ASTM A744 CN7M Edelstahl | Legierung 20 Castings

ASTM A744 CN7M ist ein Guss, hoher Nickelgehalt, Molybdän- und kupferhaltige austenitische Edelstahllegierung, die für aggressive chemische Anwendungen entwickelt wurde – insbesondere Schwefelsäure und andere reduzierende Säuren, chloridhaltige Prozessströme und gemischte Säureaufgaben.

Seine Kombination aus hohem Ni, Cr, Mo und Cu sorgen für eine hervorragende Beständigkeit gegen lokale Korrosion, gute Duktilität und zuverlässige Gießbarkeit für komplexe Geometrien (Körper pumpen, Ventile, Armaturen).

Dieser erweiterte Leitfaden bietet detaillierte Informationen zur Metallurgie, Design- und Fertigungsanleitung, Checklisten für Inspektion und Beschaffung, Fehlermodusanalyse, und Auswahlentscheidungsregeln, damit Ingenieure und Beschaffungsfachleute spezifizieren können, Kaufen und verwenden Sie CN7M-Gussteile mit Zuversicht.

1. Was ist ASTM A744 CN7M Edelstahl

CN7M ist ein Hochnickel, Chrom-Molybdän, Kupferhaltiger austenitischer Guss Edelstahl gehört zur Alloy-20-Familie.

Es wurde speziell für raue chemische Umgebungen entwickelt, insbesondere solche mit Schwefelsäure, gemischte Säuren, und andere reduzierende Medien, bei denen herkömmliche Edelstähle der 300er-Serie schnelle Korrosion zeigen.

Als Gusslegierung gemäß ASTM A744, CN7M wird häufig für druckführende und korrosionskritische Bauteile wie Pumpengehäuse verwendet, Ventilkörper, Anspker, Armaturen, und Reaktorhardware.

Sein hoher Nickelgehalt sorgt für eine vollständige Austenitik, nichtmagnetische Struktur mit ausgezeichneter Zähigkeit, während Chrom die passive Filmstabilität fördert.

Molybdän verbessert die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen, und Kupfer verbessert die Leistung in Schwefelsäure und anderen reduzierenden Säuren erheblich.

CN7M überbrückt effektiv die Leistungslücke zwischen standardmäßigen austenitischen Edelstählen (Z.B., CF8M / 316 Castings) und teurere Nickelbasislegierungen.

Dieses Gleichgewicht der Korrosionsbeständigkeit, Gussbarkeit, mechanische Integrität, und die Kosteneffizienz machen es zu einem bevorzugten Material in der chemischen Verarbeitung, petrochemisch, Dünger, pharmazeutisch, und Zellstoff- und Papierindustrie.

Standardbezeichnungen & globale Äquivalente

2. Typische chemische Zusammensetzung und metallurgische Rolle

Die folgenden Werte sind repräsentative technische Bereiche für CN7M-Gussteile, die im lösungsgeglühten Zustand geliefert werden.

3. Mikrostruktur und metallurgisches Verhalten – im Detail

• Austenitische Matrix: Der hohe Ni-Gehalt gewährleistet eine vollständig austenitische γ-Matrix bei Raumtemperatur mit ausgezeichneter Zähigkeit und Duktilität. Diese Mikrostruktur ist die Grundlage für die mechanischen und Korrosionseigenschaften von CN7M.
• Karbide und Ausscheidungen: Kohlenstoff wird bewusst begrenzt; Jedoch, unsachgemäßer Guss, Langsames Abkühlen oder thermische Einwirkungen nach dem Gießen können zur Ausfällung von Chromkarbiden an den Korngrenzen führen, Chrom wird lokal abgereichert und die Korrosionsbeständigkeit verringert.
  Durch ein Lösungsglühen werden solche Karbide aufgelöst.
• Intermetallische Phasen (Sigma, Chi): Lange Verweilzeiten im Bereich von 600–900 °C können Sigma auslösen (A) und zugehörige Phasen in hochlegierten Austeniten.
  Diese Phasen verspröden und verringern die Korrosionsbeständigkeit. Vermeiden Sie einen längeren Betrieb in diesem Temperaturbereich oder führen Sie Qualifikationstests durch, wenn eine Exposition unvermeidlich ist.
• Rolle von Kupfer und Molybdän: Cu erhöht die Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure und anderen reduzierenden Säuren, indem es die Oberflächenchemie unter reduzierenden Bedingungen stabilisiert; Mo erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen lokale Angriffe in chloridhaltigen Medien.
  Durch den synergistischen Effekt entsteht eine Legierung, die einem breiteren Spektrum chemischer Substanzen standhält als reines 316L.
• Gegossene mikrostrukturelle Heterogenität: Gusskomponenten können im mikroskopischen Maßstab dendritische Segregation und Mikrosegregation aufweisen.
  Gute Gießereipraxis – angemessene Schmelzebehandlung, Filtration, Homogenisierung und ordnungsgemäße Wärmebehandlung sind erforderlich, um Heterogenitäten zu minimieren, die Korrosion oder mechanische Integrität beeinträchtigen.

4. Mechanische Eigenschaften – ASTM A744 CN7M (gießen, Lösungsnahrung)

Die folgenden Werte sind repräsentative Engineering-Sortimente für CN7M-Gussteile, die lösungsgeglüht und abgeschreckt geliefert werden.

Die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken variieren je nach Abschnittsdicke, Gießereipraxis, Wärmebehandlung und Nachbearbeitung.

5. Korrosionsverhalten von CN7M-Edelstahl

Stärken

• Schwefelsäure und reduzierende Säuren: Überlegene Leistung im Vergleich zu Edelstahl der 300er-Serie aufgrund von Cu und Ni – CN7M wird üblicherweise dort gewählt, wo Schwefelsäurekontakt routinemäßig ist.
• Gemischte Säure- und Prozesschemie: Gute Gesamtbeständigkeit gegen Salpetersäure, Phosphorsäure und verschiedene organische Stoffe mit entsprechenden Konzentrations-/Temperaturgrenzen.
• Verbesserter Lochfraßbeständigkeit: Mo bietet im Vergleich zu Austeniten mit niedrigem Mo-Gehalt eine erhöhte Lochfraßbeständigkeit; nützlich, wenn Chloride in moderaten Mengen vorhanden sind.

Einschränkungen & Anwendungsgrenzen

• Starkes Eintauchen in Chlorid / Spritzzonen: CN7M ist besser als 304 Aber in aggressiven Meerwasser-Eintauch- oder Spritzzonen können Duplex-Edelstähle oder Kupfer-Nickel-Legierungen CN7M im Langzeiteinsatz übertreffen.
• SCC -Risiko: Bei hoher Zugbeanspruchung + Chlorid + Kombinationen mit erhöhter Temperatur, Spannungsrisskorrosion ist weiterhin möglich; Für SCC-kritische Aufgaben können Duplex- oder Superaustenite bevorzugt werden.
• Versprödung bei hohen Temperaturen: Vermeiden Sie einen Dauerbetrieb im Temperaturbereich von 600–900 °C, da die Gefahr der Sigma-Phasenbildung besteht.

6. Gusseigenschaften von CN7M-Edelstahl

Casting -Prozesse

CN7M wird hauptsächlich im Sandguss und Feinguss hergestellt, mit maßgeschneiderten Prozessparametern zur Vermeidung von Entmischungen und Defekten:

• Sandguss: Wird für große Bauteile verwendet (Ventilkörper, Gehäuse pumpen) mit Wandstärke ≥5 mm.
  Harzbeschichteter Sand (Phenolharz) wird aus Gründen der Maßhaltigkeit bevorzugt (Toleranz ±0,2–0,5 mm) und Oberfläche (RA 3.2-6,3 μm).
• Investitionskaste: Für Präzisionsbauteile (kleine Ventile, Armaturen) mit dünnen Wänden (≥2 mm), Erzielung einer Oberflächengüte von Ra 1,6–3,2 μm und einer Toleranz von ±0,1–0,3 mm.

Gießereikontrollen

• Schmelzen & Ladekontrolle: Verwenden Sie nach Möglichkeit Vakuuminduktionsschmelzen oder kontrollierte Luft-/Argon-Praxis, um gelöste Gase und Einschlüsse zu minimieren. Eine strenge Kontrolle der Legierungszusätze und Desoxidation ist unerlässlich.
• Filtration und Gating: Keramikfiltration und gut gestaltete Anschnitte minimieren Einschlüsse und Porosität; Kleine Gaseinschlüsse in Pumpenlaufrädern oder Ventilsitzen sind eine häufige Ursache für Ausfälle.
• Gießtemperatur und Erstarrung: Kontrollieren Sie die Gießtemperatur, um Lunker zu minimieren und die gerichtete Erstarrung in Richtung der Steigleitungen zu fördern. Sorgen Sie für eine ausreichende Steigung bei schweren Abschnitten.
• Wärmebehandlung: Geben Sie ein Lösungsglühen bei der von der Gießerei empfohlenen Temperatur an (typische austenitische Gussteile erwärmen sich auf ≈1100–1120 °C, halten und löschen) um ausgeschiedene Karbide aufzulösen und die Mikrostruktur wiederherzustellen.
  Bereitstellung einer Abschreckmethode (Wasser/Luft/Öl) gemäß den Empfehlungen der Gießerei zur Kontrolle von Verformungen.

Heißes isostatisches Pressen (HÜFTE) und andere Verdichtungsmöglichkeiten

• HÜFTE Verwendung: für die kritischsten Druckteile, die anfällig für Schrumpfporosität oder Einschlüsse unter der Oberfläche sind, HIP kann innere Porosität schließen und die Ermüdungslebensdauer und Korrosionsintegrität verbessern.
  HIP erhöht die Kosten, ist jedoch eine wertvolle Option für stark beanspruchte oder sicherheitskritische Komponenten.
• Einschränkungen: HIP erfordert, dass die Teilegeometrie und Toleranzen dem Prozess entsprechen; Eine anschließende Wärmebehandlung und Bearbeitung kann erforderlich sein.

Bearbeitungszugabe und Maßkontrolle

• Bearbeitung Zuschuss: Geben Sie abhängig von der Gussoberfläche und den kritischen Merkmalen ein realistisches Bearbeitungsmaterial an: typische Schruppzugabe = 2–6 mm (0.08–0,25 Zoll) für allgemeine Oberflächen;
  kritische Dichtflächen / bearbeitete Flansche = 0,5–2 mm nach dem Fertigschleifen, wie mit der Gießerei vereinbart. Für Präzisionsfeingussteile können geringere Toleranzen festgelegt werden.
• Dimensionstoleranzen: Gussteile haben größere Toleranzen als Schmiede-/Knetteile; Geben Sie die zu bearbeitenden kritischen Abmessungen an und stellen Sie genaue Positionskontrollen für Merkmale bereit, die ausgerichtet werden müssen. Nutzen Sie die Erststückprüfung und legen Sie FAI-Kriterien fest.

Oberflächenbearbeitung, Reinigung und Passivierung

• Oberflächenreinigung: Sand entfernen, Schlacke, Zunder und Verunreinigungen durch Kugelstrahlen, Beizen oder mechanische Reinigung vor der Inspektion und Bearbeitung.
• Entkalken & Pickling: für korrosionsempfindliche Anwendungen, Durch Beizen werden Verfärbungen und Anlauffarben entfernt; Anschließend erfolgt die Neutralisierung und Passivierung.
• Passivierung: Wenden Sie gemäß der Spezifikation Zitronen- oder Salpetersäure-Passivierungsverfahren an, um den passiven Chromoxidfilm wiederherzustellen, insbesondere auf geschweißten oder gebeizten Oberflächen.
  Elektropolieren kann bei Sanitäranwendungen eingesetzt werden, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern und Spaltenstellen zu reduzieren.

7. Schweißen, Verbindungs- und Reparaturanleitung

• Schweißbarkeit: CN7M ist mit passenden oder empfohlenen Zusatzwerkstoffen für einen hohen Ni-Gehalt schweißbar, Cu- und Mo-Legierungen. Befolgen Sie die qualifizierte WPS/WPQ für jede Verbindungsgeometrie und Grundmetalldicke.
• Auswahl des Zusatzwerkstoffes: Verwenden Sie Fülllegierungen mit vergleichbarer Korrosionsleistung – achten Sie auf ein ausgewogenes Ni/Cr/Mo/Cu-Verhältnis, um galvanische oder metallurgische Unstimmigkeiten zu vermeiden.
  Verwenden Sie kein Generikum 316 Füllstoff, wenn die Prozesschemie eine Korrosionsbeständigkeit der Legierungsklasse 20 erfordert.
• Steuerung der Wärmezufuhr: Minimieren Sie übermäßige Zwischenlagentemperaturen und Wärmeeinträge, um das Kornwachstum zu reduzieren und die lokale Ausfällung schädlicher Phasen in wärmebeeinflussten Zonen zu vermeiden (Gefahr).
• Wärmebehandlung nach dem Schweigen (PWHT): Wenn sich die Schweißnaht in einem kritischen druckbelasteten Bereich befindet oder einer starken Korrosion ausgesetzt ist, Erwägen Sie, wenn möglich, ein Lösungsglühen der Schweißbaugruppe – stimmen Sie sich mit der Konstruktion ab, um Verformungen zu vermeiden.
  Alternativ, Verwenden Sie CN7M/Alloy-20-kompatibles Füllmetall und begrenzen Sie die Hitze, damit die HAZ ohne PWHT eine akzeptable Korrosionsbeständigkeit behält.
• Schweißnahtprüfung: Farbeindringmittel verwenden, MT/PT für Oberflächendefekte und Radiographie/UT für volumetrische Sicherheit, sofern erforderlich.

8. Industrielle Anwendungen von ASTM A744 CN7M Edelstahl

CN7Ms einzigartige Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Gussbarkeit, und seine Kosteneffizienz machen es unverzichtbar in Branchen, die zuverlässige Leistung in rauen korrosiven Umgebungen erfordern:

Chemikalie & Petrochemische Industrie

Kernanwendungen: Lagertanks für Schwefelsäure, Chemische Reaktoren, Wärmetauscher, und Rohrleitungen für den Umgang mit Säuren (H₂so₄, H₃po₄), organische Lösungsmittel, und Sauergas (H₂s).

Schlüsselvorteil: Entspricht NACE MR0175 für sauren Service, mit einer drei- bis fünfmal längeren Lebensdauer als 316L in sauren Umgebungen.

Pumpe & Ventilherstellung

Kernanwendungen: Ventilkörper, trimmen, Pumpenpumpen, und Gehäuse für chemische Prozesspumpen und Regelventile.

Schlüsselvorteil: Die Gießbarkeit ermöglicht komplexe Strömungsgeometrien; Korrosionsbeständigkeit minimiert Verschleiß und Leckagen in aggressiven Medien.

Essen & Pharmazeutische Industrie

Kernanwendungen: Verarbeitungsgeräte für säurehaltige Lebensmittel (Zitrusfrüchte, Essig), Pharmazeutische Reaktoren, und Reinraumkomponenten.

Schlüsselvorteil: Ungiftig, leicht zu reinigen, und beständig gegen Lebensmittelsäuren und Desinfektionsmittel – entspricht der FDA 21 CFR -Teil 177 und ISO 10993.

Wasserbehandlung & Entsalzung

Kernanwendungen: Umkehrosmosemembranen, Ausrüstung für den Umgang mit Sole, und Abwasseraufbereitungstanks.

Schlüsselvorteil: Beständigkeit gegen chloridinduzierte Lochfraß- und Spaltkorrosion in Umgebungen mit hohem Salzgehalt.

Andere Anwendungen

• Stromerzeugung: Rauchgasentschwefelung (FGD) Systeme, wo die Beständigkeit gegen Schwefeldioxid und saure Kondensate von entscheidender Bedeutung ist.
• Marineindustrie: Offshore -Plattformkomponenten (Ventile, Armaturen) Meerwasser und saurem Rohöl ausgesetzt.
• Kunststoffe & Gummiherstellung: Reaktoren für die Polymersynthese, beständig gegen Monomere und Katalysatoren.

9. Vorteile & Einschränkungen

Kernvorteile von Edelstahl ASTM A744 CN7M

• Überlegene Schwefelsäurebeständigkeit: Übertrifft herkömmliche Edelstähle, Reduzierung der Wartungs- und Austauschkosten im Säurebereich.
• Ausgewogener Korrosionsschutz: Beständig gegen oxidierende/reduzierende Säuren, Chloride, und SCC – vielseitig für gemischt korrosive Umgebungen.
• Ausgezeichnete Gussbarkeit: Geeignet für komplex geformte Bauteile (Ventile, Pumps) die durch Schmiedeprozesse schwer herzustellen sind.
• Kosteneffizienz: 30–40 % günstiger als Nickelbasislegierungen (Z.B., Hastelloy C276) und bietet gleichzeitig eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit in gemäßigten Umgebungen.
• Nb-Stabilisierung: Eliminiert das IGC-Risiko beim Schweißen/Wärmebehandlung, Reduzierung der Nachbearbeitungskosten.

Wichtige Einschränkungen von ASTM A744 CN7M Edelstahl

• Höhere Kosten als 316L: 2–3-mal teurer aufgrund des hohen Ni/Mo/Cu-Gehalts, Einschränkung der Verwendung in unkritischen Anwendungen.
• Mäßige Stärke: Zugfestigkeit (425–480 MPa) ist niedriger als bei Duplex-Edelstählen (Z.B., 2205: 600–800 MPa), erfordern dickere Abschnitte für strukturelle Belastungen.
• Härtung arbeiten: Neigt bei der Bearbeitung zur Kaltverfestigung, erfordern spezielle Werkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten.
• Begrenzte Hochtemperaturbeständigkeit: Nicht für Dauerbetrieb über 800°C geeignet (Oxidation und NbC-Vergröberung); Verwenden Sie Hastelloy C276 für ultrahohe Temperaturen.
• Restempfindlichkeit der Elemente: Trace Sn, Pb, oder As kann zu Rissen führen, erfordern eine strenge Rohstoffkontrolle.

10. Vergleichende Analyse: CN7M vs. Ähnliche Legierungen

11. Abschluss

ASTM A744 CN7M Edelstahl gilt als erstklassige superaustenitische Gusslegierung, Einzigartig optimiert für raue korrosive Umgebungen – insbesondere für den Einsatz in Schwefelsäure.

Seine ausgewogene Zusammensetzung mit hohem Nickelgehalt, Chrom, Molybdän, und Kupfer, kombiniert mit Niob-Stabilisierung, bietet außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit, Gussbarkeit, und mechanische Integrität, Damit wird die Leistungs-Kosten-Lücke zwischen herkömmlichen Edelstählen und teuren Nickelbasislegierungen geschlossen.

Während CN7M mit Einschränkungen in der Stärke konfrontiert ist, kosten, und Hochtemperaturbetrieb, Laufende Innovationen in der Mikrolegierung, Additive Fertigung, und Grünguss erweitern seine Anwendungsgrenzen.

Für Ingenieure und Materialselektoren, CN7M bleibt die optimale Wahl für Gussteile in der chemischen Verarbeitung, Herstellung von Pumpen/Ventilen, und säurezentrierte Industrien, wo Zuverlässigkeit und Korrosionsbeständigkeit nicht verhandelbar sind.

FAQs

Kann CN7M-Edelstahl ohne Nachwärmebehandlung geschweißt werden??

Schweißen ist möglich, Aber Lösungsglühen wird empfohlen für kritische Korrosionsanwendungen zur Wiederherstellung der Passivschicht.

Ist CN7M-Edelstahl für chloridreiche Umgebungen geeignet??

Mäßige Leistung; für hohe Chlorid-SCC-Beständigkeit, Duplex 2205 oder Nickelbasislegierungen kann bevorzugt werden.

Kann CN7M 316L-Edelstahl im Schwefelsäurebetrieb ersetzen??

Ja, CN7M übertrifft 316L unter schwefelhaltigen und reduzierenden Säurebedingungen, insbesondere bei Gussbauteilen.

Was sind typische Gussgrößen und -formen für CN7M-Edelstahl??

Pumps, Ventile, Anspker, und Beschläge mit komplexe Geometrien, dünne Wände, und interne Passagen sind häufig.