1. Introduction
A217 Cast Steels WC6 et WC9 (sténographie de l'industrie pour les classes 1¼cr --½mo et 2¼cr - 1mo, respectivement) sont des aciers CR - MO à faible alliage conçu.
WC6 est généralement spécifié où une bonne ténacité et une force de fluage modérée sont nécessaires à peu près ~ 520–540 ° C;
WC9 fournit une résistance à long terme et une résistance à l'oxydation à long terme et est utilisé où les températures de service et l'approche de la demande de fluage ~ 550–580 ° C.
L'utilisation réussie de ces matériaux dépend autant de Pratique de la fonderie, Traitement thermique et discipline de soudage Comme sur la chimie nominale - le traitement des portes est la cause profonde de la plupart des défaillances de champ.
Cette revue compare WC6 vs WC9 de la métallurgie et des propriétés par fabrication, Utilisation du service, alternatives concurrentes, et guidage des achats pratiques.
2. Quels sont les aciers à casting en alliage A217 WC6 et WC9?
Contexte standard ASTM A217
ASTM A217 / ASME SA217 est la spécification globalement reconnue régissant AFFAIRES DE CASSE D'ALLIAGE MARTENTIQUE ET AUSTENITIQUE
utilisé dans Composants de rétention de pression—Valves, brise, raccords, têtes, et les réacteurs - exposés à service à haute température (≥343 ° C / 650 ° F).
- Note historique: Émis pour la première fois dans 1937, La norme a subi un raffinement continu, avec 2024 révision Mise à jour des tolérances de composition, Exigences de traitement thermique,
et des gammes de propriétés mécaniques pour s'aligner sur les infrastructures énergétiques modernes, y compris Génération d'énergie ultra-supercritique et avancé réacteurs pétrochimiques. - Dans la norme, WC6 et WC9 tomber sous le Famille en alliage CR - MO martensitique.
Contrairement à notes austénitiques (Par exemple, C12, CN7M) qui reposent sur le nickel élevé (>9 WT%) pour la résistance à la corrosion,
Les alliages martensitiques contiennent Ni bas (<0.5 WT%) et dériver leurs performances principalement de chrome (Croisement) et molybdène (MO) ajouts.
Cette distinction fondamentale rend WC6 / WC9 plus adapté à chargeur de haut niveau, Environnements limitées à fluage, où l'austénitique - bien que plus résistant à la corrosion - se ramollirait ou perdrait la force.
3. Composition chimique de A217 WC6 vs WC9
Le distinction de performance Entre les alliages WC6 et WC9 se trouvent principalement dans leur composition chimique, qui gouverne Évolution de la microstructure, résistance au fluage, comportement d'oxydation, et la soudabilité.
Plages de composition nominale (ASTM A217)
| Élément | WC6 (1.25CR - 0,5mo) (WT%) | WC9 (2.25CR - 1MO) (WT%) | Fonction dans l'alliage |
| Carbone (C) | 0.15 - 0.30 | 0.15 - 0.30 | Fournit une durabilité martensitique et forme des carbures pour la force; Risques excessifs en carbone. |
| Manganèse (MN) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Améliore la durabilité et agit comme un désoxydant; Trop réduit la force de fluage. |
| Silicium (Et) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Améliore la résistance à l'oxydation (Film Sio₂) et renforce la matrice de ferrite. |
| Chrome (Croisement) | 1.00 - 1.50 | 2.00 - 2.50 | Améliore l'oxydation et la résistance à la corrosion; stabilise les carbures (M₇c₃, M₂₃c₆). |
| Molybdène (MO) | 0.44 - 0.65 | 0.90 - 1.20 | Fournit une résistance au fluage; Forme des carbures de mo₂c pour résister au glissement des frontières des grains. |
| Nickel (Dans) | ≤ 0.50 | ≤ 0.50 | Élément résiduel; améliore la ténacité mais limité à prévenir l'austénite retenue. |
| Soufre (S) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | Impureté contrôlée; excès provoque la fissuration chaude pendant la coulée / le soudage. |
| Phosphore (P) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | Impureté contrôlée; L'excès entraîne un tempérament de température en service. |
| Fer (Fe) | Équilibre | Équilibre | Forme la matrice ferritique / martensitique. |
4. Propriétés mécaniques & Comportement à température élevée de A217 WC6 vs WC9
Propriétés mécaniques à température ambiante
Les alliages WC6 et WC9 sont conçus pour fournir Haute résistance et ténacité aux conditions de service ambiant et modérée.
Les valeurs ci-dessous proviennent des exigences ASTM A217 et de la pratique industrielle après un traitement thermique standard.
| Propriété | WC6 (1.25CR - 0,5mo) | WC9 (2.25CR - 1MO) | Remarques |
| Résistance à la traction (MPA) | 485 - 655 | 585 - 760 | WC9 a un CR plus élevé & MO → Renforcement en carbure plus fort. |
| Limite d'élasticité (0.2% compenser, MPA) | ≥ 275 | ≥ 380 | CR / MO plus élevé dans WC9 augmente la résistance au rendement. |
| Élongation (%) | 18 - 22 | 17 - 20 | WC6 un peu plus ductile; WC9 légèrement plus fort mais moins ductile. |
| Dureté (HB) | 150 - 190 | 170 - 220 | WC9 a tendance à être plus difficile, reflétant une densité de carbure plus élevée. |
| Énergie à impact à chary en V en V (J, Rt) | 40 - 60 | 35 - 50 | WC6 conserve une ténacité légèrement meilleure à température ambiante. |
Résistance à la température élevée & Résistance au fluage
En service à haute température, Les propriétés de rupture de fluage sont les paramètre de conception critique Pour les composants de rétention de pression tels que les vannes, têtes, et la tuyauterie.
| Propriété | WC6 (1.25CR - 0,5mo) | WC9 (2.25CR - 1MO) | Remarques |
| Temp de service continu maximum (° C) | ~ 538 ° C (1,000 ° F) | ~ 595 ° C (1,100 ° F) | WC9 tolère des températures plus élevées en raison de 2.25% Croisement + 1% MO. |
| 100,000 h Rupture de fluage Strength @ 538 ° C | ~ 85 MPa | ~ 120 MPa | WC9 présente une résistance à la rupture de fluage d'environ 40% plus élevée. |
| 100,000 h Rupture de fluage Strength @ 595 ° C | Pas recommandé (rupture <50 MPA) | ~ 75 MPa | WC9 convient à 595 ° C; WC6 perd de la force. |
| Résistance à l'oxydation | Modéré | Haut | Contenu CR (2.25% Dans WC9) Forme un film de cr₂o₃ plus protecteur. |
5. Technologie de traitement de A217 WC6 vs WC9
La fabrication et le déploiement réussi de ASTM A217 Grade WC6 et WC9 ALLAIS AFFAIRS dépend de Technologie de traitement contrôlée avec précision.
Parce que ces alliages sont utilisés dans critique, à haute température, Composants de rétention de pression comme les valves, têtes, taches de turbine, et boîtiers de réacteurs, Même les petits écarts dans le traitement peuvent entraîner une défaillance prématurée.
Soudage: Empêcher la martensite fragile et la fissuration
- Préchauffer: Les sections épaisses nécessitent un préchauffage (communément 180–250 ° C) Pour ralentir le refroidissement et réduire la formation induite par l'hydrogène et la martensite.
Le préchauffage exact dépend de l'épaisseur, retenue de la section, et qualification de procédure de soudage. - Consommables: Utiliser des électrodes à faible hydrogène / Métaux de remplissage spécifiquement qualifiés pour les applications de service CR - MO et de fluage.
Sélectionnez des charges compatibles avec la chimie du métal de base et les propriétés post-Weld requises. - Contrôle de la température interpassée: Maintenir dans des limites qualifiées pour éviter le durcissement local.
- Pwht (Traitement thermique post-soudure): Obligatoire dans la plupart des cas de services à haute température.
La PWHT rétablit le tempérament à Haz et réduit le stress résiduel - la pratique commune est de tempérer / de tremper dans le 600–700 ° C gamme (La procédure doit être qualifiée;
Le temps à la température dépend de l'épaisseur de la section). Le champ PWHT doit être exécuté par un WPS / PQR qualifié. - Éviter la martensite fragile: Le refroidissement rapide peut former de la martensite non tempérée dans Haz - donc le préchauffage et les PWHT sont indispensables.
Usinage: Surmonter la dureté et la mise en valeur
- Structure après HT: La martensite tempérée / la bainite a une force relativement élevée; Utilisez des outils en carbure appropriés, Basses vitesses de coupe et liquide de refroidissement.
- Contrôle de la distorsion: L'usinage doit expliquer une éventuelle distorsion lors du retrait de la retenue - le séquençage du traitement thermique et les passes de finition de l'état-déformation minimiser le warpage.
- Intégrité de surface: Évitez les températures de broyage de surface qui peuvent re-stimuler les surfaces.
Considérations de casting
WC6 et WC9 sont souvent fabriqués comme grands composants coulés de sable (vannes, coffres à vapeur, taches de turbine jusqu'à 10 tonnes).
Fonderie nécessite un contrôle méticuleux des processus pour éviter les défauts métallurgiques.
- Pratique de fusion: Pour les pièces moulées critiques, Utilisez VIM / VAR ou From Argon-Arogné pour contrôler les impuretés et le contenu d'inclusion. Nettoyer les fonte des fonte de réduction de la fatigue et des sites d'initiation du fluage.
- Déclencheur et risque: Conception pour une solidification directionnelle, Alimentation et frissons adéquats pour éliminer la porosité du rétrécissement.
Les moulages pour le service de pression nécessitent souvent des niveaux d'acceptation radiographiques. - Traitement thermique après le casting: Les cycles normalisés / recuits soulaient les contraintes et affinez la microstructure avant de tremper.
La température finale produit l'équilibre de force / ténacité souhaité. - NDT: Radiographie, critères de test et d'acceptation à ultrasons par code requis pour les composants de pression.
6. Traitement thermique & Traitement de surface de A217 WC6 vs WC9
Traitement thermique
Les performances d'ASTM A217 WC6 (1.25CR - 0,5mo) et wc9 (2.25CR - 1MO) Les alliages sont dépendant de manière critique du traitement thermique, qui régit leur microstructure, propriétés mécaniques, et vie de service à haute température.
| Étape | WC6 (1.25CR - 0,5mo) | WC9 (2.25CR - 1MO) | But |
| Austénidation | 900–955 ° C (1,650–1 750 ° F), Tenez 2 à 4 h | 930–980 ° C (1,710–1,800 ° F), Tenez 2 à 4 h | Dissoudre les carbures, homogénéiser la chimie, affiner les grains |
| Éteinte | Air refroidi ou pulvérisation d'huile pour sections épaisses | À l'air refroidi (Castings plus petits), huile / polymère pour sections lourdes | Évitez de l'austénite retenue, minimiser la fissuration |
| Tremper | 660–705 ° C (1,220–1 300 ° F), 2 cycles | 675–740 ° C (1,245–1,360 ° F), 2 cycles | Précipiter les carbures secondaires, Améliorer la résistance au fluage, réduire la fragilité |
| Pwht (soudage) | 621–677 ° C (1,150–1 250 ° F) | 650–705 ° C (1,200–1 300 ° F) | Soulager le stress, tremper la martensite HAZ |
Traitement de surface
Bien que WC6 et WC9 offrent une résistance inhérente à l'oxydation et au fluage, ingénierie de surface peut prolonger la durée de vie des composants dans des environnements corrosifs ou érosifs.
| Traitement | Méthode | Avantage | Application typique |
| Dynamitage / Grognement de grain | Particules abrasives à haute vitesse | Élimine le tartre d'oxyde, améliore la propreté des surfaces, améliore la durée de vie en fatigue | Nettoyage après traitement thermique |
| Nitrative | Nitruration gazeuse ou plasma (500–550 ° C) | Améliore la dureté de la surface (jusqu'à 900 HV), se résistance à l'usure | Sièges de soupape, pièces mobiles dans les turbines |
| Aluminisation | Cémentation en pack ou dépôt en phase vapeur | Forme une couche protectrice d’Al₂O₃, augmente la résistance à l'oxydation >600 ° C | Surchauffeurs de centrales électriques, réacteurs pétrochimiques |
| Soudage par recouvrement riche en chrome | Rechargement dur avec des électrodes à haute teneur en Cr ou un revêtement en bande | Améliore la résistance à la corrosion et à l’érosion à chaud | Vannes de chaudière, équipement de raffinerie |
| Revêtements par diffusion (Al, Et, Croisement) | Processus de diffusion à haute température | Améliore la résistance à la corrosion à chaud et à la carburation | Composants de la fournaise |
| Revêtements de pulvérisation thermique (Hvof, Plasma) | Wc-co, Revêtements de cermet Cr₃C₂-NiCr | Résiste à la suspension érosive et à l'impact de la vapeur | Pompes, vannes de suspension |
7. Applications typiques de A217 WC6 vs WC9
Les alliages A217 WC6 et WC9 sont AFFAIRS MARTENTIC CR-MO LOW-ALLY-ALLY conçu pour à haute température, service à haute pression.
Leur combinaison de Microstructure de martensite trempé, force de fluage, et stabilité thermique les rend indispensables dans production d'électricité, pétrochimique, et les industries des processus.
Industrie de la production d'électricité
WC6 (1.25CR - 0,5mo):
- Service de vapeur sous-critique (≤538 ° C)
- Composants:
-
- En-têtes de chaudière et coudes
- Éléments de surchauffeur et de réchauffeur
- Sections de boîtier de turbine pour les pressions intermédiaires
WC9 (2.25CR - 1MO):
- Steam supercritique et ultra-supercritique (538–595 ° C)
- Composants:
-
- En-têtes de surchauffeur et de réchauffeur à haute pression
- Vannes de coffre à vapeur
- Tas de turbines
Équipement pétrochimique et raffinerie
- WC6:
-
- Composants de la fournaise (draps de tube, chambres à combustion)
- Radiateurs à température intermédiaire (≤538 ° C)
- WC9:
-
- Tubes de réacteur et de radiateur fonctionnant jusqu'à 595 ° C
- Structures de soutien au lit de catalyseur
- Valves pétrochimiques à haute pression
Équipement de transfert de vapeur et de chaleur
- En-têtes et variétés: WC6 et WC9 sont largement utilisés dans têtes de vapeur où la température et la pression fluctuent cycliquement.
- Composants de l'échangeur de chaleur: Draps de tube, baffle, et les plaques d'extrémité nécessitent résistance au fluage et tolérance à la fatigue thermique, rendre ces alliages idéaux.
- Vannes de chaudières et raccords: Balançoire, grille, globe, et les clapulades utilisent WC6 ou WC9 en fonction de la température de fonctionnement.
Autres applications industrielles
- Vaisseaux de pression: Petits à moyens navires pour vapeur sous-critique / critique dans la production d'énergie industrielle.
- Enveloppes de pompe et composants de la turbine: Pompes à haute pression dans les applications pétrochimiques et nucléaires.
- Fours et composants du four: Supports et structures internes exposées à températures élevées pour les durées prolongées.
Enveloppe de service comparative
| Alliage | Temp de service continu maximum | Pression typique | Composants typiques | Traitement de surface recommandé |
| WC6 | 538 ° C (1,000 ° F) | 30 MPA (4,350 psi) | En-têtes de chaudière sous-critique, vannes, sections de boîtier de turbine | Nitrative, aluminisant, dynamitage |
| WC9 | 595 ° C (1,100 ° F) | 30 MPA (4,350 psi) | En-têtes de chaudière / réchauffeur supercritiques, vannes, turbines à haute pression | Soudage de superposition, aluminisant, dynamitage |
8. Avantages et limitations de A217 WC6 vs WC9
Comprendre le Avantages et limitations de WC6 et WC9 est essentiel pour ingénieurs et concepteurs sélectionner des matériaux pour à haute température, composants industriels à haute pression.
Avantages
| Fonctionnalité | WC6 (1.25CR - 0,5mo) | WC9 (2.25CR - 1MO) | Remarques |
| Résistance à haute température | Excellent jusqu'à 538 ° C | Supérieur à 595 ° C | WC9 est préféré pour la vapeur supercritique |
| Microstructure de martensite trempé | Bonne ténacité, ductilité | Résistance légèrement plus élevée, ductilité légèrement plus faible que WC6 | Assure la fiabilité sous pression et cyclisme thermique |
| Résistance au fluage | Convient pour le service sous-critique | Optimisé pour les applications supercritiques à long terme | WC9 présente une durée de vie de rupture de fluage 10 à 15% plus élevée à des températures élevées |
| Rentabilité | Contenu en alliage plus faible → Réduction du coût | Contenu en alliage plus élevé → Augmentation du coût des matériaux | Les applications budgétaires peuvent favoriser WC6 |
| Flexibilité de fabrication | Soudage et usinage plus faciles en raison de la baisse CR / MO | Dureté et contenu CR plus élevés → nécessite un soudage et une usinage plus prudents | Préchauffer et pwht requis pour les deux, Mais WC9 est plus exigeant |
| Résistance à la corrosion / oxydation | Adéquat pour les environnements de vapeur et de produits chimiques modérés | Amélioré en raison d'un contenu CR plus élevé | Les traitements de surface améliorent encore les performances |
Limites
| Limitation | WC6 | WC9 | Atténuation / Remarques |
| Température de service maximale | Limité à 538 ° C | 595 ° C Max | Le dépassement des limites accélère le fluage et peut entraîner une déformation |
| Soudabilité | Modéré; Préchauffer et PWHT requis | Plus sensible; Une dureté plus élevée et CR nécessitent un contrôle de soudage plus strict | Utilisez des consommables à faible hydrogène, Maintenir la température de l'interpass |
| Machinabilité | Bon pour l'état traité à la chaleur | Légèrement plus bas en raison de la dureté plus élevée | Utilisez des outils en carbure / CBN et des paramètres de coupe optimisés |
| Crackage de corrosion des contraintes (SCC) | Sensible dans les environnements riches en H₂s ou chlorure | Sensibilité similaire, CR légèrement plus élevé offre une amélioration marginale | Évitez le service avec H₂s >50 ppm ou cl⁻ >100 ppm |
| Coût | Économique | Plus cher en raison d'un contenu en alliage plus élevé | Utilisez WC6 lorsque le fluage à haute température n'est pas critique |
9. Comparaison avec les matériaux concurrents
Lors de la sélection à haute température, Matériaux de rétention de pression, Les ingénieurs évaluent souvent WC6 et WC9 contre Affiers alliages alternatifs et aciers inoxydables.
Matériaux concurrents clés
- Acier au carbone (CS): Alliage faible, économique, adapté aux températures basses à modérées (<400 ° C), mais une mauvaise résistance au fluage et à la corrosion.
- Plaques d'acier chromium-molybdène (Par exemple, ASTM A335 P11 / P22): Matériau de tuyau de pression forgé ou soudé, Résistance au fluage plus élevée que CS, Moins cher que les castings WC9.
- Aciers inoxydables austénitiques (304, 316, 321, 347): Excellente résistance à la corrosion, Convient aux températures modérées (≤ 650 ° C), résistance à la résistance et au fluage inférieurs par rapport à WC9.
- Alliages nickel (Décevoir 600/625, Hastelloy): Corrosion exceptionnelle et résistance à haute température (jusqu'à 700 à 1 000 ° C), mais très cher et difficile à fabriquer.
- Autres aciers à casting à faible alliage (Par exemple, ASTM A217 Grade C12, CN7M): AFFAIRES DE CASSE AUSTÉTITIQUE, Bonne résistance à la corrosion mais résistance inférieure pour un service à haute pression.
Table de performance comparative
| Propriété / Fonctionnalité | WC6 (1.25CR - 0,5mo) | WC9 (2.25CR - 1MO) | Acier au carbone | CR-MO en acier (P22) | En acier inoxydable austénitique (316/321) | Alliages nickel (Décevoir 625) |
| Température de service maximale (° C) | 538 | 595 | 400 | 565 | 600 | 980 |
| Force de fluage | Modéré | Haut | Faible | Modéré | Faible | Très haut |
| Résistance à la traction (MPA) | 500–600 | 550–650 | 400–500 | 500–600 | 500–600 | 700–900 |
| Impact à chary @ 20 ° C (J) | >40 | >40 | 30–50 | 40–50 | 40–80 | 50–100 |
| Résistance à l'oxydation | Modéré | Bien | Pauvre | Modéré | Bien | Excellent |
| Résistance à la corrosion | Modéré | Bien | Pauvre | Modéré | Excellent | Excellent |
| Soudabilité | Modéré | Modéré (nécessite un préchauffage strict / pwht) | Excellent | Bien | Excellent | Difficile |
| Coût | Moyen | Haut | Faible | Moyen | Haut | Très haut |
| Complexité de fabrication | Modéré | Haut | Faible | Moyen | Moyen | Très haut |
| Applications typiques | Chaudières, vannes, En-têtes sous-critiques / supercritiques | En-têtes supercritiques / réchauffés, taches de turbine | Navires à basse pression, tuyauterie | Tuyauterie de pression, En-têtes de température modérés | Service corrosif, température modérée | Réacteurs à fort tempête, traitement chimique |
10. Conclusion
A217 WC6 vs WC9 sont les chevaux de travail des systèmes de pression à la température moyenne, permettant le coffre-fort, Fonctionnement efficace des centrales électriques, raffineries, et installations pétrochimiques dans le monde.
Leur succès découle de:
- Alliage ciblé: CR et MO offrent une oxydation et une résistance au fluage adaptées à un service de 400 à 595 ° C, La plage la plus courante pour les applications de pression industrielle à haute température.
- Traitement thermique prouvé: La microstructure à martensite trempée équilibre la force, dureté, et stabilité - validé par des décennies de tests et de service ASTM / ASME.
- Rentabilité: Un terrain d'entente entre les aciers en carbone à faible performance et les alliages avancés à coût élevé, Minimiser le LCC tout en répondant aux normes de sécurité.
Tandis que des alliages avancés (Par exemple, P91, Superalliages à base de nickel) déplacent WC6 / WC9 en ultra-température (>600° C) applications, WC6 / WC9 restent irremplaçables pour un service de 400 à 595 ° C - où leurs performances, fabrication, et les coûts s'alignent avec les besoins industriels.
Pour les ingénieurs et les équipes d'approvisionnement, Succès avec WC6 / WC9 repose sur une stricte adhésion aux normes ASTM / ASME pour la composition, traitement thermique, et fabrication - L'ensemble de ces alliages offre leur durée de vie complète de 15 à 25 ans.
FAQ
Le WC6 et le WC9 peuvent-ils être soudés ensemble ou en acier au carbone?
Oui, Mais les joints doivent être conçus: Utilisez des métaux de remplissage compatibles, préchauffer, Contrôles interpass et PWHT.
Les joints métalliques différents nécessitent une attention à l'expansion thermique correspondante, Problèmes galvaniques et métallurgie HAZ. Suivez les exigences qualifiées WPS / PQR et le code.
Ce que PWHT est typique après le soudage?
La pratique sur le terrain utilise généralement du pwht de trempe dans le 600–700 ° C gamme.
La température / temps de trempage exacte dépend de l'épaisseur et doit suivre la procédure qualifiée; consulter toujours le fournisseur / le code.
Combien de temps durera un corps de valve WC9 à 550 ° C?
La durée de vie dépend du stress, faire du vélo, environnement et qualité de coulée.
WC9 est conçu pour une durée de vie de fluage plus longue que WC6 à des températures élevées, Mais la prévision de la vie nécessite des données de rupture de fluage et un stress de conception; Effectuer des analyses de fitness pour le service pour des composants critiques.
Sont WC6 / WC9 adaptés aux environnements riches en chlorure corrosifs?
Ils ne sont pas le meilleur choix pour la corrosion du chlorure sévère (piqûres / ssc). Les aciers inoxydables duplex ou les alliages de nickel sont préférables où la corrosion du stress du chlorure est une préoccupation.
Quelles inspections sont essentielles sur la livraison?
Nécessiter une analyse chimique (MTC), traction et dureté (Comme spécifié), Radiographie / UT pour les moulages de pression, Contrôles dimensionnels et enregistrements de traitement thermique. Le cas échéant, Les tests d'impact et PMI sont prudents.
