高壓時(shí)，能用不銹鋼螺栓嗎？

案例

群里發(fā)生了這么一件事情：

一臺加氫反應器，材料為15CrMoR+S32168的復合板，水壓試驗7.3MPa，采用的緊固件是30408的材料，人孔密封不住，一打水壓就漏。

泄壓后，將螺柱拆下來(lái)，圖片如下：

從圖片可以看到，螺柱的螺紋部分已經(jīng)產(chǎn)生比較大的變形，螺紋已經(jīng)咬花了。

原因

設計人員查詢(xún)了管法蘭規范：

其中，管法蘭用緊固件材料分類(lèi)有一注：

低強度螺栓只能用于壓力等級為Class150和Class300的法蘭以及非金屬墊片。

于是推測，是否壓力較高的法蘭（大于Class300），不能使用S30408的螺柱螺母。

為什么取不銹鋼的螺栓

加氫反應器比較常用緊固件的有35CrMoA或者25Cr2MoVA。墊片一般是纏繞墊或者RJ密封面，需要的預緊力都比較大。

既然不銹鋼螺栓不好用，那么為什么在很多設備中采用不銹鋼螺栓呢？

其一是很多設備，其整體采用純不銹鋼，壓力不高，但是環(huán)境要求比較高（食品級），或者有腐蝕的風(fēng)險。為了避免一些使用碳鋼螺栓潛在的風(fēng)險，或者為了美觀(guān)，全部采用不銹鋼，晶晶亮透心涼。造價(jià)沒(méi)有提升多少，但是檔次上升不少。

純不銹鋼設備用碳鋼的螺栓（特別還是發(fā)黑處理的），好比一身上下名牌衣服，但是卻穿了一件5塊錢(qián)的內褲，能穿，但是別扭。

襯的/堆的不銹鋼設備用碳鋼螺栓，好比穿著(zhù)打補丁的名牌衣服，穿5塊的內褲，毫無(wú)違和感。

至于碳鋼設備用碳鋼螺栓，好比普通人穿啥都沒(méi)人在意，符合身份。

而碳鋼設備用不銹鋼螺栓，好比普通人穿著(zhù)超人內褲，奪人眼球。

其二是，不銹鋼螺栓有時(shí)有著(zhù)碳鋼螺栓不具備的有點(diǎn)，耐高溫。對于加氫設備使用不銹鋼螺栓，一般是因為設計溫度太高（>=550°C），取碳鋼的螺栓，許用應力太低，或者沒(méi)有許用應力，導致螺栓提供的預緊力不夠，無(wú)法密封。

原來(lái)設計過(guò)幾臺設計溫度580°C的換熱器，是全不銹鋼的，螺柱也采用的不銹鋼，就是因為碳鋼已經(jīng)取不到許用應力了。

不銹鋼螺栓需要注意什么

本反應器的設計溫度是410度，按理來(lái)說(shuō)，一般沒(méi)有使用不銹鋼的必要。

不銹鋼的螺柱，按照GB150.2，其供貨狀態(tài)是固溶。

固溶處理指將合金加熱到高溫單相區恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。

固溶的主要作用是：

1、主要是改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準備等。

2、使不銹鋼鋼組織和成分均勻一致：在高溫下原子活動(dòng)加劇，σ相溶解，化學(xué)成分趨于均勻，快速冷卻后就獲得均勻的單相組織。

3、使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工或成型。

4、消除加工硬化，以利于繼續冷加工。通過(guò)固溶處理，歪扭的晶格恢復，伸長(cháng)和破碎的晶粒重新結晶，內應力消除。

5、恢復不銹鋼固有的耐蝕性能。由于冷加工造成碳化物析出，晶格缺陷，使不銹鋼耐蝕性能下降。固溶處理后不銹鋼耐蝕性能恢復到最佳狀態(tài)。

后續

技術(shù)人員回應了最終解決方案。

使用不銹鋼螺栓時(shí)，應當注意一下不銹鋼的供貨狀態(tài)，以及設備的設計壓力和設計溫度。

設計壓力非常高的時(shí)候（>Class300#），可能因為不銹鋼比較“軟”，螺紋不能夠提供足夠的預緊力，甚至螺紋發(fā)生變形，導致密封失效。