A193 B8 スタッドボルトの使用限界: クリープと長期予圧損失

1. はじめに

A193 B7 と A193 B8 は、ボイラーおよび蒸気管フランジに広く使用されているスタッド グレードです。海外の多くのお客様は、A193 グレードをすべて区別せずに高温ボルトとして扱います。これらはオーステナイト系ステンレス鋼のクリープ特性を無視しており、連続高温使用向けに B8 を指定しています。長期間の運転後、スタッドがゆっくりと変形し、予圧が低下し、ガスケットが圧縮を失い、フランジから漏れが発生し、計画外の停止につながります。 B8 は、長期的な耐クリープ性ではなく、耐食性を第一に設計されています。 B7 はクロムモリブデン合金鋼で、中程度の高温下で安定したクリープ性能を発揮するように設計されています。これらは交換可能ではありません。

2. A193 B8 スタッドのクリープ機構と予圧減衰

2.1 B8のクリープ破壊

A193 B8 は 304 オーステナイト系ステンレス鋼です。一定の張力と継続的な高温下では、材料はクリープとして知られるゆっくりとした塑性変形を起こします。すぐに破損するわけではありませんが、徐々にスタッドが伸びて予圧が低下し、フランジ接合部のシール圧がなくなります。 B8 は短期間のピーク温度に耐えることができますが、永続的な負荷による継続的な高温はその使用限界です。

2.2 B8クラス1とクラス2の違い

• クラス 1: 溶体化焼きなまし、より柔らかく、耐クリープ性が低い。腐食性の使用、周囲温度、または断続的な高温に適しています。

• クラス 2: より高い周囲強度を得るために冷間加工されます。ただし、冷間加工硬化は高温になると消失します。長期にわたるホットサービスではクリープ緩和のリスクが残ります。

3. 比較: A193 B8 と A193 B7

よくある間違い: 購入者は ASTM A193 だけを見て、すべての A193 スタッドが高温に対して同等であると思い込み、B7 と B8 が異なる材料ファミリーに属していることを無視します。

4. 典型的な失敗例

1. ボイラー蒸気フランジ: B7 の代わりに B8 スタッドが使用されます。始動時には漏れはありませんが、数週間の連続運転後に予圧の緩和により蒸気が漏れます。

2. 高温プロセス配管: 安定した高温と熱サイクルにより、増し締めではシールを維持できません。

3. 腐食パイプラインは元々 B8 を使用した周囲温度向けに設計されていました。スタッドを交換しなくても、後のプロセス温度は上昇します。

5. 調達と選択のチェックリスト

1. 優先順位を定義: 耐食性 → B8;連続高温および安定した予圧 → B7 またはその他の耐クリープ合金

2. 動作温度をチェック: 短いピーク温度と安定した連続動作温度を区別します。

3. マッチナット: B8 スタッドと A194 8 ナット。 B7 スタッド、A194 2H ナット付き。ランダムに混ぜないでください。

4. MTC を確認する: ASTM A193 規格番号を確認するだけでなく、グレードと熱処理クラス (クラス 1 / クラス 2)​​ を確認します。

6. よくある誤解

誤解 1: B8 は、連続高温ボイラー フランジ用の B7 を置き​​換えることができます。説明: B8 は耐食性に優れていますが、クリープ性能は劣ります。熱負荷が継続すると予圧が失われます。

誤解 2: B8 Class2 は強度が高いため、予圧が重要な高温の接合部に使用できます。説明: 冷間加工強度は高温で低下します。 Class2 は室温強度を向上させるだけで、クリープ緩和を止めるものではありません。

誤解 3: 短期間の温度テストは長期間の動作条件と同等であり、同じ材料が許容されます。説明: クリープは、時間、温度、負荷によって決まります。短時間の熱暴露では長期的な信頼性は保証されません。

7. よくある質問

Q1: 高温配管に B8 スタッドをすでに設置していますが、リスクを評価するにはどうすればよいですか? A1: 安定した動作温度と連続動作時間を確認してください。定期的なプリロード検査を追加します。可能であれば次回のメンテナンス時に B7 に交換してください。

Q2: 継手は腐食性があり、継続的に高温で動作します。 B7は耐食性がありません。 A2: コーティング ソリューションを評価するか、適切な高温耐食合金にアップグレードしてください。両方の要件を満たすために B8 を使用しないでください。