Разница между болтами B7 и B16: ванадий, термообработка и температурные ограничения

Две шпильки поставляются в одном ящике и выглядят одинаково: одинаковая резьба, одинаковое покрытие из черного оксида, одинаковый стиль штампа на конце. Один из них — ASTM A193, класс Б7, другой — класс Б16. Разница между ними сводится к одному легирующему элементу и одному дополнительному этапу в печи термообработки, и эта разница определяет, выдержит ли горячий фланец нагрузку на болты после восьми лет службы.

Сразу следует одно последствие: B7 и B16 не являются взаимозаменяемыми в отделе закупок. Если на чертеже указан A193 B7, а поставщик предлагает B16 в качестве обновления, это инженерное изменение, а не замена. Документы, маркировка и расчет соединения должны быть согласованы до того, как шпилька войдет во фланец.

Почему один легирующий элемент меняет результат

Марка B7 по существу представляет собой сталь AISI 4140/4142: 0,38–0,48 % углерода, 0,80–1,10 % хрома, 0,15–0,25 % молибдена, без преднамеренных добавок ванадия. В марке В16 сохраняется уровень хрома, но содержание молибдена примерно утроено до 0,50-0,65% и добавлено 0,25-0,35% ванадия.

В этом ванадии вся история. Он образует мелкие стабильные карбиды, которые устойчивы к укрупнению, пока сталь находится при температуре в течение многих лет. Поскольку эти карбиды остаются там, где они были помещены, B16 может быть закален сильнее и горячее, чем B7, и при этом соответствовать тому же минимальному пределу растяжения 125 фунтов на квадратный дюйм. B7 закаляется при температуре минимум 1100°F (593°С); B16 закаляется заметно выше, обычно в диапазоне 1150–1250°F (620–675°C).

Более горячий отпуск обычно смягчает сталь, так как же B16 сохраняет свою прочность? Химия создана, чтобы сделать это возможным. Две шпильки, которые выдержали испытание на растяжение при комнатной температуре, могут вести себя по-разному через пять лет при температуре 900°Ф, и именно этот пробел пытается закрыть спецификация.

Резьбовые стержни из легированной стали B7 3/4 дюйма × 10 дюймов обеспечивают исключительную прочность, термостойкость и защиту от коррозии в одном надежном крепеже. Независимо от того, обеспечиваете ли вы... Посмотреть продукт →

B7 остается объемным классом с большим отрывом, и правила снабжения, связанные с ним, включая ожидаемую документацию для работ по прокладке нефтяных и газовых трубопроводов, рассматриваются в этом документе. Марка резьбового стержня B7 и руководство по выбору .

B7 против B16 с первого взгляда

Значения отражают минимальные требования ASTM A193 и широко распространенную отраслевую практику; Потолки горячего обслуживания являются техническими рекомендациями, а не ограничениями, установленными нормами.

Что скрывают заголовки цифр: расслабление стресса

Горячий фланец редко выходит из строя из-за поломки шпильки. Он выходит из строя, потому что шпилька медленно растянулась, прокладка потеряла сжатие, и соединение начало плакать. Оба класса начинаются с одинаковой предварительной нагрузки, поэтому вопрос в том, какая часть этой предварительной нагрузки выдержит. B7 и B16 следуют друг за другом на протяжении примерно 700°Ф, а затем быстро расходятся.

На столбцах показан показательный индекс сохраненной предварительной нагрузки (100 = полная начальная предварительная нагрузка), чтобы сделать тренд видимым. Реальное поведение соединения также зависит от типа прокладки, жесткости соединения, начального напряжения болта и вращения фланца.

Из этого вытекают два практических чтения. Во-первых, температура перехода находится в диапазоне от 800°F до 900°F, что соответствует общепринятому использованию B16 для горячего пара промежуточного нагрева, реакторов гидроочистки и водородной промышленности. Во-вторых, если соединение при температуре 850°F уже протекает и требует повторной затяжки при каждом отключении, изменение класса шпильки принесет вам больше пользы, чем просто увеличение значения крутящего момента. Также стоит отметить: B7, подвергшийся воздействию температуры отпуска выше температуры отпуска, навсегда размягчается и его нельзя использовать повторно, независимо от того, насколько хорошо он выглядит после очистки.

Где каждый класс оказывается в поле

Эти два сорта не делят рынок поровну. Приведенное ниже иллюстративное распределение показывает, где концентрируется спрос на высокотемпературные болты A193 и почему требования к выбору марок так сильно различаются от одного проекта к другому.

Сегменты представляют собой приблизительную отраслевую оценку для иллюстрации, а не измеренное исследование рынка.

B7 доминирует в более прохладной части каждого из этих сегментов: инженерные трубопроводы, фланцы классов от 150 до 600, крышки клапанов и общее техническое обслуживание оборудования. B16 концентрируется там, где проектировщики беспокоятся о релаксации в течение 20-летнего срока службы, поэтому он непропорционально проявляется в контурах гидрообработки, горячего пара и водорода высокого давления, хотя он составляет небольшую долю от общего тоннажа.

Руководство по выбору: пять проверок перед размещением заказа на поставку

Гайки, покрытия и детали, определяющие прочность соединения

Выбор комплектации – это только половина покупки. Гайка должна быть тверже шпильки, чтобы снятие резьбы не стало причиной отказа, а покрытие должно выдерживать ту же температуру, что и шпилька. Именно здесь технически правильная шпилька B16 все равно может выйти из строя.

ASTM A194 B7 Черные тяжелые шестигранные гайки ASTM A194 B7 Черные тяжелые шестигранные гайки are high-strength, heavy-duty hex nuts specifically engineered to pair with ASTM A193 B7 alloy steel bolts in high-temperature and hi... Посмотреть продукт →

Гайки A194 класса 2H закалены и отпущены до более высокой твердости, чем шпильки, которые они несут, поэтому комбинация шпилек B7 с гайками 2H так распространена. При температуре примерно 800–850°F обычно используются гайки класса 7, чтобы гайка не стала слабым звеном. Пределы покрытия столь же конкретны: покрытия на основе ПТФЭ обычно используются при температуре примерно до 500°F, а горячее цинкование избегают при непрерывной эксплуатации при температуре выше примерно 400°F, поскольку цинк и железо подвергаются взаимной диффузии, и покрытие разрушается. Выше этих температур реалистичным вариантом является черный оксид или голая поверхность сплава с соответствующей смазкой.

Легированная сталь М27*300 ПТФЭ/Дакромет покрывает шпильки стержней с резьбой Б7 Стержни с резьбой B7 из легированной стали M27×300 из ПТФЭ/дакромета сочетают в себе жаропрочность и улучшенную защиту от коррозии. Закрепление важных фланцев на... Посмотреть продукт →

Покрытие и смазка также изменяют соотношение крутящего момента и предварительной нагрузки. Шпилька с покрытием Dacromet или ПТФЭ достигает заданной предварительной нагрузки при гораздо меньшем крутящем моменте, чем сухая шпилька с черным оксидом. При изменении отделки повторно проверьте значение крутящего момента по стандарту ASME PCC-1, а не повторно используйте число из предыдущего проекта.

Примечания о закупках и соблюдении требований

• Отклонить неотмеченный материал. Болты A193 должны иметь маркировку класса, а шпилька без маркировки не может быть с уверенностью отнесена ни к одному из классов.
• Требуется сертификат стана EN 10204 3.1, привязанный к номеру плавки, с указанием химического состава, результатов растяжения и текучести, твердости и температуры отпуска, если этого требуют спецификации заказчика.
• Ручной РФА является полезным методом перекрестной проверки, поскольку разница между двумя марками молибдена велика и легко считывается. Показания по ванадию на портативных приборах имеют более широкий диапазон погрешностей, поэтому относитесь к РФА как к инструменту проверки и позволяйте сертификату и маркировке иметь решающее значение.
• Закажите проверку твердости любой партии, предназначенной для эксплуатации при высоких температурах. Шпилька, подвергшаяся чрезмерному отпуску, все равно может выдержать испытание на растяжение, расслабляясь при этом гораздо быстрее, чем ожидалось.
• Не используйте повторно B7, который эксплуатировался при температуре, превышающей его температуру отпуска. Сталь окончательно размягчилась, и вторая установка не будет выдерживать такой же предварительный натяг, как первая.
• Для работы в кислой среде запросите соответствие требованиям NACE MR0175/ISO 15156, максимум 235 HBW и 100%-ное испытание на твердость, что указывает на B7M, а не на обычный B7.
• Храните горячеоцинкованную продукцию в сухом и проветриваемом месте. Белая ржавчина на доставленной партии – частая причина отказа при входном контроле.

Решение, сформулированное прямо

Если соединение работает при температуре ниже 800°F и спецификация требует B7, купите B7 и потратьте разницу на правильную процедуру крепления болтами. Если соединение нагревается, подвергается термическим циклам или имеет историю протечек между ремонтами, ванадий и более высокая температура отпуска в B16 дают вам что-то измеримое: нагрузку на болты, которая все еще сохраняется и через десять лет. У этих двух марок одинаковый класс прочности и таблица крутящих моментов, но у них нет общего срока службы при температуре, и в этом разница, которая имеет значение.