1. Einführung
In anspruchsvollen industriellen Umgebungen - von Offshore -Plattformen bis hin zu chemischen Verarbeitungsanlagen - müssen die Materials hohe Festigkeit kombinieren, Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, und zuverlässige Fabricbarkeit.
ASTM A890/A995 Stähle aus Guss-Duplex und Superduplex-Stähle erfüllen diese strengen Anforderungen.
Dieser Artikel untersucht ihre wichtigsten Unterschiede, chemische und mechanische Eigenschaften, und typische Anwendungen, Ausrüsten von Ingenieuren und Beschaffungsfachleuten mit den Erkenntnissen, die für eine optimale Legierungsauswahl erforderlich sind.
2. Übersicht über die Spezifikation der ASTM A890/A995
ASTM A890: Bezogen auf [Englische Einheiten] (ksi, ° F, In, usw.), Es gibt die chemische Zusammensetzung an, Mechanische Eigenschaften und Inspektionsanforderungen von Duplex- und Superduplex-Edelstahlguss.
ASTM A995: Es ist die Metrik (UND) Version von A890, das übersetzt fast alle Klauseln von A890 wörtlich, Aber die Stärke konvertiert, Temperatur, Größe, usw. in metrische Einheiten wie MPA, ° C, mm, usw.
ASTM A890/A995 deckt Gussteile aus austenitisch-ferritischen rostfreien Stählen ab. Es teilt sich in sechs „A“ -Anklassen auf, aus 1A (Duplex mit niedrigerem Alloy) Zu 6A (höchster Alloy-Superduplex).
- Umfang und Anwendbarkeit: Der Standard gilt für Komponenten wie Pumpengehäuse, Ventilkörper, und Rohranpassungen, die in korrosiven Medien arbeiten.
- Duplex vs. Super-Duplex-Klassifizierung:
-
- Duplex Stähle (Klasse 1A - 3A) Feature ~ 50/50 Ferrit-Austenit-Mikrostrukturen.
- Superduplex Stähle (Klasse 4a -6a) enthalten erhöhter Mo und N, um die Lochfraßresistenz zu verbessern.
- Casting vs. Parallelen hergestellt: Jede Klasse entspricht geschmückten Äquivalenten (Z.B., Klasse 3A → UNS J92205 Guss ↔ UNS S32205 Schmiede), Vereinfachung der Materialsubstitution.
3. Nomenklatur & SP -Bezeichnungen
ASTMs kryptische „NA“ -Namen spiegelt aufsteigende Legierungsinhalte und Leistung wider:
| Grad | Cast UNS | UNSUME UN | Gebräuchlicher Name |
|---|---|---|---|
| 1A | J93370 | S31500 | Duplex 2101 |
| 2A | J92220 | S31803 | Duplex 2202 |
| 3A | J92205 | S32205 | Duplex 2205 |
| 4A | J93380 | S32550 | Superduplex 2509 |
| 5A | J93404 | S32750 | Superduplex 2507 |
| 6A | J93380* | S32760 | Superduplex 2570 |
*6A teilt ein ähnliches UNS -UNS wie 4a, erfordert jedoch höhere MO/N -Werte.
Wenn Sie von 1a auf 6a wechseln, Elementare Ergänzungen - insbesondere MO und N - sind stetig zusammen, Steigerung der Korrosionsbeständigkeit und -festigkeit.
4. Chemischer Zusammensetzung Vergleich
Ein genauer Blick auf die Legierungselemente in ASTM A890/A995 -Klassen zeigt, wie sich inkrementelle Veränderungen im Chrom verändert, Nickel, Molybdän, und Stickstoffantriebsleistung.
Insbesondere, Noten 3A (Duplex 2205 gießen) Und 5A (Superduplex 2507 gießen) Präsentieren Sie die Verschiebung von Standard Duplex zur Super-Duplex-Chemie.
| Element | Rolle | Klasse 3A (J92205) | Klasse 5a (J93404) |
|---|---|---|---|
| Cr | Hauptkorrosionsbarriere | 24.0–26,0 Wt % | 24.0–26,0 Wt % |
| In | Austenit -Stabilisator; Zähigkeit | 4.5–6,5 Wt % | 6.0–8.0 Wt % |
| MO | Loch-/Spaltwiderstandsverstärker | 2.5–3.5 Gew % | 3.0–5.0 Gew % |
| N | Stärke und Lochfraßfestigkeit Booster | 0.10–0.20 Gew % | 0.24–0.32 Gew % |
| Mn | Desoxidisator; Kosten Reducer | ≤ 1.5 wt % | ≤ 1.5 wt % |
| Und | Desoxidation und Fluiditätshilfe | ≤ 1.0 wt % | ≤ 1.0 wt % |
| C | Kraft, aber Carbid -Risiko | ≤ 0.04 wt % | ≤ 0.03 wt % |
| P, S | Verunreinigungsgrenzen | P ≤ 0.04 wt %, S ≤ 0.03 wt % | P ≤ 0.04 wt %, S ≤ 0.03 wt % |
Notiz: Alle Zahlen in Gewicht Prozent.
Kostenauswirkungen von Legierungselementen
Endlich, während Molybdän und Stickstoff die Leistung deutlich stärken, Sie erhöhen auch Rohmaterialkosten:
- Molybdän verkauft für $25–35/kg gegen $5–8/kg für Nickel. A 1 wt % Zunahme des MO -Inhalts fügt ungefähr hinzu $0.25–0.35 pro Kilogramm Legierung.
- Stickstoff ist wirtschaftlicher in der Legierungsproduktion, erfordert jedoch Hochdruckladung, zunehmende Verarbeitungskomplexität.
5. Mechanische Eigenschaften
Übergang vom chemischen Make-up zur Leistung im Dienst, Mechanische Eigenschaften bestimmen, wie A890/A995 Gussquoten Lasten standhalten, Auswirkungen, und Verformung.
Insbesondere, Noten 3A (Duplex 2205) Und 5A (Superduplex 2507) liefern signifikante Festigkeitsverbesserungen gegenüber herkömmlichen austenitischen Edelstählen, Während der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Zähigkeit für dynamische Umgebungen.
| Eigentum | Klasse 3A (J92205) | Klasse 5a (J93404) | 300-Serie Austenitisch (z.B. 316L) |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | ≥ 655 MPA (95 ksi) | ≥ 795 MPA (115 ksi) | ~ 485 MPA (70 ksi) |
| Ertragsfestigkeit (0.2%) | ≥ 450 MPA (65 ksi) | ≥ 550 MPA (80 ksi) | ~ 170 MPA (25 ksi) |
| Verlängerung | ≥ 25 % | ≥ 15 % | ≥ 40 % |
| Härte (HRC) | ≤ 25 | ≤ 32 | ≤ 22 |
| Charpy Impact (–50 ° C.) | ≥ 40 J | ≥ 40 J | ≥ 20 J |
Festigkeit und Steifheit
Erste, Sowohl Duplex- als auch Superduplex-Klassen rühmen sich Zugfestigkeit mindestens 1.3–1,6 × höher als 316L.
Folglich, Designer nutzen dünnere Wände oder leichtere Baugruppen, ohne die Kapazität der Ladung zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus, Ertragsfestigkeit- Der Stress, bei dem die dauerhafte Deformation beginnt - ergibt sich von ~ 170 MPa in 316L nach 450 MPA in Klasse 3A, Und 550 MPA in der Klasse 5a, einen robusten Widerstand gegen Kriechen und Plastikfluss bieten.
Duktilität und Zähigkeit
Trotz ihrer hohen Stärke, Diese Duplexlegierungen behalten angemessen Verlängerung (≥ 15–25 %). Im Gegensatz, Viele hochfeste Stähle leiden unten Duktilität 10 %.
Außerdem, Charpy V-Notch-Tests bei –50 ° C. Bestätigungssenergien ≥ bestätigen ≥ 40 J, Dies weist darauf hin, dass beide Klassen spröde Fraktur selbst im Sub-Zero-Dienst widersetzen.
Härte und Verschleißfestigkeit
Nächste, A 25 HRC Kappe auf der Klasse 3A und 32 HRC In der Ausgleichshärte der Klasse 5A mit maßgünstiger und schweißbarkeit.
Im Vergleich, Voll gehärtete Werkzeugstähle laufen oben 55 HRC, aber keine Korrosionsbeständigkeit. In der Praxis, Diese Härte führen zu Verbesserte Abriebfestigkeit, Reduzierung der Verschleißraten um bis zu bis zu 50 % gegen 316L in schlammerosionstests.
6. Korrosionsbeständigkeit
Duplex- und Superduplex-Stähle übertreffen Austenitika in aggressiven Medien:
Allgemeine Korrosion:
In 3% Hcl at 50 ° C, Klasse 3A korrodiert bei < 0.05 mm/Jahr, im Vergleich zu ≈ 0.2 mm/Jahr für 316 Ss (ASTM G31).
Lochfraß & Spaltwiderstand:
-
- Klasse 3A (Holz ~ 32) widersteht in Chloridspiegel bis zu 1 M at 25 ° C.
- Klasse 5a (Holz >40) standhalten > 3 M Chlorid unter ähnlichen Bedingungen (ASTM G48).
Stresskorrosionsrisse:
Duplex -Mikrostrukturen - insbesondere in 5a - - - - - - - die hohe Resistenz gegen Chlorid -SCC - -, Safer Betrieb bis hin zu bis zu 150 ° C.
7. Vorteile von ASTM A890/A995 Guss Duplex- und Superduplex-Stähle
ASTM A890/A995 -Gussklassen liefern eine überzeugende Kombination von Eigenschaften, die sie von herkömmlichen Edelstählen unterscheiden.
Hochfestes Verhältnis
- Zugfestigkeit klettert zu 795 MPA in der Klasse 5a und 655 MPA in der Klasse 3A - angemessen 1.6× das von 316 L austenitisch rostfrei (≈ 485 MPA).
- Ertragsfestigkeit erreicht 550 MPA (5A) nur gegeneinander 170 MPA für 316 L, Ermöglichung von Designern, die Wandstärken durch bis zu bis hin zu reduzieren 30% Bei der Aufrechterhaltung der äquivalenten Belastungskapazität.
Aufgrund dieser Kraftschub, Guss -Duplexkomponenten wiegen weniger und halten höheren Innendrücken stand und übertrieben in leichtere Pumpen, Ventile, und Armaturen, die die Sicherheit nicht beeinträchtigen.
Überlegene Korrosion und Erosionsbeständigkeit
- Lochfraßfestigkeit Äquivalente Zahl (Holz) überschreitet 40 in der Klasse 5a und sitzt herum 32 in Klasse 3A, im Vergleich zu 20 für 316 L.
- In ASTM G48 Lochentests, Super-Duplex-Gussteile widerstehen den Chloridspiegeln oben 3 M bei 25 ° C Ohne Penetration, wohingegen 316 L scheitert bei 0.5 M.
Darüber hinaus, Duplex-Mikrostrukturen liefern eine verbesserte Erosionskorrosionsresistenz: Aufschlämmungsversuche Rekord 25–40% niedrigerer Massenverlust gegenüber 316 L, Die Herstellung von A890/A995 ideal zum Umgang mit Schleifprozessströmen.
Ausgezeichnete Stresskorrosionsrisswiderstand
- Duplexlegierungen haben einen ausgewogenen 50/50 Ferrit-Austenit-Mix, der die SCC-Initiierung und -ausbreitung behindert.
- Die Feldfahrung zeigt keine Vorfälle von Stresskorrosionsrissen in Offshore-Verteilerblöcken (Klasse 5a) über 10 Jahre des Dienstes in H₂s-reichen Umgebungen.
Diese Zuverlässigkeit unter Zuglast und korrosivem Angriff verringert die ungeplanten Herunterfahren und Wartungskosten drastisch.
Herstellung und Schweißbarkeit
- Gießen Sie A890/A995 Stähle akzeptieren Standard-Duplex-Füllstoffe (ER2209, ER2594), Erreichen ≥ 90% gemeinsame Effizienz.
- Nach der Nachscheibe-Lösung anhaut bei 1 050 ° C, Schweißzonen wiederherstellen den idealen Duplex -Gleichgewicht, Gewährleistung von einheitlichen Eigenschaften im gesamten Casting.
Ihre Gussform ermöglicht komplexe Geometrien - integrale Passagen, dünne Wände, und filetierte Ecken - das würde eine umfangreiche Bearbeitung oder Schweißen erfordern, wenn sie aus Schmiedeplatten hergestellt werden.
Lebenszykluskostenvorteile
- Obwohl Rohmaterialkosten laufen 20–30% höher als 316 L, erweiterte Serviceintervalle (oft 2–3 × länger) und reduzierte Ersatzfrequenz liefern 10–20% niedrigere Gesamtbesitzkosten über 20 Jahre.
- Fallstudien in Entsalzungsanlagen geben an 50% weniger ungeplante Ausfälle beim Upgrade von 316 L bis zur Pumpengehäuse der Klasse 3A.
Folglich, Die anfängliche Prämie für A890/A995 -Gussteile zahlt sich häufig durch minimierte Ausfallzeit und Wartung aus.
Breite Anwendung Vielseitigkeit
- Aus Ventilkörper chemischer Prozess Und Unterwasserverteiler Blöcke Zu Reverse-Osmose-Gefäße, Diese Gussstähle treten zuverlässig über den pH 0–14 auf, Temperaturen –50 ° C bis 300 ° C, und Druck bis zu 35 MPA.
- Ihre nachgewiesene Erfolgsbilanz in Öl & Gas, Marine, Stromerzeugung, Und industrielle Verarbeitung unterstreicht ihren Status als Anlaufstelle für die härtesten Servicebedingungen.
8. Anwendungen und typische Komponenten
Chemische Verarbeitung
- Ventilkörper und Haube
- Pumpenhülsen und Anspürer
- Hitze-Exchanger-Schalen und Rohrblätter
Öl & Gas (Untersee und Topside)
- Unterwasserverteilerblöcke und Weihnachtsbaumventilgehäuse
- Bohrlochkopfflansche und Adapter
- Kontroll-Ventil-Verkleidungen und Aktuatorgehäuse
Entsalzung & Meeressysteme
- Reverse-Osmose-Membrangehäuse
- Meerwasserpumpe -Anspker und Diffusorringe
- Kühlwasserscheiben und Deckrohrleitungen
Druckhaltige Geräte
- Hochdruckreaktorschalen und Köpfe
- Pipeline -Ellbogen, Tees, und Schweißhalsflansche
- Kryogene Tankliner und Düsenadapter
9. Abschluss
Zusammenfassend, ASTM A890/A995 Klassen 3A und 5A bieten eine überzeugende Kombination aus mechanischer Leistung und Korrosionsbeständigkeit.
Klasse 3A (Duplex 2205 gießen) Passend mäßig korrosive Umgebungen zu mäßigen Kosten,
während Klasse 5a (Superduplex 2507 gießen) Kondens den härtesten Chlorid- und Hochtemperaturbedingungen-wenn auch bei einer Prämie.
Empfehlungen:
- Wählen Sie Grade 3A Wenn Chloridspiegel unten bleiben 1 M und Temperatur < 100 ° C; Nutzen Sie die Kosteneffizienz für Pump- und Ventilkörper.
- Wählen Sie Klasse 5A Für Unterwasser- oder Entsalzungsdienst, wo Pren > 40 ist kritisch; Sein überlegener SCC -Widerstand sorgt für lange Serviceintervalle.
- Folgen Sie strengen Schweißkontrollen und Wärmebehandlungen nach dem Schweigen zur Erhaltung von Duplex-Mikrostrukturen in Gusskomponenten.
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