Dans le paysage des alliages de distribution résistants à la corrosion, ASTM A217 CA15 occupe une position unique en tant qu'acier inoxydable martensitique rentable, Évalué pour son équilibre de résistance à la corrosion modérée, forte résistance, et la coulée.
1. Définition de l'ASTM A217 CA15: Normes et classification
ASTM A217 CA15 est un martensitique acier inoxydable Grade de coulée standardisé sous la spécification ASTM A217 / A217M, principalement destinés aux applications contenant de la pression à haute température.
Il est largement utilisé dans des composants critiques tels que les vannes, brise, boîtiers de pompage, et d'autres équipements de rétention de pression dans des industries comme le pétrole et le gaz, pétrochimique, et production d'électricité.
Sa désignation «CA15» reflète son héritage dans le système de coulée ASTM: «CA» désigne un alliage résistant à la corrosion, et «15» indique sa composition riche en chrome.
Le matériau est identifié par le numéro un J91150 et est souvent associé à AISI 410 pour référence dans les notes forgées.
Comme acier inoxydable martensitique, CA15 présente une combinaison de résistance à la corrosion modérée, forte résistance,
et propriétés traitables à la chaleur, Le rendre adapté aux composants exposés à des températures élevées et à des supports modérément agressifs.
La classification sous ASTM A217 spécifie les limites de composition chimique, propriétés mécaniques, Exigences de traitement thermique, et les protocoles de test pour garantir des performances cohérentes entre les applications.
CA15 tombe sous la catégorie en acier inoxydable martensitique, qui le distingue des pièces moulées austénitiques et ferritiques,
en mettant l'accent sur la réalisation de la force et de la dureté grâce à un traitement thermique contrôlé.
Cette normalisation garantit que les moulages CA15 peuvent fonctionner de manière fiable dans des environnements à haute pression et à haute température tout en maintenant l'intégrité structurelle et la résistance à la corrosion.
2. Composition chimique de l'acier inoxydable CA15
ASTM A217 CA15 est un moulage en acier inoxydable martensitique dont les propriétés sont régies par une composition chimique précise conçue pour équilibrer la résistance, dureté, et résistance à la corrosion.
Les gammes de composition typiques sont les suivantes (Wt.%):
| Élément | Gamme typique (%) | Fonction / Rôle |
| Carbone (C) | 0.40 - 0.50 | Offre dure et de la résistance après un traitement thermique; Permet la transformation martensitique; Un carbone plus élevé augmente la résistance à l'usure mais réduit la ductilité. |
| Chrome (Croisement) | 12.0 - 14.0 | Améliore la résistance à la corrosion; améliore la durabilité; contribue à la résistance à l'oxydation à des températures élevées. |
| Nickel (Dans) | 0.50 - 1.50 | Améliore la ténacité et réduit la fragilité dans la matrice martensitique; stabilise la microstructure. |
| Manganèse (MN) | 0.50 - 1.0 | Augmente la force et la dureté; agit comme un désoxydant pendant le casting. |
| Silicium (Et) | 0.50 - 1.0 | Améliore la force, dureté, et résistance à l'oxydation; Aide à la désoxydation pendant la fonte. |
| Phosphore (P) | ≤ 0.04 | Généralement indésirable; contrôlé pour minimiser la fragilité. |
| Soufre (S) | ≤ 0.03 | Améliore la machinabilité dans certains cas, Mais un soufre excessif peut réduire la ténacité. |
| Fer (Fe) | Équilibre | Élément de base; Forme la matrice de l'alliage. |
3. Propriétés physiques et mécaniques de l'ASTM A217 CA15
| Propriété | Valeurs typiques | Description / Importance |
| Densité | 7.70 - 7.85 g / cm³ | Densité modérée typique des aciers inoxydables martensitiques; affecte les applications sensibles au poids. |
| Gamme de fusion | 1420 - 1480 ° C | Point de fusion élevé adapté aux applications à haute température comme les corps de vanne et les composants de la pompe. |
| Résistance à la traction (Ultime) | 850 - 1000 MPA | Haute résistance après traitement thermique; Convient aux environnements à haute pression. |
| Limite d'élasticité (0.2% compenser) | 550 - 700 MPA | Indique une résistance à la déformation plastique sous charge. |
| Allongement à la pause | 12 - 18% | Ductilité modérée, Permettre une déformation plastique sans fracture. |
Dureté (HRC) |
30 - 40 (recuit); 40 - 48 (endurci) | Fournit une résistance à l'usure et une durabilité en surface; peut être ajusté par traitement thermique. |
| Résistance à l'impact (Charpy en V en V) | 30 - 50 J | Ténacité raisonnable à température ambiante; inférieur aux aciers inoxydables austénitiques mais suffisants pour les composants mécaniques sous un impact modéré. |
| Conductivité thermique | 15 - 20 W / m · k | Conductivité thermique modérée; influence les taux de chauffage / refroidissement en service. |
| Coefficient de dilatation thermique | 10 - 11 × 10⁻⁶ / ° C | Une expansion faible à modérée aide à maintenir la stabilité dimensionnelle sous les changements de température. |
| Température de service maximale | ~ 550 ° C | Convient pour les applications de vapeur à haute pression et de liquide chaud; Une exposition prolongée ci-dessus peut réduire les propriétés mécaniques. |
4. Traitement thermique: Optimisation de la microstructure
Le traitement thermique est essentiel aux performances de CA15, Comme le matériau à cas de cast est relativement doux et ductile.
Le cycle de trempe et de tempérament standard est:
- Austénidation: Chauffer à 925–1010 ° C (1700–1850 ° F) et tenir pendant 1 à 2 heures (Selon l'épaisseur de la section) Pour former complètement de l'austénite - une phase cubique centrée sur le visage qui permet une transformation de martensite.
- Éteinte: Refroidir rapidement dans l'huile ou l'eau à moins de 150 ° C (302° F) pour convertir l'austénite en martensite, Une phase tétragonale du corps dure mais cassante. Cette étape augmente la dureté à 45 à 50 HRC.
- Tremper: Réchauffer à 595–705 ° C (1100–1300 ° F) pendant 2 à 4 heures, puis à l'air frais.
Cela réduit la dureté à 20 à 30 HRC tout en améliorant la ténacité en précipitant les carbures fins (Cr₂₃c₆) Dans la matrice martensitique et soulager le stress interne.
La température de température est réglable pour l'équilibre et la ténacité: températures plus basses (595° C) donne une résistance plus élevée mais une ténacité plus faible, tandis que des températures plus élevées (705° C) prioriser la ductilité.
5. Résistance à la corrosion: Capacités et limitations
CA15 Offres résistance à la corrosion modérée adapté à des environnements spécifiques, En faire un choix pratique pour les applications non agressives:
- Corrosion atmosphérique: Résiste à la rouille dans l'air sec ou modérément humide, avec un taux de corrosion de <0.1 mm / an dans les environnements urbains - supeur à l'acier au carbone (0.5–1,0 mm / an) mais inférieur à 304 acier inoxydable (<0.01 mm / an).
- Oxydation à haute température: Fonctionne bien dans l'air jusqu'à 650 ° C (1200° F), formant une couche d'oxyde de chrome stable qui limite les taux d'oxydation à <0.1 mm / an - critique pour les composants de la chaudière et les pièces de la fournaise.
- Produits chimiques légers: Résiste aux solutions alcalines diluées (Par exemple, 10% hydroxyde de sodium) et acides non oxydants (Par exemple, 5% acide sulfurique) à température ambiante, Bien que les taux de corrosion augmentent considérablement à des concentrations plus fortes.
Les limitations sont notables:
- Environnements de chlorure: Vulnérable aux piqûres et à la corrosion des crevasses dans les solutions d'eau de mer ou de chlorure élevé (Par exemple, sel de route), avec des taux de corrosion dépassant 0.5 mm / an.
- Acides forts: Attaqué rapidement par des acides concentrés (Par exemple, acide chlorhydrique) et les agents oxydants (Par exemple, acide nitrique).
Son comportement de corrosion découle de sa teneur en chrome: tout en suffisamment pour former une couche d'oxyde protectrice dans des conditions douces, La couche est plus mince que dans les alliages de chrome plus élevé (Par exemple, 304 avec 18 à 20% CR), Le rendre sujets à la rupture dans des environnements agressifs.
6. Caractéristiques de coulée et de fabrication
La couchabilité et la procédabilité post-casting de CA15 contribuent à son attrait industriel:
Procédés de coulée:
CA15 présente une bonne coulée, Le rendre adapté à plusieurs méthodes de coulée industrielle:
- Coulée de sable: Le plus commun pour les grands, composants à parois épaisses comme les corps de soupape et les boîtiers de pompe.
La fluidité de l'acier, amélioré par le manganèse et le silicium, Assure la remplissage complète des moisissures et minimise les défauts tels que les fermetures à froid ou les erreurs. - Moulage d'investissement: Idéal pour complexe, Géométries complexes nécessitant une précision de grande dimension, y compris les passages internes et les fonctionnalités filetées.
- Casting centrifuge: Adapté aux composants cylindriques, comme les tuyaux et les anneaux,
Comme la force centrifuge aide à réduire la porosité et la ségrégation, Améliorer la densité et l'intégrité structurelle.
Soudabilité:
Le soudage CA15 est difficile en raison de sa nature martensitique, ce qui augmente le risque de craquage dans la zone touchée par la chaleur (ZAT).
La préchauffage à 200–300 ° C et la trempe après le soudure à 600–650 ° C sont nécessaires pour réduire le stress résiduel.
Métaux de remplissage assortis (Par exemple, E410nimo) Améliorer l'intégrité de la soudure, Bien que les joints soudés ne conservent que 70 à 80% de la résistance du métal de base.
Machinabilité:
Modérément machinable dans la condition trempée (20–30 HRC).
Des outils en carbure sont recommandés pour tourner et mouler, avec des vitesses de coupe de 50 à 70 m / min - plus slacles que les aciers inoxydables austénitiques mais plus vite que les aciers à outils durcis.
7. Applications: Où Ca15 excelle
ASTM A217 CA15 est un acier inoxydable martensitique largement utilisé dans les industries qui exigent une forte résistance,
excellente dureté, et une résistance à la corrosion modérée à des températures élevées.
Sa combinaison unique de propriétés le rend particulièrement adapté aux composants critiques dans des environnements exigeants.
Composants de vanne:
- Grille, Globe, et les clapulades: CA15 est couramment utilisé pour les corps de valve, garniture, et les disques en raison de sa résistance à la traction élevée (jusqu'à 930 MPA) et la dureté (20–30 HRC tempéré).
- Applications à haute pression: Sa structure martensitique maintient l'intégrité sous des pressions dépassant 100 bar, Le rendre idéal pour la vapeur, huile, et pipelines à gaz.
- Résistance à la température: Peut fonctionner en toute sécurité jusqu'à ~ 540 ° C, Convient aux fluides à haute température dans les plantes chimiques et pétrochimiques.
Composants de pompe et de compresseur:
- Arbres de pompage et impulseurs: Offre une excellente résistance à l'usure, machinabilité, et stabilité dimensionnelle.
- Pompes centrifuges et pompes à haute pression: CA15 gère des charges mécaniques élevées et une contrainte répétitive, Assurer la fiabilité à long terme dans les centrales électriques, raffineries, et les systèmes d'eau industriels.
Huile & Industrie du gaz:
- Équipement de tête de puits et de fond de puits: Haute résistance et composants de la combinaison de résistance à la corrosion modérée exposés à l'huile, gaz, et la saumure sous haute pression.
- Vannes de service sévères: Les garnitures CA15 dans les soupapes du globe et de la porte résistent à l'usure de la suspension, hydrocarbures, et les fluides abrasifs.
Génération de vapeur et d'électricité:
- Vannes de chaudières et raccords: Peut résister à la vapeur à haute température et à un cycle thermique sans perte significative de propriétés mécaniques.
- Turbines industrielles et échangeurs de chaleur: Les composants conservent l'intégrité structurelle sous les charges thermiques cycliques.
Applications industrielles générales:
- Raccords et brides à haute pression: La résistance et la dureté rendent CA15 adapté aux articulations critiques dans les plantes chimiques, raffineries, et les plantes de dessalement.
- Castings spécialisés: Sa polyvalence de coulée permet la production de pièces à parois épaisses ou complexes qui combinent la résistance, se résistance à l'usure, et résistance à la corrosion modérée.
8. Normes et contrôle de la qualité
La conformité avec ASTM A217 garantit que les moulages CA15 répondent aux critères de qualité rigoureux:
- Analyse chimique: Chaque chaleur de CA15 doit être testée via une spectroscopie d'émission optique (Oes) Pour vérifier les éléments se situent dans des gammes spécifiées (Par exemple, chrome 11,5–13,5%).
- Tests mécaniques: Les tests de traction et d'impact sont obligatoires pour chaque lot de moulage, avec des échantillons tirés des sections représentatives pour assurer le respect des exigences de résistance et de ductilité.
- Tests non destructeurs (NDT): Les pièces critiques contenant la pression subissent des tests ultrasoniques (Utah) Pour détecter la porosité interne et l'inspection des particules magnétiques (MPI) Pour identifier les fissures de surface.
- Certification de traitement thermique: Les fabricants doivent fournir une documentation sur l'istenité, éteinte,
et les paramètres de tempérament, y compris les profils de température, Pour confirmer le développement de la microstructure appropriée.
9. Comparaisons avec des alliages alternatifs
Lors de la sélection des matériaux pour des applications à haute pression et à haute température, ASTM A217 CA15 est souvent évalué contre d'autres aciers inoxydables et alliages martensitiques.
| Propriété / Alliage | CA15 (ASTM A217) | CA6NM | CF8 / CF8M | WCB (Acier au carbone) |
| Résistance à la traction (MPA) | 550–750 | 500–700 | ~ 450 | 400–550 |
| Limite d'élasticité (MPA) | 320–480 | 300–450 | ~ 250 | 250–350 |
| Dureté (HRC) | 20–30 (tempéré) | 18–28 | ~ 15 | 14–18 |
| Résistance à la corrosion | Modéré; eau, vapeur, produits chimiques légers | Modéré; Mieux que WCB, moins que CF8 | Haut; Excellent pour l'exposition chimique | Faible; sujet à la rouille et à la corrosion |
| Soudabilité | Modéré; préchauffer 200–300 ° C, Température post-soudante 600–650 ° C | Modéré; Préchauffeur recommandé | Excellent; Soudage standard | Bien; Soudage standard |
| Caractéristiques de coulée | Bien; sable, investissement, casting centrifuge; complexité modérée | Bien; Similaire à CA15, un peu plus facile | Excellent; austénitique, casting facile | Très bien; moules simples, retrait moins critique |
| Applications typiques | Corps de valve, boîtiers de pompage, vaisseaux de pression | Pompes, composants de la turbine, vannes de pression modérées | Réservoirs chimiques, tuyauterie, vannes dans des environnements corrosifs | Vannes industrielles générales, brise, pipelines |
| Coût (Relatif) | Haut | Modéré | Haut | Faible |
| Remarques | Martensitique; bonne résistance et capacité de pression | Martensitique; Amélioration de la résistance à la corrosion | Austénitique; Fabrication facile, faible force | Économique, faible résistance à la corrosion, Convient aux composants de pression non critiques |
10. Conclusion
ASTM A217 CA15 est un, Solution rentable pour les applications industrielles exigeant une résistance élevée, résistance à la corrosion modérée, et la coulée à des températures élevées.
Sa chimie bien équilibrée, Couplé à un traitement thermique précis, offre les performances requises pour la production d'électricité, traitement chimique,
et l'équipement de pétrole et de gaz - le tout à une fraction du coût des aciers inoxydables plus alliés.
FAQ
Qu'est-ce que ASTM A217 CA15?
ASTM A217 CA15 est un niveau en acier inoxydable martensitique couramment utilisé pour les pièces moulées dans des applications contenant de la pression telles que les vannes, boîtiers de pompage, et navires de pression.
Il est standardisé sous ASTM A217, qui définit la composition chimique, propriétés mécaniques, et les exigences de traitement thermique.
Est CA15 magnétique?
Oui. CA15 est un acier inoxydable martensitique, qui est ferromagnétique dans les conditions telles que coulées et trempées.
Est-ce que CA15 rouille?
Oui, CA15 peut rouiller si exposé à des environnements sévères, surtout en présence de chlorures ou d'humidité.
Sa résistance à la corrosion est modérée par rapport aux aciers inoxydables austénitiques, Ainsi, des revêtements protecteurs ou un entretien régulier peuvent être nécessaires.
Comment la qualité est-elle contrôlée pour les pièces moulées CA15?
Le contrôle de la qualité comprend une analyse chimique (Oes), tests mécaniques (traction, impact),
tests non destructeurs (ultrasons pour la porosité interne, particule magnétique pour les défauts de surface), et certification de traitement thermique.
La conformité avec ASTM A217 garantit la fiabilité des applications critiques.
CA15 est-il rentable?
CA15 est modérément coûteux en raison des éléments d'alliage et des exigences de traitement,
Mais il est rentable pour les applications à haute pression où la force, se résistance à l'usure, et la résistance partielle à la corrosion sont essentielles.
