1. Uvod
CD4MCU (obično se isporučuju prema specifikacijama livenog čelika kao što je ASTM A890 Grade 1A za dupleks odljevke sa UNS brojem J93370) je namjenski konstruirani dupleks nehrđajući odljevak koji kombinira visoku čvrstoću, povećana otpornost na lokaliziranu koroziju, i dobra otpornost na eroziju/kavitaciju.
Njegova hemija (visok hrom, molibdenum, bakar i azot sa umerenim niklom) i dvofazni (ferita + Austenite) mikrostruktura čini CD4MCu popularnim izborom za zahtjevne rotacijske komponente u mokrom servisu (impeleri, Kupite za pumpe), ventili, i drugi liveni hardver gdje je izloženost hloridima, prisutna je erozija ili mehaničko opterećenje.
2. Šta je CD4MCu nerđajući čelik?
CD4MCu je a dupleks (feritna-austenitic) nehrđajući čelik razred koji se uglavnom pruža u oblicima livenih proizvoda.
Formulisan je da daje uravnoteženu dupleks mikrostrukturu (≈ 35–55% ferita tipično za dobro obrađene odljevke) koji daje visoku granicu tečenja, dobra žilavost i značajno poboljšana otpornost na pitting, pukotna korozija i hloridna napon-korozivna pukotina u odnosu na konvencionalne austenitne livene vrste (npr., CF8M/316 liveno).
"Cu" u oznaci odražava namjerni dodatak bakra (≈ 2,7–3,3 tež.%) koji povećava otpornost na određene redukcijske i erozivne hemije i poboljšava performanse u kavitirajućim ili kašastim okruženjima.
Karakteristike
- Visoka mehanička čvrstoća (prinos znatno veći od odlivaka CF8M/316).
- Povišena otpornost na lokalnu koroziju (Mo i N pojačavaju PREN; bakar poboljšava ponašanje u nekim redukcijskim hemijama).
- Dobra otpornost na eroziju/kavitaciju za rotirajuće mokre komponente.
- Castibilnost Za složene geometrije (impeleri, svitke, Tijela ventila).
- Dobra zavarivost kada se koriste kvalificirani postupci i odgovarajući fileri.
- Uravnotežena dupleks mikrostruktura pruža žilavost otpornu na oštećenja dok povećava otpornost na zamor u odnosu na mnoge austenitike.
3. Tipični hemijski sastav CD4MCu nerđajućeg čelika
| Element | Tipičan raspon (wt.%) | Uloga / komentar |
| C | ≤ 0.04 | Držite nisko kako biste izbjegli taloženje karbida |
| CR | 24.5 - 26.5 | Primarni pasivni filmski stvaralac; ključ za opštu otpornost na koroziju |
| U | 4.5 - 6.5 | Bivši austenit; pomaže duplex balansu |
| Mo | 1.7 - 2.5 | Jača otpornost na udubljenje/pukotine |
Cu |
2.7 - 3.3 | Poboljšava otpornost na redukcijske kiseline, ponašanje kavitacije/erozije |
| N | 0.15 - 0.25 | Ojačavač i snažan PREN pojačivač |
| MN | ≤ 1.0 | Deoksidant/pomoć pri preradi |
| I | ≤ 1.0 | Deoksidacija i otpornost na oksidaciju |
| Str | ≤ 0.04 | Kontrola nečistoće |
| S | ≤ 0.03 | Nizak S za zvučnost |
| FE | Ravnoteža | Element matrice (ferita + Austenite) |
4. Mehanička svojstva — CD4MCu (ASTM A890 razred 1a)
Ispod je fokusiran, Inženjerski prikaz tipičnog mehaničkog ponašanja CD4MCu u uobičajenom stanju napajanja (bacati, Ispaljeno rješenje, voda- ili kaljeni na vazduhu kako je odredila livnica).
Sobna temperatura (tipičan) mehanička svojstva — lijevani CD4MCu žareni rastvorom
| Nekretnina | Tipičan raspon (I) | Tipičan raspon (carski) | Komentar |
| Zatezna čvrstoća, Rm | 650 - 780 MPa | 94 - 113 Ksi | Ovisno o veličini sekcije i praksi ljevaonice; teži dijelovi imaju trend niže. |
| 0.2% dokaz / Prinos, RP0.2 | 450 - 550 MPa | 65 - 80 Ksi | Koristite vrijednost specifične za toplinu za proračune dozvoljenog naprezanja. |
| Izduženje, A (%) | 15 - 25 % | - | Mjereno na standardnim ispitnim uzorcima; smanjuje se s težim presjecima i defektima livenja. |
| Smanjenje površine, Z (%) | 30 - 40 % (tipičan) | - | Ukazuje na duktilni lom kada je kvalitet livenja visok. |
Tvrdoća po Brinellu (Hbw) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | Veća tvrdoća korelira s većom čvrstoćom, ali može signalizirati mikrostrukturne probleme ako je iznad očekivanja. |
| Modul elastičnosti, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ ksi | Koristite ~200 GPa za proračune krutosti osim ako se podaci dobavljača ne razlikuju. |
| Charpy v-zarez, CVN (soba T) | Tipično dobro; navedite da li je kritičan za lom (npr., ≥ 20–40 J cilj) | - | CVN je toplota- i zavisna od sekcije; zahtijevati ispitivanje dobavljača ako je žilavost kritična. |
| Umor (vođenje) | Izdržljivost (glatki uzorak) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Jako ovisi o završnoj obradi površine, Defekti lijevanja, zaostala naprezanja i geometrija detalja. Preporučuje se testiranje komponenti. |
5. Fizička i toplinska svojstva CD4MCu nehrđajućeg čelika
| Nekretnina | Reprezentativna vrijednost |
| Gustina | ≈ 7.80 - 7.90 G · cm⁻³ |
| Toplotna provodljivost (20 ° C) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Specifična toplota (20 ° C) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Koeficijent toplinske ekspanzije (20-100 ° C) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻¹ |
| Modul elastičnosti (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Topljenje/solidus (cca.) | ~1375 – 1450 ° C (zavisan od legura) |
6. Performanse korozije
- Pištanje & pukotina: CD4MCu Mo + N + visoki Cr daju jaku otpornost; PREN u niskim -30-ima čini ga pogodnim za slanu vodu, mnogi sistemi rashladne vode i procesni tokovi koji sadrže hlorid na umjerenim temperaturama.
- SCC (hloridno naponsko-korozivno pucanje): dupleks mikrostruktura i niža austenitna frakcija daju veći otpor na hlorid SCC od tipičnih austenitnih livenih vrsta;
međutim, SCC se i dalje može pojaviti pod teškim kombinacijama klorida, temperatura i vlačna naprezanja. - Erozija-korozija / kavitacija: Dodatak bakra i visoka čvrstoća poboljšavaju otpornost na koroziju potpomognutu erozijom i kavitaciju; to je razlog zašto se CD4MCu koristi za impelere i pumpe za gnojenje.
- Redukcione kiseline: CD4MCu je tolerantniji od 316 u nekim blago reducirajućim tečnostima, ali koncentrirane vruće redukcijske kiseline mogu zahtijevati materijale više legure ili nikla.
- Temperaturne granice: za dugoročnu upotrebu hloridima preferirajte izlaganje na ili ispod nivoa potvrđenih laboratorijskim skriningom; na povišenim temperaturama povećavaju se generalne stope korozije i lokalizirana osjetljivost na napade.
7. Karakteristike livenja CD4MCu nerđajućeg čelika
CD4MCu se obično isporučuje kao investicija ili cast cast komponente.
Ključna razmatranja pri izboru:
- Stvrdnjavanje i skupljanje: očekujte tipično linearno skupljanje reda od ~1,2–2,0% — koristite faktore skupljanja u ljevaonici za dizajn uzorka. Usmjereno skrućivanje i pravilno postavljeni usponi izbjegavaju skupljanje šupljina.
- Kontrola topljenja: kontrolisano indukcijsko topljenje, Otplinjavanje argonom i keramička filtracija smanjuju plinove i inkluzije; vakuumsko topljenje ili ESR može se koristiti za odljevke najvećeg integriteta.
- Uobičajeni defekti livenja: poroznost gasa, Smanjenje šupljine, nemetalne inkluzije i hladni zatvarači — spriječeni pravilnim zatvaranjem, filtracija, kontrola otplinjavanja i izlivanja.
- Termička obrada nakon livenja: Rješenje Annial (vidi odeljak 8) potrebna je za postizanje željene dupleks ravnoteže i rastvaranje segregiranih faza. Hip (toplo-izostatsko presovanje) može se koristiti za kritično, dijelovi visokog integriteta za zatvaranje unutrašnje poroznosti.
- Obrada naknade & tolerancije: pružaju realističan zalih za obradu (npr., 2–6 mm gruba obrada; manje za odljevke za ulaganje) i specificirati obrađena kritična lica.
8. Izmišljotina, Toplotni tretman, i najbolje prakse zavarivanja
Toplotni tretman
- Rješenje Annial nakon kastinga (tipičan temperaturni raspon oko 1040–1100 °C; tačne specifikacije ljevaonice koje treba slijediti) sa brzim gašenjem za zaključavanje uravnotežene dupleks mikrostrukture i otapanje nepoželjnih taloga.
Neki izvori savjetuju toplinsku obradu oko ~1900 °F (~1038 °C) nakon čega slijedi gašenje za livene dupleks vrste; slijedite specifikaciju dobavljača/livnice za tačnu temp/zadržavanje/gašenje.
Zavarivanje
- Zavarljivost je dobra, ali kontrola je neophodna: koristite kvalifikovane postupke zavarivanja (WPS/WPQ), odgovarajući metali za punjenje dizajnirani za dupleks hemiju, kontrolisati međuprolaznu temperaturu, i ograničiti unos topline kako bi se održala ravnoteža faza u HAZ.
- Žarenje otopinom nakon zavarivanja: nije uvijek izvodljivo za završene sklopove; ako nije moguće, odaberite odgovarajuće legure punila i minimizirajte opseg HAZ-a kako biste očuvali lokalnu otpornost na koroziju.
Obrada & formiranje
- Obradivost CD4MCu je umjerena; koristite alate od tvrdog metala, odgovarajuće dovode i rashladnu tečnost.
Duplex tipovi su jači od austenitnih pa očekujte veće habanje alata. Hladno oblikovanje je ograničeno u poređenju sa duktilnom austenitom; dizajnirati crteže u skladu s tim.
Priprema površine & pasivizacija
- Nakon zavarivanja/popravke uklonite toplinsku nijansu i kiselite prema potrebi, a zatim pasivizirati procesima dušične ili limunske pasivizacije kako bi se obnovio ujednačen pasivni film.
9. Industrijska primjena CD4MCu (ASTM A890 razred 1a)
CD4MCu se široko koristi tamo gdje je livena geometrija, potrebna je povećana čvrstoća i poboljšana otpornost na lokalnu koroziju/eroziju:
- Komponente pumpe: impeleri, volute i kućišta za morsku vodu, bočačka voda, usluge rashladne vode i stajnjaka.
- Tijela ventila & ukinuti: kontrolni i izolacijski ventili na moru, desalinacija, hemikalija, i sistemi elektrana.
- Desalinacija & oprema za reverznu osmozu: rotirajući hardver i armature izložene hloridima i prolaznim uslovima.
- Pulp & papirna i rudarska oprema: pumpe za gnojenje i komponente sklone habanju.
- Hemijski proces & Rashladni sistemi: gde se kombinuju nivoi hlorida i mehaničko opterećenje.
10. Prednosti & Ograničenja
Osnovne prednosti CD4MCu (ASTM A890 razred 1a)
- Izbalansirana čvrstoća i otpornost na koroziju: Granica tečenja dvostruko veća od 316L sa uporedivom ili superiornom otpornošću na koroziju u hloridnim i kiselim medijima.
- Vrhunske performanse kiselog servisa: U skladu sa NACE MR0175, što ga čini idealnim za okruženja koja sadrže H₂S.
- Odlična kavana: Pogodno za komponente složenog oblika koje je teško proizvesti kovanim procesima.
- Isplativost: 30–50% jeftinije od legura na bazi nikla (npr., Hastelloy C276) dok nudi sličnu otpornost na koroziju u umjerenim okruženjima.
- Otpornost na habanje: Dodatak bakra povećava otpornost na abraziju i eroziju, produžava radni vek u aplikacijama za rukovanje tečnostima.
Ključna ograničenja CD4MCu (ASTM A890 razred 1a)
- Složenost zavarivanja: Zahtijeva strogu kontrolu unosa topline i obavezni PWHT, povećanje troškova proizvodnje u odnosu na austenitne čelike.
- Ograničenje temperature: Nije prikladno za kontinuirani rad iznad 450°C zbog formiranja σ faze.
- Osetljivost na preostale elemente: Visoki mn (>0.8%) ili nečistoće Sn/Pb smanjuju otpornost na koroziju i povećavaju rizik od pucanja.
- Niža duktilnost od austenitnih čelika: Izduženje (16–24%) je manji od 316L (≥40%), ograničavajuću upotrebu u aplikacijama visoke deformacije.
11. Komparativna analiza — CD4MCU u odnosu na slične legure
Vrijednosti su reprezentativne, samo za pregled i izradu specifikacija — uvijek koristite MTR dobavljača, tehnički listovi proizvođača i test podaci specifični za aplikaciju za konačni odabir.
| Aspekt / Legura | CD4MCU (liveni duplex) | Cf8m / Bacati 316 (austenitan) | Dupleks 2205 (kovani) | Na bazi nikla (npr., C-276) |
| Naglasci kompozicije | Cr ~24,5–26,5; Na ~4,5–6,5; Po ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16–18; U ~10–14; Mo ~2–3 (Cf8m) | Cr ~21–23; Na ~4–6,5; Mo ~3; N ~0,08–0,20 | Veoma visoke Ni i Cr; značajan Mo (i druge legure) |
| Tipični PREN (skrining) | ~ 30-35 (zavisi od Mo/N) | ~24–27 | ~ 35-40 | >40 (varira od legure) |
| Reprezentativni mehanički (Rm / RP0.2) | Rm 650–780 MPa; Rp0,2 450–550 MPa | Rm ≈ 480–620 MPa; Rp0,2 ≈ 170–300 MPa | Rm ≈ 620–880 MPa; Rp0,2 ≈ 400–520 MPa | Rm varijabla (često 500–900 MPa); Rp0.2 zavisi od razreda |
| Otpornost na hlorid SCC | Dobro (bolje od CF8M; duplex benefit) | Umjereno - osjetljivo na vruće/stresne uslove | Vrlo dobar (jedan od najboljih nerđajućih izbora za SCC) | Općenito odličan (dizajniran za ekstremne hemije) |
Pištanje / Otpornost na pukotine |
Visoko (Mo + N + CR; PREN ~30s) | Umjeren | Vrlo visok | Odličan |
| Erozija / otpor kavitacije | Dobro (Cu + veća snaga poboljšava performanse) | Umjeren | Dobro (veća snaga pomaže) | Varijabilno — zavisi od razreda; često se bira za koroziju, a ne za eroziju |
| Castibilnost / oblici proizvoda | Odličan kao odljevci (impeleri, svitke, Tijela ventila) | Odličan (liveni oblici široko dostupni) | Prvenstveno kovani (tanjir, bar, cijev); neki liveni dupleks postoji, ali složeniji | Kovani i liveni; odljevci mogući ali skupi |
| Zavarljivost & HAZ ponašanje | Dobro — zahtijeva kvalificirane postupke i HAZ kontrolu | Odličan (316 oprašta) | Zavarljiv, ali zahtijeva strogu kontrolu kako bi se očuvala dupleks ravnoteža | Zavarljiv uz kvalificirane postupke; izbor punila kritičan |
| Tipični raspon troškova (materijal) | Srednje–visoko (manje od većine Ni legura) | Donji (ekonomičan) | Srednje–visoko (sličan CD4MCu ili noviji za visoke specifikacije) | Visoko (premium legure) |
Tipične aplikacije |
Impeleri, Kupite za pumpe, tijela ventila za bočatu/morsku vodu, pumpe sa pumpom, desalinacija, rashladna voda | Opći procesni cjevovodi, tenkovi, sanitarna oprema, umjerena usluga hlorida | Offshore, desalinacija, usluge hlorida visoke čvrstoće, Sustavi pod pritiskom | Hemijski reaktori, ekstremno kiselinski/hloridni servis, vrlo visoka korozivna težina |
| Kada odabrati | Potrebni su složeni liveni dijelovi visoke čvrstoće, dobra otpornost na pitting/SCC i eroziju uz umjerenu cijenu | Projekti vođeni troškovima gdje je izloženost hloridima niska-umjerena i poželjna je jednostavnost izrade | Kada je potrebna najveća otpornost na hlorid i čvrstoća i kovani oblik je prihvatljiv | Kada hemijska hemija ili temperatura premašuju sposobnost nerđajućeg čelika/dupleksa i trošak životnog ciklusa opravdava premiju |
12. Zaključak
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A kada je navedeno u livenom dupleks obliku) je tehnički atraktivna opcija za rotirajuće i pod pritiskom livene komponente u hloridnim ležajevima, usluge erozije ili kavitacije.
Njegova dvoetažna struktura, sadržaj molibdena i dušika daje robusnu otpornost na udubljenje i SCC toleranciju, dok bakar i visoka čvrstoća povećavaju otpornost na eroziju i mehanička oštećenja.
Da bi se shvatile prednosti legure, disciplinovana livnička praksa, dokumentirano žarenje rješenja, kvalifikovano zavarivanje i odgovarajući NDE su neophodni.
Tamo gdje hemija rada ili temperatura premašuju CD4MCu sposobnost, treba procijeniti dupleks kovane klase ili legure na bazi nikla.
FAQs
Šta znači “CD4MCu”.?
Označava dupleks nerđajućeg livenja sa karakteristikama sastava (CR, Mo, Cu i N) podešen za poboljšani pitting, SCC i otpornost na eroziju. Obično se isporučuje kao ASTM A890 Grade 1A u specifikacijama livenog dupleksa.
Koja je razlika između CD4MCu i 2205 Dupleks nehrđajući čelik?
CD4MCu je a bacati duplex legura optimizirana za izradu složenih komponenti, sa dodatkom bakra za poboljšanje smanjenja otpornosti na kiseline.
2205 je a kovani dupleks legura sa većim sadržajem azota (0.14–0,20 mas.%) za stabilizaciju austenita.
Dok oba imaju slične PREN vrijednosti (~34), CD4MCu je poželjan za odljevke, i 2205 koristi se za kovane proizvode (ploča, cijevi).
Je li CD4MCu pogodan za morsku vodu?
Da — CD4MCu se široko koristi za morsku vodu, primjene slane vode i rashladne vode; međutim, specificirati laboratorijski skrining i dodatke za koroziju za dugotrajnu potopljenu uslugu ili rad u zoni prskanja.
Može li se CD4MCu zavariti na terenu?
Da — ali zavarivanje zahtijeva kvalificirane postupke, odgovarajući duplex metali za punjenje, kontrolirani unos topline i čišćenje/pasivacija nakon zavarivanja. Za kritične sklopove razmotrite pretkvalifikaciju i testove zavarenih kupona.
Kako se CD4MCu poredi sa 316 odlivci?
CD4MCu nudi veću čvrstoću i znatno bolju otpornost na lokaliziranu koroziju i SCC od CF8M/316 odljevaka — omogućavajući duži vijek trajanja u nosivim kloridima, erozivne sredine.
