1. مقدمة
CD4MCU (يتم توفيره بشكل شائع لمواصفات الفولاذ المصبوب مثل ASTM A890 Grade 1A للمسبوكات المزدوجة برقم UNS J93370) عبارة عن صب مزدوج غير قابل للصدأ مصمم خصيصًا يجمع بين القوة العالية, مقاومة عالية للتآكل الموضعي, ومقاومة جيدة للتآكل/التجويف.
كيمياءها (ارتفاع الكروم, الموليبدينوم, النحاس والنيتروجين مع النيكل المعتدل) وعلى مرحلتين (الفريت + أوستنيت) تجعل البنية المجهرية CD4MCu خيارًا شائعًا للمكونات الدوارة للخدمة الرطبة (مدافع, أغلفة ضخ), الصمامات, وغيرها من الأجهزة المصبوبة حيث التعرض للكلوريد, وجود تآكل أو حمل ميكانيكي.
2. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ CD4MCu?
CD4MCu هو دوبلكس (ferritic -astenitic) الفولاذ المقاوم للصدأ الدرجة المقدمة بشكل أساسي في أشكال المنتجات المصبوبة.
تمت صياغته لإعطاء بنية مجهرية مزدوجة متوازنة (≈ 35-55% من الفريت النموذجي في المسبوكات المعالجة جيدًا) التي تنتج قوة إنتاجية عالية, صلابة جيدة ومقاومة محسنة بشكل ملحوظ للتنقر, تآكل الشقوق وتكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد بالنسبة لدرجات الصب الأوستنيتي التقليدية (على سبيل المثال, CF8M/316 مصبوب).
يعكس "Cu" الموجود في التسمية إضافة نحاسية متعمدة (≈ 2.7–3.3% بالوزن) يعزز المقاومة لبعض كيمياء التخفيض والتآكل ويحسن الأداء في بيئات التجويف أو الملاط.
سمات
- قوة ميكانيكية عالية (إنتاجية أعلى بكثير من مصبوبات CF8M/316).
- ارتفاع المقاومة المحلية للتآكل (Mo و N يعززان PREN; يحسن النحاس السلوك في بعض الكيمياء الاختزالية).
- مقاومة جيدة للتآكل/التجويف لتدوير المكونات الرطبة.
- قابلية القابلية للهندسة المعقدة (مدافع, مخطوطات, جثث الصمام).
- قابلية اللحام الجيدة عند استخدام الإجراءات المؤهلة والحشوات المطابقة.
- بنية مجهرية مزدوجة متوازنة يوفر صلابة تتحمل الضرر مع زيادة مقاومة التعب مقارنة بالعديد من الأوستنيتيات.
3. التركيب الكيميائي النموذجي للفولاذ المقاوم للصدأ CD4MCu
| عنصر | النطاق النموذجي (بالوزن ٪) | دور / تعليق |
| ج | ≤ 0.04 | إبقاء منخفضة لتجنب هطول الأمطار كربيد |
| كر | 24.5 - 26.5 | الفيلم السلبي الأساسي السابق; مفتاح المقاومة العامة للتآكل |
| في | 4.5 - 6.5 | الأوستينيت السابق; يساعد على التوازن المزدوج |
| شهر | 1.7 - 2.5 | يقوي مقاومة الحفر/الشقوق |
النحاس |
2.7 - 3.3 | يحسن مقاومة تقليل الأحماض, سلوك التجويف/التآكل |
| ن | 0.15 - 0.25 | مقوي ومعزز قوي لـ PREN |
| MN | ≤ 1.0 | مزيل الأكسدة/مساعدة المعالجة |
| و | ≤ 1.0 | مقاومة الأكسدة والأكسدة |
| ص | ≤ 0.04 | السيطرة على الشوائب |
| ق | ≤ 0.03 | انخفاض S للسلامة |
| Fe | توازن | عنصر المصفوفة (الفريت + أوستنيت) |
4. الخواص الميكانيكية - CD4MCu (ASTM A890 الصف 1A)
أدناه هو مركزة, عرض تقديمي هندسي للسلوك الميكانيكي النموذجي لـ CD4MCu في حالة الإمداد المعتادة (يقذف, حل الحل, ماء- أو مروي بالهواء كما هو محدد من قبل المسبك).
درجة حرارة الغرفة (عادي) الخواص الميكانيكية - صب CD4MCu الملدن بالمحلول
| ملكية | النطاق النموذجي (و) | النطاق النموذجي (إمبراطوري) | تعليق |
| قوة الشد, RM | 650 - 780 MPA | 94 - 113 KSI | يعتمد على حجم القسم وممارسة المسبك; الأقسام الأثقل تتجه نحو الأسفل. |
| 0.2% دليل / أَثْمَر, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 KSI | استخدم قيمة خاصة بالحرارة لحسابات الإجهاد المسموح بها. |
| استطالة, أ (%) | 15 - 25 % | - | تم قياسها على عينات الاختبار القياسية; يتناقص مع المقاطع الأثقل وعيوب الصب. |
| تقليل المساحة, ض (%) | 30 - 40 % (عادي) | - | يدل على كسر الدكتايل عندما تكون جودة الصب عالية. |
صلابة برينل (HBW) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | ترتبط الصلابة الأعلى بالقوة الأعلى ولكنها قد تشير إلى مشاكل في البنية المجهرية إذا كانت أعلى من المتوقع. |
| معامل المرونة, ه | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ كيلو ثانية | استخدم ~ 200 GPa لحسابات الصلابة ما لم تختلف بيانات المورد. |
| Charpy V-Notch, CVN (غرفة ت) | عادة جيد; تحديد ما إذا كان الكسر حرجًا (على سبيل المثال, ≥ 20-40 J الهدف) | - | CVN هو الحرارة- ويعتمد على القسم; تتطلب اختبار المورد إذا كانت المتانة أمرًا بالغ الأهمية. |
| تعب (إرشاد) | تَحمُّل (عينة سلسة) ≈ 0.30–0.45 × جمهورية مقدونيا | - | تعتمد بقوة على الانتهاء من السطح, العيوب الصب, الضغوط المتبقية وهندسة التفاصيل. يوصى باختبار المكونات. |
5. الخصائص الفيزيائية والحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ CD4MCu
| ملكية | القيمة التمثيلية |
| كثافة | ≈ 7.80 - 7.90 G · cm⁻⁻ |
| الموصلية الحرارية (20 درجة مئوية) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| حرارة محددة (20 درجة مئوية) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| معامل التمدد الحراري (20-100 درجة مئوية) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻⁻ |
| معامل المرونة (ه) | ≈ 190 - 205 GPA |
| ذوبان / صلابة (تقريبا.) | ~1375 – 1450 درجة مئوية (يعتمد على السبائك) |
6. أداء التآكل
- الحفر & شق: CD4MCu مو + ن + ارتفاع الكروم يعطي مقاومة قوية; PREN في الثلاثينيات المنخفضة يجعلها مناسبة للمياه قليلة الملوحة, العديد من أنظمة مياه التبريد وتيارات العمليات المحتوية على الكلوريد عند درجات حرارة معتدلة.
- SCC (تكسير الإجهاد والتآكل بالكلوريد): البنية المجهرية المزدوجة وجزء الأوستينيت السفلي يمنحان مقاومة أكبر إلى كلوريد SCC من درجات الزهر الأوستنيتي النموذجية;
لكن, لا يزال من الممكن أن يحدث SCC في ظل مجموعات شديدة من الكلوريد, درجة الحرارة وإجهاد الشد. - التآكل والتآكل / التجويف: تعمل إضافة النحاس والقوة العالية على تحسين مقاومة التآكل الناتج عن التآكل والتجويف; ولهذا السبب يتم استخدام CD4MCu في الدفاعات ومضخات الملاط.
- تقليل الأحماض: CD4MCu أكثر تسامحا من 316 في بعض السوائل المخفضة بشكل طفيف, لكن أحماض الاختزال الساخنة المركزة قد تتطلب مواد ذات سبائك أعلى أو مواد ذات قاعدة نيكل.
- حدود درجة الحرارة: لخدمة الكلوريد على المدى الطويل يفضل التعرض عند أو أقل من المستويات التي تم التحقق من صحتها عن طريق الفحص المعملي; في درجات الحرارة المرتفعة، تزداد معدلات التآكل العامة وتزداد قابلية الهجوم الموضعي.
7. خصائص صب الفولاذ المقاوم للصدأ CD4MCu
عادةً ما يتم تسليم CD4MCu كـ استثمار أو صب الرمل عناصر.
اعتبارات الصب الرئيسية:
- التصلب والانكماش: توقع انكماشًا خطيًا نموذجيًا يتراوح بين 1.2–2.0% تقريبًا - استخدم عوامل الانكماش المسبك لتصميم النمط. يؤدي التصلب الاتجاهي والرافعات الموضوعة بشكل صحيح إلى تجنب انكماش التجاويف.
- التحكم في الذوبان: ذوبان الحث المتحكم فيه, يعمل تفريغ غاز الأرجون وترشيح السيراميك على تقليل الغازات والشوائب; يمكن استخدام ذوبان الفراغ أو ESR للحصول على أعلى درجات السلامة.
- عيوب الصب الشائعة: مسامية الغاز, تجاويف الانكماش, الشوائب غير المعدنية والإغلاق البارد - يتم منعها عن طريق البوابات الصحيحة, الترشيح, التفريغ والتحكم في الصب.
- المعالجة الحرارية بعد الصب: الحل الصلب (انظر القسم 8) هناك حاجة لتحقيق التوازن المزدوج المطلوب وحل المراحل المنفصلة. خاصرة (الضغط الساخن المتوازن) يمكن استخدامها للنقد, أجزاء عالية النزاهة لإغلاق المسامية الداخلية.
- الآلات البدلات & التسامح: توفير مخزون الآلات واقعية (على سبيل المثال, 2– بدل التخشين 6 مم; أقل للمسبوكات الاستثمارية) وتحديد الوجوه الحرجة تشكيله.
8. التصنيع, المعالجة الحرارية, وأفضل ممارسات اللحام
المعالجة الحرارية
- الحل الصلب بعد الصب (تتراوح درجة الحرارة النموذجية حوالي 1040-1100 درجة مئوية; مواصفات المسبك الدقيقة التي يجب اتباعها) مع إخماد سريع لتأمين البنية المجهرية المزدوجة المتوازنة وإذابة الرواسب غير المرغوب فيها.
تنصح بعض المصادر بالمعالجة الحرارية بحوالي 1900 درجة فهرنهايت (~1038 درجة مئوية) متبوعًا بإخماد درجات الطباعة المزدوجة المصبوبة; اتبع ورقة بيانات المورد/المسبك لمعرفة درجة الحرارة/الانتظار/الإخماد الدقيقة.
لحام
- قابلية اللحام جيدة, لكن السيطرة ضرورية: استخدام إجراءات اللحام المؤهلة (WPS/WPQ), مطابقة معادن الحشو المصممة للكيمياء المزدوجة, التحكم في درجة الحرارة البينية, والحد من مدخلات الحرارة للحفاظ على توازن الطور في HAZ.
- يصلب محلول ما بعد اللحام: ليس من الممكن دائمًا إجراء التجميعات المكتملة; إذا لم يكن ذلك ممكنا, حدد سبائك الحشو المناسبة وتقليل مدى HAZ للحفاظ على مقاومة التآكل المحلية.
الآلات & تشكيل
- قابلية تصنيع CD4MCu معتدلة; استخدام الأدوات كربيد, الأعلاف والمبرد المناسب.
تعد درجات الطباعة المزدوجة أقوى من الأوستنيتات، لذا توقع تآكلًا أعلى للأداة. يكون التشكيل على البارد محدودًا مقارنةً بالأوستنيتات المطيلة; رسومات التصميم وفقا لذلك.
تحضير السطح & التخميل
- بعد اللحام/الإصلاح، قم بإزالة الصبغة الحرارية والمخلل حسب الحاجة, ثم يتم التخميل باستخدام عمليات التخميل من النيتريك أو الستريك لاستعادة طبقة سلبية موحدة.
9. التطبيقات الصناعية لـ CD4MCu (ASTM A890 الصف 1A)
يستخدم CD4MCu على نطاق واسع حيث يلقي الهندسة, هناك حاجة إلى قوة مرتفعة وتحسين مقاومة التآكل/التآكل الموضعي:
- مكونات المضخة: مدافع, الحلزونات وأغلفة مياه البحر, مياه ضارة, خدمات مياه التبريد والطين.
- جثث الصمام & تقليم: صمامات التحكم والعزل في الخارج, تحلية المياه, كيميائية, وأنظمة محطات الطاقة.
- تحلية المياه & معدات التناضح العكسي: الأجهزة والتجهيزات الدوارة المعرضة للكلوريدات والظروف العابرة.
- لب & معدات الورق والتعدين: مضخات الطين والمكونات المعرضة للتآكل.
- العملية الكيميائية & أنظمة التبريد: حيث تجتمع مستويات الكلوريد والحمل الميكانيكي.
10. المزايا & القيود
المزايا الأساسية لـ CD4MCu (ASTM A890 الصف 1A)
- القوة المتوازنة ومقاومة التآكل: قوة الخضوع ضعف قوة 316L مع مقاومة تآكل مماثلة أو متفوقة في الكلوريد والوسائط الحمضية.
- أداء خدمة الحامض متفوقة: يتوافق مع NACE MR0175, مما يجعلها مثالية للبيئات التي تحتوي على H₂S.
- قابلية ممتازة: مناسبة للمكونات المعقدة الشكل التي يصعب تصنيعها من خلال العمليات المطاوعة.
- فعالية التكلفة: 30-50% أرخص من السبائك القائمة على النيكل (على سبيل المثال, Hastelloy C276) مع تقديم مقاومة مماثلة للتآكل في البيئات المعتدلة.
- ارتداء المقاومة: إضافة النحاس يعزز مقاومة التآكل والتآكل, إطالة عمر الخدمة في تطبيقات معالجة السوائل.
القيود الرئيسية لCD4MCu (ASTM A890 الصف 1A)
- تعقيد اللحام: يتطلب تحكمًا صارمًا في مدخلات الحرارة وPWHT الإلزامي, زيادة تكاليف التصنيع مقارنة بالفولاذ الأوستنيتي.
- تقييد درجة الحرارة: غير مناسب للخدمة المستمرة فوق 450 درجة مئوية بسبب تكوين الطور.
- حساسية للعناصر المتبقية: عالية MN (>0.8%) أو شوائب Sn/Pb تقلل من مقاومة التآكل وتزيد من خطر التشقق.
- ليونة أقل من الفولاذ الأوستنيتي: استطالة (16-24%) أقل من 316L (≥ 40 ٪), الحد من الاستخدام في التطبيقات عالية التشوه.
11. التحليل المقارن — CD4MCU مقابل سبائك مماثلة
القيم تمثيلية, للفحص وصياغة المواصفات فقط - استخدم دائمًا تقارير منتصف المدة الخاصة بالموردين, أوراق بيانات الشركة المصنعة وبيانات الاختبار الخاصة بالتطبيق للاختيار النهائي.
| وجه / سبيكة | CD4MCU (يلقي دوبلكس) | CF8M / يقذف 316 (أوستنيتي) | دوبلكس 2205 (مسنن) | قاعدة النيكل (على سبيل المثال, ج-276) |
| يسلط الضوء على التكوين | الكروم ~ 24.5-26.5; عند ~4.5-6.5; مو ~ 1.7-2.5; النحاس ~ 2.7-3.3; ن ~ 0.15-0.25 | الكروم ~ 16-18; في ~ 10-14; مو ~2–3 (CF8M) | الكروم ~ 21-23; عند ~4–6.5; مو ~3; ن ~ 0.08-0.20 | نسبة عالية جدًا من النيكل والكروم; مو كبير (وسبائك أخرى) |
| PREN نموذجي (الفحص) | ~ 30-35 (يعتمد على مو/ن) | ~24-27 | ~ 35-40 | >40 (يختلف بسبائك) |
| ميكانيكي تمثيلي (RM / RP0.2) | 650-780 ميجا باسكال; روبية 0.2 450-550 ميجا باسكال | جمهورية مقدونيا ≈ 480-620 ميجا باسكال; Rp0.2 ≈ 170-300 ميجا باسكال | جمهورية مقدونيا ≈ 620-880 ميجا باسكال; Rp0.2 ≈ 400-520 ميجا باسكال | متغير آر إم (في كثير من الأحيان 500-900 ميجا باسكال); Rp0.2 يعتمد على الدرجة |
| مقاومة كلوريد SCC | جيد (أفضل من CF8M; فائدة مزدوجة) | معتدل - عرضة في ظل الظروف الساخنة / المجهدة | جيد جدًا (أحد أفضل الخيارات المقاومة للصدأ لـ SCC) | عمومًا ممتاز (مصممة للكيمياء المتطرفة) |
الحفر / مقاومة شق |
عالي (شهر + ن + كر; برين ~ 30 ثانية) | معتدل | عالية جدا | ممتاز |
| تآكل / مقاومة التجويف | جيد (النحاس + قوة أعلى تحسين الأداء) | معتدل | جيد (قوة أعلى تساعد) | متغير - يعتمد على الدرجة; غالبًا ما يتم اختياره للتآكل بدلاً من التآكل |
| قابلية القابلية / أشكال المنتجات | ممتازة مثل المسبوكات (مدافع, مخطوطات, جثث الصمام) | ممتاز (أشكال الزهر متاحة على نطاق واسع) | في المقام الأول مسنن (طبق, حاجِز, ماسورة); توجد بعض الازدواج المصبوب ولكنها أكثر تعقيدًا | المطاوع والصب; المسبوكات ممكنة ولكنها مكلفة |
| قابلية اللحام & سلوك المخاطر | جيد — يتطلب إجراءات مؤهلة وتحكمًا في المناطق الخطرة | ممتاز (316 متسامح) | قابلة للحام ولكنها تتطلب رقابة صارمة للحفاظ على التوازن المزدوج | قابلة للحام مع الإجراءات المؤهلة; اختيار الحشو أمر بالغ الأهمية |
| نطاق التكلفة النموذجي (مادة) | منتصف عالية (أقل من معظم سبائك النيكل) | أدنى (اقتصادي) | منتصف عالية (مشابه لـ CD4MCu أو أعلى للمواصفات العالية) | عالي (سبائك متميزة) |
التطبيقات النموذجية |
مدافع, أغلفة ضخ, أجسام الصمامات لمياه البحر/الملوحة, مضخات الملاط, تحلية المياه, مياه التبريد | أنابيب العملية العامة, الدبابات, المعدات الصحية, خدمة كلوريد معتدلة | في الخارج, تحلية المياه, خدمات كلوريد عالية القوة, أنظمة الضغط | المفاعلات الكيميائية, خدمة حمض/كلوريد شديدة, شدة التآكل عالية جدًا |
| متى تختار | تحتاج إلى أجزاء مصبوبة معقدة ذات قوة عالية, تأليب جيد/SCC ومقاومة التآكل بتكلفة معتدلة | المشاريع القائمة على التكلفة حيث يكون التعرض للكلوريد منخفضًا إلى متوسطًا وتكون بساطة التصنيع مرغوبة | عندما تكون أعلى مقاومة وقوة للكلوريد مطلوبة ويكون الشكل المطاوع مقبولاً | عندما تتجاوز كيمياء الخدمة أو درجة الحرارة القدرة على الفولاذ المقاوم للصدأ/المزدوج وتكون تكلفة دورة الحياة تبرر التميز |
12. خاتمة
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A عند تحديده في شكل مزدوج مصبوب) يعد خيارًا جذابًا من الناحية الفنية لمكونات الصب الدوارة والمحتوية على الضغط في حاملة الكلوريد, خدمات التآكل أو التجويف.
بنية دوبلكس, ينتج عن محتوى الموليبدينوم والنيتروجين مقاومة قوية للتنقر وتحمل SCC بينما يعزز النحاس والقوة العالية مقاومة التآكل والأضرار الميكانيكية.
لتحقيق مزايا السبائك, ممارسة مسبك منضبطة, حل موثق يصلب, يعد اللحام المؤهل وتجربة الاقتراب من الموت المناسبة أمرًا ضروريًا.
حيث تتجاوز كيمياء الخدمة أو درجة الحرارة قدرة CD4MCu, ينبغي تقييم الدرجات المطاوع المزدوجة أو سبائك النيكل.
الأسئلة الشائعة
ماذا يعني "CD4MCu".?
إنه يشير إلى درجة صب مزدوجة غير قابلة للصدأ مع ميزات التركيب (كر, شهر, النحاس و N) ضبطها لتحسين تأليب, SCC ومقاومة التآكل. يتم توفيره بشكل شائع كـ ASTM A890 Grade 1A في مواصفات الطباعة المزدوجة المصبوبة.
ما هو الفرق بين CD4MCu و 2205 مزدوجة الفولاذ المقاوم للصدأ?
CD4MCu هو يقذف سبيكة مزدوجة محسنة لتصنيع المكونات المعقدة, مع إضافة النحاس لتعزيز تقليل مقاومة الأحماض.
2205 هو مسنن سبيكة مزدوجة ذات محتوى نيتروجين أعلى (0.14–0.20 بالوزن%) لتحقيق الاستقرار الأوستينيت.
في حين أن كلاهما لهما قيم PREN مماثلة (~34), ويفضل CD4MCu للمسبوكات, و 2205 يستخدم للمنتجات المطاوع (لوحات, الأنابيب).
هل CD4MCu مناسب لمياه البحر?
نعم - يستخدم CD4MCu على نطاق واسع لمياه البحر, تطبيقات المياه المالحة ومياه التبريد; لكن, تحديد فحص المختبر وبدلات التآكل للخدمة المغمورة أو منطقة الرش على المدى الطويل.
هل يمكن لحام CD4MCu في الحقل؟?
نعم، لكن اللحام يتطلب إجراءات مؤهلة, مطابقة معادن الحشو المزدوجة, التحكم في إدخال الحرارة وتنظيف/تخميل ما بعد اللحام. بالنسبة للتجميعات الهامة، ضع في اعتبارك التأهيل المسبق واختبارات القسيمة الملحومة.
كيف يمكن مقارنة CD4MCu بـ 316 المسبوكات?
يوفر CD4MCu قوة أعلى ومقاومة أفضل بكثير للتآكل الموضعي وSCC مقارنة بسبائك CF8M/316 - مما يتيح عمرًا أطول في محامل الكلوريد, البيئات المسببة للتآكل.
