓設(shè)備法蘭和管法蘭接頭不推薦使用通常的 304（B8 Cl.1）和 316（B8M Cl.1）材料的螺栓,，尤其在高溫和劇烈循環(huán)工況，應(yīng)更替為 B8 Cl.2(S30408) 和 B8M Cl.2,，以避免低下的安裝螺栓力,。

值得注意的是當采用 304、316 這類低強度螺栓材料,，甚至在安裝階段,，由于沒有對扭矩進行控制，螺栓可能已超過材料屈服強度,，甚至發(fā)生斷裂,。自然，若耐壓試驗或開始運行就出現(xiàn)了泄漏,，即使繼續(xù)擰緊螺栓,，螺栓力也上不去，不能阻止泄漏,。此外,，這些螺栓拆卸后不能重復(fù)使用，因螺栓已經(jīng)產(chǎn)生了永久變形,，螺栓截面尺寸變小,，再安裝就容易發(fā)生擰斷。