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(1) 304、304L、316、316L材料的基本区别是什么？

304、304L、316 和 316L 是常用于法兰接头（包括法兰、密封元件和紧固件）的不锈钢牌号。

304、304L、316、316L是美国材料标准（ANSI或ASTM）的不锈钢牌号代号，属于奥氏体不锈钢300系列。 对应国内材料标准（GB/T）的牌号有06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、06Cr17Ni12Mo2（316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）。 这类不锈钢通常统称为18-8不锈钢。

见表1，304、304L、316和316L由于合金元素的添加量和添加量的不同，具有不同的物理、化学和机械性能。 与普通不锈钢相比，具有良好的耐蚀性、耐热性和加工性能。 304L的耐蚀性与304相近，但由于304L的含碳量比304低，所以抗晶间腐蚀的能力更强。 316和316L是含钼不锈钢。 由于添加了钼，其耐蚀性和耐热性优于304和304L。 同理，由于316L的含碳量比316低，所以抗晶蚀能力更好。 304、304L、316和316L奥氏体不锈钢的机械强度较低。 304的室温屈服强度为205MPa，304L为170MPa； 316的室温屈服强度为210MPa，316L为200MPa。 因此，用它们制成的螺栓属于低强度级螺栓。

表1 碳含量，% 室温屈服强度，MPa 推荐最高使用温度，℃

304≤0.08 205 816

304L ≤0.03 170 538

316 ≤0.08 210 816

316L ≤0.03 200 538

(2)法兰连接为什么不能使用304、316等材质的螺栓？

前面讲过，法兰接头首先由于内压的作用将两个法兰的密封面分开，导致垫片的应力相应降低，其次松弛螺栓受力垫片的蠕变松弛或螺栓本身在高温下的蠕变，也降低了垫片的应力，使法兰接头泄漏而失效。

在实际操作中，螺栓力松弛是不可避免的，初始拧紧螺栓力总会随着时间的推移而下降。 特别是在高温和严酷循环条件下的法兰连接，在运行10000小时后，螺栓载荷损失往往会超过50%，而且会随着时间的延续和温度的升高而衰减。

当法兰与螺栓的材质不同时，特别是当法兰为碳钢而螺栓为不锈钢时，螺栓与法兰的材料的热膨胀系数2不同，如不锈钢在50℃时的热膨胀系数（16.51×10-5/℃）大于碳钢的热膨胀系数（11.12×10-5/℃）。 装置升温后，当法兰膨胀小于螺栓膨胀时，变形协调后，螺栓伸长率下降，导致螺栓受力下降。 如果有任何松动，可能会导致法兰接头泄漏。 因此，高温设备法兰与管道法兰连接时，特别是法兰与螺栓材料的热膨胀系数不同时，应使两种材料的热膨胀系数尽可能接近。

从（1）可以看出，304、316等奥氏体不锈钢的机械强度较低，304的室温屈服强度只有205MPa，316的只有210MPa。 因此，为提高螺栓的抗松弛和抗疲劳能力，采取了增加安装螺栓螺栓力的措施。 比如后续论坛使用最大安装螺栓力时，要求安装螺栓的应力达到螺栓材料屈服强度的70%，这样螺栓材料的强度等级必须加以改进，采用高强度或中强度合金钢螺栓材料。 显然，除了铸铁、非金属法兰或橡胶垫片外，对于压力等级较高的半金属和金属垫片法兰或受力较大的垫片，采用304、316等低强度材料制成的螺栓，由于螺栓受力不足以满足密封要求。

这里需要特别注意的是，在美国不锈钢螺栓材料标准中，304和316有两大类，即304的B8 Cl.1和B8 Cl.2和316的B8M Cl.1和B8M Cl.2。 1进行碳化物固溶处理，而Cl.2除进行固溶处理外还进行应变强化处理。 虽然B8 Cl.2和B8 Cl.1在耐化学性上没有根本区别，但B8 Cl.2的机械强度相对于B8 Cl.1有相当大的提高，例如直径为3/的B8 Cl.2 4"螺栓材料的屈服强度为550MPa，而所有直径的B8 Cl.1螺栓材料的屈服强度仅为205MPa不锈钢螺纹接头，两者相差两倍以上。国内螺栓材料标准06Cr19Ni10(304) ,06Cr17Ni12Mo2(316),B8 Cl.1等同于B8M Cl.1。【注：GB/T 150.3《压力容器第三部分设计》中螺栓材料S30408等同于B8 Cl.2；S31608为相当于 B8M Cl.1。

鉴于以上原因，GB/T 150.3和GB/T38343《法兰接头安装技术规程》规定，压力设备和管道法兰接头的法兰不推荐使用通常的304（B8 Cl.1）和316 (B8M Cl. .1) 材料的螺栓，特别是在高温和严酷循环条件下，应更换为 B8 Cl.2 (S30408) 和 B8M Cl.2，以避免安装螺栓力低。

值得注意的是，当使用304、316等低强度螺栓材料时，即使在安装阶段，由于不控制扭矩不锈钢螺纹接头，螺栓也可能已经超过材料的屈服强度，甚至断裂。 当然，如果在试压或投运过程中发生泄漏，即使继续拧紧螺栓，螺栓力也上不去，无法阻止泄漏。 另外，这些螺栓拆卸后不能再使用，因为螺栓发生了永久变形，螺栓的截面尺寸变小了，重新安装后容易断裂。