Flanges de aço carbono JIS B2220 SS400

O monólogo interior: Navegando na paisagem JIS B2220

Estou sentado aqui pensando no padrão JIS B2220, e me surpreende o quão distinta a lógica industrial japonesa é comparada aos mundos ASME ou EN. Estamos falando do SS400 – um aço carbono estrutural que é a base da engenharia japonesa. Não é apenas um material; é um equilíbrio específico entre soldabilidade e resistência à tração. Por que 15A a 1500A? o “A” sufixo - a forma japonesa de denotar o diâmetro nominal - de um minúsculo tubo de 15 mm a uma enorme artéria de 1,5 metros. e a “K” sistema. Não é uma classificação de pressão linear da mesma forma que um “Classe” É. 5K, 10K, 20K… estes são envelopes de pressão-temperatura. Estou pensando no processo de forjamento do SS400. Embora muitas vezes seja visto como um ‘básico’’ Aço, quando você o forjar, você está alinhando esses grãos metálicos para lidar com a tensão do aro de um sistema 30K. Preciso visualizar a diferença entre um SOP (Placa deslizante) e um SOH (Cubo deslizante). Em JIS B2220, o hub não é apenas para exibição; é um reforço crítico para a zona de solda. Também estou pesando “Jr.” equivalente no padrão Euro. SS400 não tem um limite de rendimento especificado da mesma maneira, mas tem uma faixa de tração garantida de 400 Para 510 MPa. Esse é o “400.” Preciso fluir da química do aço para a geometria mecânica das faces do flange – o acabamento liso versus o serrilhado. E depois há os 30K – o valor discrepante de alta pressão. Nesse nível, os requisitos de aparafusamento alteram toda a dimensão do anel de flange. É uma dança entre a economia material e a contenção explosiva.

---

Análise técnica: O arquétipo de engenharia dos flanges JIS B2220 SS400

A norma JIS B2220 representa o compromisso japonês com a harmonização sistêmica em tubulações. Ao contrário da ASME americana B16.5, que se concentra fortemente em classes de forjamento de alta pressão, ou a EN Europeia 1092-1 com seu complexo “Tipo” sistema, a estrutura JIS B2220 é construída em torno do “K” classificação - uma designação de pressão baseada em Kilopascal que define os limites operacionais da junta. No coração deste sistema, especialmente para serviços públicos de uso geral e transporte de pressão moderada, mentiras SS400.

A Alma Metalúrgica: Aço Carbono SS400

Para entender esses flanges, devemos primeiro dissecar SS400. É um aço estrutural definido por JIS G3101. Muitas vezes é descrito pelo que não é: não é um aço de alta liga, não é um material criogênico especializado, e não tem uma composição química estritamente obrigatória para carbono (C) ou manganês (MN) da mesma forma que um forjamento A105 faz. Em vez de, é definido pelo seu desempenho mecânico.

o “400” significa uma resistência à tração mínima de $400\text{ N/mm}^2$ (MPa). Este foco na capacidade de tração, em vez de proporções químicas precisas, permite um processo de fabricação mais flexível, garantindo ao mesmo tempo a integridade estrutural do anel do flange.. No processo de forjamento, SS400 é aquecido até seu estado plástico e moldado. Isto é crítico. A transmissão cria um aleatório, estrutura cristalina frágil. forjamento, no entanto, força os grãos a fluir ao longo da circunferência do flange, criando um “fibra metálica” efeito que aumenta significativamente a resistência à fissuração radial sob alto torque do parafuso.

Propriedade Química/Mecânica	SS400 (ELE G3101)	Requisito/Valor
Resistência à tração	$400 – 510\text{ MPa}$	Backbone Estrutural Garantido
Força de rendimento	$\geq 245\text{ MPa}$	Para espessura $\leq 16\text{mm}$
fósforo (P)	$\leq 0.050\%$	Controle de Impurezas
enxofre (S)	$\leq 0.050\%$	Controle de Impurezas
Alongamento	$\geq 21\%$	Ductilidade para carga de pressão

o “K” sistema: Decifrando Envelopes de Pressão

No mundo JIS, o “K” Valor (5K, 10K, 16K, 20K, 30K) é uma classificação de pressão nominal. Corresponde aproximadamente à pressão em kgf/cm² à temperatura ambiente.

• 5K e 10K: Estes são os burros de carga do tratamento de água, AVAC, e vapor de baixa pressão. Eles são frequentemente “POP” (Placa deslizante) Tipos de, onde o flange é um disco plano sem cubo.

• 16K e 20K: Aqui, a engenharia se intensifica. Estes geralmente requerem um “SOH” (Cubo deslizante) ou “WN” (Garganta da solda) perfil. O hub atua como uma zona de transição de estresse, movendo a carga mecânica para longe do cordão de solda.

• 30K: O nível elite para SS400. Aos 30K, estamos lidando com pressões significativas ($3.0\text{ MPa}$ e acima). A espessura do flange aumenta dramaticamente para evitar “ventosas”—a tendência de um flange se curvar para dentro em direção à gaxeta quando os parafusos são apertados.

Classificação JIS	Pressão Nominal	Classe Equivalente (aprox)	Aplicação Típica
5K	$0.5\text{ MPa}$	< Classe 150	Irrigação, ar de baixa pressão
10K	$1.0\text{ MPa}$	Classe 150	Utilidades gerais, rede de água
20K	$2.0\text{ MPa}$	Classe 300	Vapor industrial, linhas químicas
30K	$3.0\text{ MPa}$	Classe 600	Caldeiras de alta pressão, gás de petróleo

Evolução Geométrica: 15A a 1500A

A escala de 15A (1/2″) para 1500A (60″) não é apenas uma expansão linear. À medida que o diâmetro aumenta, a física das mudanças articulares.

Em um 15A FLANGE, os furos dos parafusos estão próximos ao furo do tubo. O braço da alavanca é curto, e o risco de rotação do flange é baixo. Mas quando você muda para um 1500A FLANGE, a área de superfície exposta à pressão interna é enorme. o “Força final hidrostática” ($P \times A$) se torna um monstro. Para um flange 1500A 10K, a força que tenta separar os dois flanges pode ser de centenas de toneladas. Isto requer um padrão de aparafusamento específico - muitas vezes 32 Para 52 parafusos - para garantir que a junta seja comprimida uniformemente em toda a circunferência.

O cubo e a solda: SOH versus. POP

É preciso considerar por que o Hub (SOH) passa a ser obrigatório nos níveis superiores “K” classificações. Em uma placa deslizante (POP) FLANGE, a solda é uma solda de ângulo na parte traseira e outra na frente. A tensão está concentrada inteiramente nessas duas contas.

Em um hub deslizante (SOH) projeto, o cubo fornece metal extra que ajuda a absorver o momento de flexão. Quando o flange está sob pressão, ele quer inclinar. O hub fornece um “reforço” efeito, reforçando a interface tubo-flange. Para SS400, que possui excelente soldabilidade devido ao seu baixo equivalente de carbono, esta conexão hub-to-pipe se torna a parte mais forte da montagem se executada corretamente.

Vedação de Superfícies: A interface da junta

Os flanges JIS B2220 normalmente vêm em dois tipos de face:

1. Face plana (FF): Comum em 5K e 10K. Toda a superfície do flange é plana. Isso é frequentemente usado com juntas de borracha de face inteira para evitar a quebra de válvulas ou equipamentos frágeis de ferro fundido.

2. Cara levantada (RF): Comum em 16K, 20K, e 30 mil. A área ao redor do furo é aumentada em 1 mm a 3 mm. Isto concentra a carga do parafuso em uma área menor da junta, criando uma vedação muito mais apertada.

Para flanges SS400, o acabamento superficial geralmente é um “espiral serrilhada” terminar. Isso cria um caminho de labirinto. Se uma molécula de fluido tentar vazar, tem que viajar “para cima e para cima” milhares de cristas microscópicas. A fricção destas saliências também evita que a junta “soprando”—uma falha catastrófica onde a pressão interna empurra fisicamente a junta para fora da junta.

Precisão Dimensional e Aparafusamento

O padrão JIS B2220 é incrivelmente preciso quanto ao alinhamento dos furos dos parafusos. Um flange 10K 150A deve ter um diâmetro de círculo primitivo (PCD) dentro de $\pm 1.5\text{mm}$. Se o PCD estiver desligado, os parafusos vão amarrar, criando “carregamento lateral.” Carregar lateralmente um parafuso em um sistema 30K é uma receita para o desastre; o parafuso já está sob enorme tensão, e adicionar uma carga de cisalhamento pode levar a, fratura frágil do parafuso, causando uma falha de reação em cadeia da articulação.

Tamanho nominal (A)	Dia externo (d)	PCD (C)	Orifícios para parafusos (n)	Dia do Parafuso (H)	Espessura (T)
15A	95	70	4	15	12
100A	210	175	8	19	18
300A	445	400	16	25	24
600A	795	730	24	33	32
1000A	1230	1160	28	39	46

(Parâmetros baseados no flange JIS B2220 10K SS400 SOP)

Profundidade Científica: Relaxamento do estresse e fadiga térmica

Em serviço de alta temperatura, Os flanges SS400 devem ser avaliados quanto Relaxamento do estresse. À medida que o metal aquece, a rede atômica se torna mais móvel. A tensão nos parafusos que foi ajustada em $20^\circ\text{C}$ pode diminuir à medida que o flange “resolve” no $200^\circ\text{C}$. É por isso que os sistemas 20K e 30K muitas vezes exigem “torque quente”—apertar os parafusos novamente quando o sistema atingir a temperatura operacional.

Além disso, o coeficiente de expansão térmica do SS400 é aproximadamente $12 \times 10^{-6} / ^\circ\text{C}$. Em um flange grande de 1500A, A $100^\circ\text{C}$ oscilação de temperatura pode fazer com que o diâmetro do flange aumente quase $2\text{mm}$. Se o sistema de tubulação for muito rígido, esta expansão se traduz em uma enorme força axial nas faces do flange, potencialmente esmagando a junta ou cedendo os parafusos.

Resumo: A utilidade estratégica do flange forjado JIS SS400

o Flange forjada JIS B2220 SS400 é um exercício de “engenharia apropriada.” Não usa as ligas mais caras, nem depende de geometrias excessivamente complexas. Em vez de, ele usa a resistência inerente do aço carbono forjado para criar um ambiente previsível, confiável, e junta altamente soldável.

Dos flanges de placa 5K para infraestrutura de água aos flanges de cubo de 30K para a indústria pesada, o sistema funciona porque respeita os limites do material enquanto maximiza seu potencial estrutural através do forjamento. Seja uma pequena conexão de instrumento de 15 A ou uma linha principal de 1.500 A, o padrão JIS B2220 garante que a linguagem global de contenção de pressão permaneça consistente, seguro, e eficiente.