1. Indledning
CD4MCU (almindeligvis leveret til støbestål specifikationer såsom ASTM A890 Grade 1A til duplex støbegods med UNS nummer J93370) er en specialudviklet duplex rustfri støbning, der kombinerer høj styrke, øget modstand mod lokal korrosion, og god erosions-/kavitationsbestandighed.
Dens kemi (høj krom, Molybdæn, kobber og nitrogen med moderat nikkel) og to-faset (Ferrit + Austenite) mikrostruktur gør CD4MCu til et populært valg til krævende roterende komponenter til våd service (skader, Pumpehus), ventiler, og andet støbt beslag, hvor klorideksponering, erosion eller mekanisk belastning er til stede.
2. Hvad er CD4MCu rustfrit stål?
CD4MCu er en Duplex (ferritisk - austenitisk) Rustfrit stål kvalitet, der hovedsagelig leveres i støbte produktformer.
Den er formuleret til at give en afbalanceret duplex mikrostruktur (≈ 35–55 % ferrit typisk i velforarbejdede støbegods) der giver høj flydespænding, god sejhed og væsentligt forbedret modstand mod pitting, spaltekorrosion og chloridspændingskorrosion i forhold til konventionelle austenitiske støbekvaliteter (F.eks., CF8M/316 støbt).
"Cu" i betegnelsen afspejler en bevidst kobbertilsætning (≈ 2,7-3,3 vægt%) der øger modstanden mod visse reducerende og erosive kemier og forbedrer ydeevnen i kaviterende eller gyllemiljøer.
Funktioner
- Høj mekanisk styrke (udbytte væsentligt højere end CF8M/316 støbegods).
- Forhøjet lokaliseret korrosionsbestandighed (Mo og N øger PREN; kobber forbedrer adfærd i nogle reducerende kemier).
- God erosions-/kavitationsbestandighed til roterende våde komponenter.
- Rollebesætning For komplekse geometrier (skader, ruller, Ventillegemer).
- God svejsbarhed når der anvendes kvalificerede procedurer og matchende fyldstoffer.
- Balanceret duplex mikrostruktur giver skade-tolerant sejhed og øger træthedsmodstanden i forhold til mange austenitiske stoffer.
3. Typisk kemisk sammensætning af CD4MCu rustfrit stål
| Element | Typisk rækkevidde (Wt.%) | Rolle / kommentar |
| C | ≤ 0.04 | Hold lav for at undgå karbidudfældning |
| Cr | 24.5 – 26.5 | Primær passiv-film tidligere; nøglen til generel korrosionsbestandighed |
| I | 4.5 – 6.5 | Austenitisk tidligere; hjælper duplex balance |
| Mo | 1.7 – 2.5 | Styrker modstanden mod pitting/spalter |
Cu |
2.7 – 3.3 | Forbedrer modstanden mod reducerende syrer, kavitations-/erosionsadfærd |
| N | 0.15 – 0.25 | Styrker og kraftfuld PREN booster |
| Mn | ≤ 1.0 | Deoxidationsmiddel/proceshjælp |
| Og | ≤ 1.0 | Deoxidations- og oxidationsbestandighed |
| S | ≤ 0.04 | Urenhedskontrol |
| S | ≤ 0.03 | Lavt S for sundhed |
| Fe | Balance | Matrixelement (Ferrit + Austenite) |
4. Mekaniske egenskaber — CD4MCu (ASTM A890 Grad 1A)
Nedenfor er en fokuseret, præsentation af den typiske mekaniske opførsel af CD4MCu i den sædvanlige forsyningstilstand (rollebesætning, Løsnings-annealet, vand- eller luftkølet som specificeret af støberiet).
Rumtemperatur (typisk) mekaniske egenskaber — opløsningsudglødet støbt CD4MCu
| Ejendom | Typisk rækkevidde (OG) | Typisk rækkevidde (kejserlig) | Kommentar |
| Trækstyrke, Rm | 650 – 780 MPA | 94 – 113 KSI | Afhænger af sektionsstørrelse og støberipraksis; tungere sektioner trend lavere. |
| 0.2% bevis / Udbytte, RP0.2 | 450 – 550 MPA | 65 – 80 KSI | Brug varmespecifik værdi til tilladte spændingsberegninger. |
| Forlængelse, EN (%) | 15 – 25 % | — | Målt på standardprøver; aftager ved tungere sektioner og støbefejl. |
| Reduktion af areal, Z (%) | 30 – 40 % (typisk) | — | Indikerer duktilt brud, når støbekvaliteten er høj. |
Brinell hårdhed (HBW) |
220 – 280 Hb | ≈ 85 – 110 HRB | Højere hårdhed korrelerer med højere styrke, men kan signalere mikrostrukturelle problemer, hvis det er over forventet. |
| Elasticitetsmodul, E | ≈ 190 – 205 GPA | ≈ 27.6 – 29.7 ×10³ ksi | Brug ~200 GPa til stivhedsberegninger, medmindre leverandørdata afviger. |
| Charpy V-notch, CVN (værelse T) | Typisk god; angiv om brudkritisk (F.eks., ≥ 20–40 J mål) | — | CVN er varme- og sektionsafhængig; kræve leverandørtest, hvis sejheden er kritisk. |
| Træthed (vejledning) | Udholdenhed (glat eksemplar) ≈ 0,30–0,45 × Rm | — | Stærkt afhængig af overfladefinish, støbende defekter, restspændinger og detaljegeometri. Komponenttest anbefales. |
5. Fysiske og termiske egenskaber af CD4MCu rustfrit stål
| Ejendom | Repræsentativ værdi |
| Densitet | ≈ 7.80 – 7.90 g·cm⁻³ |
| Termisk ledningsevne (20 ° C.) | ≈ 12 – 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Specifik varme (20 ° C.) | ≈ 430 – 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Koefficient for termisk ekspansion (20–100 ° C.) | ≈ 12.0 – 13.5 × 10⁻⁶ k⁻¹ |
| Elasticitetsmodul (E) | ≈ 190 – 205 GPA |
| Smeltning/solidus (ca.) | ~1375 – 1450 ° C. (Legeringsafhængig) |
6. Korrosionsydelse
- Pitting & spalte: CD4MCu's Mo + N + høj Cr giver stærk modstand; PREN i de lave 30'ere gør den velegnet til brakvand, mange kølevandssystemer og kloridholdige processtrømme ved moderate temperaturer.
- SCC (kloridspændingskorrosionsrevner): duplex mikrostruktur og lavere austenitfraktion giver større modstand til klorid SCC end typiske austenitiske støbekvaliteter;
imidlertid, SCC kan stadig forekomme under alvorlige kombinationer af klorid, temperatur og trækspænding. - Erosion-korrosion / Kavitation: kobbertilsætning og høj styrke forbedrer modstanden mod erosionsassisteret korrosion og kavitationsgruber; derfor bruges CD4MCu til pumpehjul og gyllepumper.
- Reducerende syrer: CD4MCu er mere tolerant end 316 i nogle mildt reducerende væsker, men koncentrerede varmereducerende syrer kan kræve højere legerede eller nikkelbaserede materialer.
- Temperaturgrænser: for langvarig kloridservice foretrækker eksponeringer på eller under niveauer valideret ved laboratoriescreening; ved forhøjede temperaturer øges generaliserede korrosionshastigheder og lokaliseret angrebsfølsomhed.
7. Støbeegenskaber af CD4MCu rustfrit stål
CD4MCu leveres typisk som investering eller sandstøbt komponenter.
Nøgle casting overvejelser:
- Størkning og svind: forvent typisk lineær krympning i størrelsesordenen ~1,2–2,0 % — brug støbekrympefaktorer til mønsterdesign. Retningsbestemt størkning og korrekt placerede stigrør undgår krympehulrum.
- Smeltekontrol: kontrolleret induktionssmeltning, Argon-afgasning og keramisk filtrering reducerer gas og indeslutninger; vakuumsmeltning eller ESR kan bruges til støbegods med den højeste integritet.
- Almindelige støbefejl: gasporøsitet, Krympehulrum, ikke-metalliske indeslutninger og kolde lukker — forhindret af korrekt port, filtrering, afgasning og hældekontrol.
- Efterstøbt varmebehandling: Løsningsdeal (se afsnittet 8) er nødvendig for at opnå den ønskede dupleksbalance og opløse adskilte faser. HOFTE (varm-isostatisk presning) kan bruges til kritiske, dele med høj integritet for at lukke intern porøsitet.
- Bearbejdning godtgørelser & tolerancer: give realistisk bearbejdningsbeholdning (F.eks., 2–6 mm skrubningstillæg; mindre til investeringsstøbegods) og specificer bearbejdede kritiske flader.
8. Fremstilling, Varmebehandling, og Best Practices for svejsning
Varmebehandling
- Løsningsdeal efter støbning (typisk temperaturområde omkring 1040-1100 °C; nøjagtige støberispecifikationer, der skal følges) med hurtig quench for at fastlåse afbalanceret duplex-mikrostruktur og opløse uønskede bundfald.
Nogle kilder anbefaler en varmebehandling omkring ~1900 °F (~1038 °C) efterfulgt af bratkøling for støbte duplekskvaliteter; følg leverandør/støberi datablad for nøjagtig temp/hold/køling.
Svejsning
- Svejsbarheden er god, men kontrol er afgørende: bruge kvalificerede svejseprocedurer (WPS/WPQ), matchende fyldmetaller designet til duplex kemi, styre interpass-temperaturen, og begrænse varmetilførslen for at opretholde fasebalancen i HAZ.
- Udglødning efter svejsning: ikke altid gennemførligt for afsluttede samlinger; hvis det ikke er muligt, vælg passende fyldstoflegeringer og minimer HAZ-udstrækning for at bevare lokal korrosionsbestandighed.
Bearbejdning & dannelse
- Bearbejdeligheden af CD4MCu er moderat; brug hårdmetal værktøj, passende foder og kølevæske.
Duplex kvaliteter er stærkere end austenitiske materialer, så forvent højere værktøjsslid. Kolddannelse er begrænset sammenlignet med duktil austenitik; design tegninger i overensstemmelse hermed.
Overfladeforberedelse & passivering
- Efter svejsning/reparation fjernes varmefarve og syltes efter behov, og passivér derefter med nitrogen- eller citron-passiveringsprocesser for at genoprette en ensartet passiv film.
9. Industrielle anvendelser af CD4MCu (ASTM A890 Grad 1A)
CD4MCu er meget brugt, hvor støbt geometri, øget styrke og forbedret lokaliseret korrosions-/erosionsbestandighed er påkrævet:
- Pumpekomponenter: skader, volutter og tarme til havvand, Brackish Water, kølevand og gylletjenester.
- Ventillegemer & Trim: kontrol- og afspærringsventiler i offshore, Afsaltning, kemisk, og kraftværkssystemer.
- Afsaltning & omvendt osmose udstyr: roterende hardware og fittings udsat for klorider og forbigående forhold.
- Pulp & papir og mineudstyr: gyllepumper og slidstærke komponenter.
- Kemisk proces & Kølesystemer: hvor kloridniveauer og mekanisk belastning kombineres.
10. Fordele & Begrænsninger
Kernefordele ved CD4MCu (ASTM A890 Grad 1A)
- Afbalanceret styrke og korrosionsbestandighed: Flydespænding dobbelt så stor som 316L med sammenlignelig eller overlegen korrosionsbestandighed i klorid og sure medier.
- Overlegen sur serviceydelse: Overholder NACE MR0175, hvilket gør den ideel til H₂S-holdige miljøer.
- Fremragende rollebesætning: Velegnet til kompleksformede komponenter, der er svære at fremstille via smedeprocesser.
- Omkostningseffektivitet: 30–50 % billigere end nikkelbaserede legeringer (F.eks., Hastelloy C276) samtidig med at den tilbyder tilsvarende korrosionsbestandighed i moderate miljøer.
- Slidstyrke: Kobbertilsætning øger modstanden mod slid og erosion, forlænger levetiden i væskehåndteringsapplikationer.
Nøglebegrænsninger for CD4MCu (ASTM A890 Grad 1A)
- Svejsekompleksitet: Kræver streng varmetilførselskontrol og obligatorisk PWHT, stigende fremstillingsomkostninger sammenlignet med austenitiske stål.
- Temperaturbegrænsning: Ikke egnet til kontinuerlig drift over 450°C på grund af σ-fasedannelse.
- Følsomhed over for resterende elementer: Høj Mn (>0.8%) eller Sn/Pb-urenheder reducerer korrosionsbestandigheden og øger risikoen for revnedannelse.
- Lavere duktilitet end austenitiske stål: Forlængelse (16–24 %) er lavere end 316L (≥40%), begrænser brugen i applikationer med høj deformation.
11. Sammenlignende analyse - CD4MCU i forhold til lignende legeringer
Værdier er repræsentative, kun til screening og udarbejdelse af specifikationer — brug altid leverandør-MTR'er, producentdatablade og applikationsspecifikke testdata til endeligt valg.
| Aspekt / Legering | CD4MCU (støbt duplex) | CF8M / Rollebesætning 316 (austenitisk) | Duplex 2205 (smed) | Nikkel-baseret (F.eks., C-276) |
| Højdepunkter i kompositionen | Cr ~24,5-26,5; Ved ~4,5-6,5; Mo ~1,7-2,5; Cu ~2,7-3,3; N ~0,15-0,25 | Cr ~16-18; Kl. 10-14; ma ~2-3 (CF8M) | Cr ~21-23; Ved ~4-6,5; ma ~3; N ~0,08-0,20 | Meget høj Ni og Cr; betydelig Mo (og anden legering) |
| Typisk PREN (screening) | ~ 30–35 (afhænger af Mo/N) | ~24-27 | ~ 35–40 | >40 (varierer med legering) |
| Repræsentativ mekanisk (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 variabel (ofte 500–900 MPa); Rp0,2 afhænger af karakter |
| Klorid SCC-resistens | God (bedre end CF8M; duplex fordel) | Moderat — modtagelig under varme/stressede forhold | Meget god (et af de bedste rustfrie valg til SCC) | Generelt Fremragende (udviklet til ekstrem kemi) |
Pitting / spredningsmodstand |
Høj (Mo + N + Cr; PREN ~30'erne) | Moderat | Meget høj | Fremragende |
| Erosion / Kavitationsmodstand | God (Cu + højere styrke forbedre ydeevnen) | Moderat | God (højere styrke hjælper) | Variabel — afhænger af karakter; ofte valgt til korrosion frem for erosion |
| Rollebesætning / produktformer | Fremragende som afstøbninger (skader, ruller, Ventillegemer) | Fremragende (støbte former er bredt tilgængelige) | Først og fremmest smed (plade, bar, rør); nogle støbte duplex findes, men mere komplekse | Bearbejdet og støbt; støbninger muligt, men dyrt |
| Svejsbarhed & HAZ adfærd | God — kræver kvalificerede procedurer og HAZ-kontrol | Fremragende (316 er tilgivende) | Svejsbar, men kræver streng kontrol for at bevare dupleksbalancen | Svejsbar med kvalificerede procedurer; fyldstofvalg kritisk |
| Typisk omkostningsbånd (materiale) | Mellem-høj (mindre end de fleste Ni-legeringer) | Sænke (økonomisk) | Mellem-høj (ligner CD4MCu eller højere for høje specifikationer) | Høj (premium legeringer) |
Typiske applikationer |
Skader, Pumpehus, ventilhuse til brak-/havvand, opslæmningspumper, Afsaltning, kølevand | Generel procesrør, Tanke, sanitetsudstyr, moderat kloridservice | Offshore, Afsaltning, højstyrke kloridtjenester, tryksystemer | Kemiske reaktorer, ekstrem syre/klorid service, meget høj korrosionsgrad |
| Hvornår skal man vælge | Har brug for komplekse støbte dele med høj styrke, god pitting/SCC og erosionsbestandighed til moderate omkostninger | Omkostningsdrevne projekter, hvor klorideksponeringen er lav-moderat og enkel fremstilling ønskes | Når den højeste kloridresistens og styrke kræves, og bearbejdet form er acceptabel | Når servicekemien eller -temperaturen overstiger rustfri/duplex-kapacitet og livscyklusomkostninger retfærdiggør præmie |
12. Konklusion
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A, når specificeret i støbt duplex-form) er en teknisk attraktiv mulighed for roterende og trykholdige støbte komponenter i kloridbærende, eroderende eller kaviterende tjenester.
Dens duplexstruktur, molybdæn- og nitrogenindhold giver robust pitting-modstand og SCC-tolerance, mens kobber og høj styrke øger modstanden mod erosion og mekanisk skade.
At realisere legeringens fordele, disciplineret støberi praksis, dokumenteret opløsningsudglødning, kvalificeret svejsning og passende NDE er afgørende.
Hvor servicekemi eller temperatur overstiger CD4MCu-kapaciteten, duplex smedekvaliteter eller nikkel-baserede legeringer bør vurderes.
FAQS
Hvad betyder "CD4MCu".?
Det betegner en duplex rustfri støbekvalitet med sammensætningsegenskaber (Cr, Mo, Cu og N) tunet til forbedret pitting, SCC og erosionsbestandighed. Det leveres almindeligvis som ASTM A890 Grade 1A i støbte duplex-specifikationer.
Hvad er forskellen mellem CD4MCu og 2205 Duplex rustfrit stål?
CD4MCu er en rollebesætning duplekslegering optimeret til kompleks komponentfremstilling, med kobbertilsætning for at øge reducerende syreresistens.
2205 er en smed duplex legering med højere nitrogenindhold (0.14–0,20 vægt%) til austenitstabilisering.
Mens begge har lignende PREN-værdier (~34), CD4MCu foretrækkes til støbninger, og 2205 bruges til smedeprodukter (plader, rør).
Er CD4MCu velegnet til havvand?
Ja — CD4MCu er meget brugt til havvand, brakvand og kølevandsapplikationer; imidlertid, specificere laboratoriescreening og korrosionsgodtgørelser for langvarig nedsænket eller sprøjtezoneservice.
Kan CD4MCu svejses i marken?
Ja - men svejsning kræver kvalificerede procedurer, matchende duplex fyldmetaller, kontrolleret varmetilførsel og eftersvejsning/passivering. For kritiske samlinger overveje prækvalifikation og svejsede kupontest.
Hvordan sammenligner CD4MCu med 316 støbegods?
CD4MCu tilbyder højere styrke og væsentligt bedre lokaliseret korrosions- og SCC-resistens end CF8M/316 støbegods - hvilket muliggør længere levetid i chloridbærende, eroderende miljøer.
