1. Introducción
En los entornos industriales exigentes, que van desde plataformas en alta mar hasta plantas de procesamiento químico, los materiales deben combinar alta fuerza, Excelente resistencia a la corrosión, y fabricabilidad confiable.
ASTM A890/A995 Grados de dúplex fundido y aceros inoxidables súper dúplex cumplen estos estrictos requisitos.
Este artículo examina sus distinciones clave, Propiedades químicas y mecánicas, y aplicaciones típicas, Equipar ingenieros y profesionales de adquisiciones con las ideas necesarias para una selección de aleación óptima.
2. Descripción general de la especificación ASTM A890/A995
ASTM A890: Residencia en [Unidades inglesas] (KSI, ° F, en, etc.), Especifica la composición química, Propiedades mecánicas y requisitos de inspección de piezas de acero inoxidable dúplex y súper dúplex.
ASTM A995: Es la métrica (Y) Versión de A890, que traduce casi todas las cláusulas de A890 LEYOR, Pero convierte la fuerza, temperatura, tamaño, etc.. en unidades métricas como MPA, ° C, mm, etc..
ASTM A890/A995 Cubre pijamas hechas de aceros inoxidables austeníticos-ferríticos. Se divide en seis grados "A", de 1A (dúplex de baja aleación) a 6A (super-dúplex de mayor aleación).
- Alcance y aplicabilidad: El estándar se aplica a componentes como carcasas de bombas, cuerpos de válvula, y accesorios de tuberías que funcionan en medios corrosivos.
- Dúplex vs. Clasificación súper dúplex:
-
- Dúplex aceros (Grados 1A - 3A) Característica ~ 50/50 microestructuras de ferrita-austenita.
- Super-dúplex aceros (Grados 4a -6a) contienen MO y N elevados para mejorar la resistencia a las picaduras.
- Casting VS. Paralelos forjados: Cada grado corresponde a equivalentes forjados (P.EJ., Grado 3A → UNS J92205 Cast ↔ UNS S32205 Holgada), Simplificando la sustitución del material.
3. Nomenclatura de grado & Designaciones de uns
El nombre críptico de "NA" de ASTM refleja contenido de aleación ascendente y rendimiento:
| Calificación | Arrojarnos | UNS forjado | Nombre común |
|---|---|---|---|
| 1A | J93370 | S31500 | Dúplex 2101 |
| 2A | J92220 | S31803 | Dúplex 2202 |
| 3A | J92205 | S32205 | Dúplex 2205 |
| 4A | J93380 | S32550 | Super-dúplex 2509 |
| 5A | J93404 | S32750 | Super-dúplex 2507 |
| 6A | J93380* | S32760 | Super-dúplex 2570 |
*6A comparte una ANS similar a 4A pero requiere niveles más altos de MO/N.
A medida que te mueves de 1a a 6a, adiciones elementales, especialmente Mo y N, subida constantemente, Aumento de la resistencia y resistencia de la corrosión.
4. Comparación de composición química
Una mirada cercana a los elementos de aleación en los grados ASTM A890/A995 revela cómo los cambios incrementales en el cromo, níquel, molibdeno, y rendimiento de la unidad de nitrógeno.
En particular, calificaciones 3A (Dúplex 2205 elenco) y 5A (Super-dúplex 2507 elenco) Muestre el cambio de dúplex estándar a química super-dúplex.
| Elemento | Role | Grado 3A (J92205) | Grado 5A (J93404) |
|---|---|---|---|
| CR | Barrera de corrosión primaria | 24.0–26.0 wt % | 24.0–26.0 wt % |
| En | Estabilizador de austenita; tenacidad | 4.5–6.5 wt % | 6.0–8.0 wt % |
| Mes | Entancer de resistencia a las picaduras/grietas | 2.5–3.5 wt % | 3.0–5.0 wt % |
| norte | Resistencia y refuerzo de resistencia a las picaduras | 0.10–0.20 wt % | 0.24–0.32 WT % |
| Minnesota | Desoxidizador; reductor de costos | ≤ 1.5 WT % | ≤ 1.5 WT % |
| Y | Ayuda de desoxidación y fluidez | ≤ 1.0 WT % | ≤ 1.0 WT % |
| do | Fuerza pero riesgo de carburo | ≤ 0.04 WT % | ≤ 0.03 WT % |
| PAG, S | Límites de impureza | P ≤ 0.04 WT %, S ≤ 0.03 WT % | P ≤ 0.04 WT %, S ≤ 0.03 WT % |
Nota: Todas las cifras en peso porcentaje.
Impacto en el costo de los elementos de aleación
Finalmente, mientras que el molibdeno y el nitrógeno aumentan notablemente el rendimiento, También elevan los costos de materia prima:
- Molibdeno vende por $25–35/kg versus $5–8/kg para níquel. A 1 WT % El aumento en el contenido de MO agrega aproximadamente $0.25–0.35 por kilogramo de aleación.
- Nitrógeno es más económico en producción de aleaciones, pero requiere carga de alta presión, Aumento de la complejidad del procesamiento.
5. Propiedades mecánicas
Transición de la composición química al rendimiento en servicio, Las propiedades mecánicas determinan cómo las calificaciones de fundición A890/A995 soportan las cargas, impacto, y deformación.
En particular, Calificaciones 3A (Dúplex 2205) y 5A (Super-dúplex 2507) entregar mejoras de fuerza significativas sobre los aceros inoxidables austeníticos convencionales, mientras mantiene suficiente dureza para entornos dinámicos.
| Propiedad | Grado 3A (J92205) | Grado 5A (J93404) | 300-Serie austenítica (p.ej. 316L) |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | ≥ 655 MPA (95 KSI) | ≥ 795 MPA (115 KSI) | ~ 485 MPA (70 KSI) |
| Fuerza de rendimiento (0.2%) | ≥ 450 MPA (65 KSI) | ≥ 550 MPA (80 KSI) | ~ 170 MPA (25 KSI) |
| Alargamiento | ≥ 25 % | ≥ 15 % | ≥ 40 % |
| Dureza (HRC) | ≤ 25 | ≤ 32 | ≤ 22 |
| Impacto charpy (–50 ° C) | ≥ 40 J | ≥ 40 J | ≥ 20 J |
Fuerza y rigidez
Primero, Tanto los grados dúplex como los super-dúplex fortalezas de tracción al menos 1.3–1.6 × superior a 316L.
Como consecuencia, Los diseñadores explotan paredes más delgadas o ensamblajes más ligeros sin sacrificar la capacidad de carga.
Además, fuerza de rendimiento—El estrés en el que comienza la deformación permanente de ~ 170 MPa en 316L a 450 MPA En el grado 3A, y 550 MPA En el grado 5A, ofreciendo una resistencia robusta al flujo de fluencia y plástico.
Ductilidad y dureza
A pesar de su alta fuerza, Estas aleaciones dúplex conservan adecuadas alargamiento (≥ 15–25 %). En contraste, Muchos aceros de alta resistencia sufren ductilidad a continuación 10 %.
Además, Pruebas Charpy V-Notch en –50 ° C confirmar las energías de impacto ≥ 40 J, lo que indica que ambos grados resisten la fractura quebradiza incluso en el servicio sub-cero.
Dureza y resistencia al desgaste
Próximo, a 25 HRC límite en el grado 3A y 32 HRC En el grado 5A, la dureza del equilibrio con maquinabilidad y soldadura.
En comparación, Aceros de herramientas completamente endurecidos se ejecutan arriba 55 HRC pero carece de resistencia a la corrosión. En la práctica, Estos niveles de dureza se traducen en Resistencia mejorada a la abrasión, reducir las tasas de desgaste hasta 50 % versus 316L en pruebas de erosión de lodo.
6. Resistencia a la corrosión
Los aceros dúplex y súper dúplex superan a Austenitics en medios agresivos:
Corrosión general:
En 3% HCL en 50 ° C, El grado 3A se corroe en < 0.05 mm/año, en comparación con ≈ 0.2 mm/año para 316 Ss (ASTM G31).
Boquiabierto & Resistencia a la grieta:
-
- Grado 3A (Madera ~ 32) resiste las picaduras en los niveles de cloruro hasta 1 M en 25 ° C.
- Grado 5A (Madera >40) soportes > 3 M cloruro en condiciones similares (ASTM G48).
Agrietamiento de estrés por corrosión:
Las microestructuras dúplex, especialmente en 5A, ofrecen alta resistencia al cloruro SCC, permitiendo una operación segura hasta 150 ° C.
7. Ventajas de ASTM A890/A995 Cast Duplex y Super-Duplex Steels
Los grados de fundición ASTM A890/A995 ofrecen una combinación convincente de propiedades que los distinguen de los aceros inoxidables convencionales.
Alta relación resistencia a peso
- Resistencia a la tracción sube a 795 MPA en el grado 5A y 655 MPA En el grado 3A, a la máxima 1.6× el de 316 L austenítico acero inoxidable (≈ 485 MPA).
- Fuerza de rendimiento alcance 550 MPA (5A) Versus solo 170 MPA para 316 L, permitiendo a los diseñadores reducir los espesores de la pared hasta 30% mientras mantiene la capacidad de carga equivalente.
Por virtud de este impulso de fuerza, Los componentes dúplex fundidos pesan menos pero soportan presiones internas más altas: transinar en bombas más ligeras, válvulas, y accesorios que no comprometen la seguridad.
Corrosión superior y resistencia a la erosión
- Número equivalente de resistencia a las picaduras (Madera) excede 40 en el grado 5a y se sienta 32 En el grado 3A, en comparación con 20 para 316 L.
- En ASTM G48 pruebas de picadura, Las fundiciones súper duplex resisten los niveles de cloruro de arriba 3 METRO en 25 ° C sin penetración, mientras 316 L falla en 0.5 METRO.
Además, Las microestructuras dúplex ofrecen una resistencia a la corrosión de erosión mejorada: Registro de pruebas de erosión de lodo 25–40% Pérdida de masa más baja versus 316 L, Hacer A890/A995 ideal para manejar corrientes de proceso abrasivas.
Excelente resistencia al agrietamiento de estrés-corrrosión
- Las aleaciones dúplex mantienen un equilibrado 50/50 Mezcla de ferrita-austenita que impide la iniciación y propagación de SCC.
- La experiencia de campo muestra cero incidentes de agrietamiento de corrosión de estrés en bloques múltiples en alta mar (Grado 5A) encima 10 años de servicio en entornos ricos en H₂s.
Esta confiabilidad bajo carga de tracción y ataque corrosivo reduce drásticamente los apagados no planificados y los costos de mantenimiento.
Fabricación y soldabilidad
- Cast A890/A995 aceros Acepta rellenos de grado dúplex estándar (ER2209, ER2594), logro ≥ 90% eficiencia articular.
- Después del recocido de solución posterior a la soldado en 1 050 ° C, Las zonas de soldadura recuperan el equilibrio dúplex ideal, Asegurar propiedades uniformes a través de la fundición.
Su forma de fundición permite geometrías complejas: pasajes integrales, paredes delgadas, y esquinas fileteadas, eso requeriría un mecanizado o soldadura extenso si se hace de placa forjada.
Beneficios de costo del ciclo de vida
- Aunque se ejecutan los costos de materia prima 20–30% más alto que 316 L, intervalos de servicio extendidos (a menudo 2–3 × más extenso) y entrega de frecuencia de reemplazo reducida 10–20% menor costo total de propiedad sobre 20 años.
- Los estudios de caso en plantas de desalinización indican 50% menos interrupciones no planificadas al actualizar desde 316 L a las carcasas de la bomba de grado 3A.
Como consecuencia, La prima inicial para las piezas de fundición A890/A995 a menudo se paga a sí misma a través del tiempo de inactividad y el mantenimiento minimizados.
Amplia versatilidad de la aplicación
- De cuerpos de válvula de proceso químico y Bloques múltiples submarinos a vasos de ósmosis inversa, Estos aceros de fundición funcionan de manera confiable a través de PH 0-14, temperaturas –50 ° C para 300 ° C, y presiones hasta 35 MPA.
- Su historial probado en aceite & gas, marina, generación de energía, y procesamiento industrial subraya su estado como aleaciones de referencia para las condiciones de servicio más duras.
8. Aplicaciones y componentes típicos
Procesamiento químico
- Cuerpos de válvula y bonnets
- Tripas e impulsores de la bomba
- Cáscaras de intercambiador de calor y hojas de tubo
Aceite & Gas (Submarino y en la parte superior)
- Bloques múltiples submarinos y carcasas de válvulas de árbol de Navidad
- Bridas y adaptadores
- Adornos de válvula de control y recintos de actuador
Desalinización & Sistemas marinos
- Carcasas de membrana de ósmosis inversa
- Impulsores de la bomba de agua de mar y anillos de difusor
- Encabezados de agua de enfriamiento y tuberías de cubierta
Equipo que contiene presión
- Conchas y cabezas de reactores de alta presión
- Codos de tubería, camisetas, y bridas de cuello de soldadura
- Finers de tanque criogénicos y adaptadores de boquilla
9. Conclusión
En resumen, ASTM A890/A995 Grados 3A y 5A Ofrecer una combinación convincente de rendimiento mecánico y resistencia a la corrosión.
Grado 3A (Dúplex 2205 elenco) Se adaptan a entornos moderadamente corrosivos a un costo moderado,
mientras Grado 5A (Super-dúplex 2507 elenco) resistir el cloruro más duro y las condiciones de alta temperatura, aunque con una prima.
Recomendaciones:
- Seleccionar grado 3A Cuando los niveles de cloruro permanecen por debajo 1 My temperatura < 100 ° C; Aprovechar su rentabilidad para los cuerpos de la bomba y la válvula.
- Elija Grado 5A para el servicio submarino o de desalinización donde pren > 40 es crítico; Su resistencia SCC superior garantiza largos intervalos de servicio.
- Siga los estrictos controles de soldadura y tratamientos térmicos posteriores a la soldado para preservar las microestructuras dúplex en componentes fundidos.
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