ASTM A743 CA6NM est un martensitique acier inoxydable Grade de coulée spécifiquement conçu pour offrir une résistance élevée, résistance à la corrosion, et la ténacité dans les environnements de service sévères.
Avec sa composition de 12 à 14% et de 3 à 4% de nickel, CA6NM réalise une microstructure équilibrée qui offre une résistance supérieure à la cavitation, érosion, et piqûres tout en maintenant une excellente soudabilité par rapport aux autres aciers inoxydables martensitiques.
Cet alliage est devenu un matériau de choix pour les coureurs d'hydrotturbine, pompes, Composants de la plate-forme offshore, et corps de valve, Lorsqu'une combinaison de fiabilité structurelle et de résilience environnementale est obligatoire.
1. Qu'est-ce que ASTM A743 CA6NM?
ASTM A743 CA6NM est un acier inoxydable martensitique fonderie grade Conçu pour le service dans des environnements nécessitant une résistance mécanique élevée, bonne ténacité, et résistance à la corrosion modérée à élevée.
Le «CA» désigne un alliage résistant à la corrosion dans les normes de casting ASTM, «6» fait référence à la série Alloy, et «nm» indique la présence de nickel et molybdène pour une résistance accrue à la corrosion.
Il est largement reconnu pour son équilibre de la machinabilité, soudabilité, et résistance à la dégradation de l'environnement, Le faire unique parmi les notes martensitiques.
2. Composition chimique de CA6NM
CA6NM est un 12% chrome, 4% nickel, 0.5% acier inoxydable à la martensité molybdène développé pour combiner force, dureté, et résistance à la corrosion Dans un seul alliage de moulage.
Sa composition est étroitement contrôlée sous ASTM A743 / A743M pour assurer une performance métallurgique cohérente.
Limites de composition chimique typiques (% en poids):
| Élément | Plage de spécifications (%) | Rôle fonctionnel |
| Carbone (C) | ≤ 0.06 | Le faible carbone minimise les précipitations en carbure, Amélioration de la ténacité et de la soudabilité. |
| Manganèse (MN) | ≤ 1.00 | Améliore les caractéristiques de travail et la désoxydation lors de la fusion. |
| Silicium (Et) | ≤ 1.00 | Agit comme un désoxydant; Des quantités excessives peuvent réduire la ténacité. |
| Chrome (Croisement) | 11.5 - 14.0 | Élément primaire pour la passivation et la résistance à la corrosion. |
| Nickel (Dans) | 3.50 - 4.50 | Stabilise la martensite, améliore la ténacité, et améliore la résistance à la fissuration de la corrosion des contraintes. |
| Molybdène (MO) | 0.40 - 1.00 | Stimule la résistance des piqûres, en particulier dans les environnements contenant du chlorure. |
| Phosphore (P) | ≤ 0.04 | Maintenu bas pour éviter la fragilisation. |
| Soufre (S) | ≤ 0.03 | De faibles niveaux maintiennent la ténacité et la résistance à la corrosion. |
| Fer (Fe) | Équilibre | Élément matriciel fournissant une force structurelle. |
3. Mécanique & Propriétés physiques de CA6NM
CA6NM est conçu pour livrer un combinaison équilibrée de force, ductilité, Et la ténacité de fracture, Même dans les pièces moulées en grande section.
Ses propriétés sont le résultat de son 12CR - 4NI - MO MARTENTIC COMPOSITION combiné avec traitement thermique contrôlé.
Propriétés mécaniques typiques
(Valeurs par exigences ASTM A743 / A743M; Les résultats réels dépendent de la taille de la section, traitement thermique, et orientation de test)
| Propriété | Valeur typique | Condition de test |
| Résistance à la traction (RM) | 655–795 MPA (95–115 KSI) | Température ambiante, martensite trempé |
| Limite d'élasticité (RP0.2) | ≥ 450 MPA (65 ksi) | Identique à ci-dessus |
| Élongation | ≥ 15% | Longueur de jauge = 50 mm |
| Réduction de la zone | ≥ 35% | Température ambiante |
| Énergie à impact à chary en V en V | 40–80 J à –46 ° C (–50 ° F) | Direction longitudinale |
| Dureté | 207–255 hb (environ. 22–26 HRC) | Après le trempage |
| Ténacité de fracture (K_ic) | ~ 110–130 MPa · √m | Température ambiante, état fine |
Propriétés physiques typiques
| Propriété | Valeur typique | Remarques |
| Densité | 7.74 g / cm³ (0.280 lb / in³) | Légèrement inférieur aux aciers en carbone en raison de l'alliage |
| Module d'élasticité | 200 GPA (29 × 10⁶ psi) | Comparable aux autres aciers inoxydables |
| Conductivité thermique | ~ 24 W / M · K à 100 ° C | Plus bas que les aciers en carbone; affecte la dissipation de la chaleur |
| Capacité thermique spécifique | 460 J / kg · k | À 20 ° C |
| Résistivité électrique | 0.60 µω · m | Plus élevé que les aciers au carbone, bénéfique pour une certaine résistance à l'érosion |
| Coefficient de dilatation thermique | 10.8 × 10⁻⁶ / ° C (20–100 ° C) | Doit être considéré dans les assemblages multi-métaux |
4. Traitement thermique & Contrôle de la microstructure
CA6NM tire ses performances non seulement de son 12% chrome, 4% nickel, et la chimie du molybdène, mais aussi de séquences de traitement thermique précises qui transforment sa structure étendue en un difficile, microstructure martensitique tempérée.
Cette transformation est essentielle pour atteindre l'équilibre ciblé de l'alliage force, ductilité, résistance à la corrosion, et stabilité dimensionnelle.
Séquence de traitement thermique standard
Le traitement thermique typique des pièces moulés CA6NM suit les directives ASTM A743 / A743M et est adaptée à l'épaisseur de la section:
Recuit de solution (Austénidation):
- Température: 1010–1050 ° C (1850–1920 ° F)
- But: Dissout les carbures et homogénéise les éléments d'alliage. Produit une structure entièrement austénitique avant la trempe.
- Tenir le temps: ~ 1 heure par 25 mm (1 pouce) d'épaisseur de section, minimum de 2 heures.
Éteinte:
- Moyen: Air ou huile forcé, Selon la taille de la section de coulée et le taux de refroidissement souhaité.
- But: Transforme l'austénite en martensite à faible teneur en carbone Tout en minimisant la distorsion et les contraintes résiduelles.
- Note: Le contenu en nickel dans CA6NM abaisse le début de la martensite (MS) température, Promouvoir une transformation uniforme.
Tremper:
- Température: 565–620 ° C (1050–1150 ° F) Pour un équilibre standard de force et de ténacité.
- But: Soulage les contraintes, améliore la ductilité, et ajuste la dureté à 22 à 26 HRC.
- Effet de la température: Les températures de tempérament plus faibles donnent une résistance plus élevée mais réduisent la ténacité à l'impact; Des températures plus élevées améliorent la ténacité mais une limite d'élasticité légèrement inférieure.
Caractéristiques de la microstructure
Une exposition de coulée CA6NM correctement traitée à la chaleur:
- Matrice de martensite tempérée: Fournit une résistance à la traction et à l'élasticité élevées avec une bonne ténacité de fracture.
- Taille de grain raffinée: L'ajout de nickel supprime la croissance des grains pendant l'austénitation, Aider dans une rétention d'énergie à fort impact.
- Carbures dispersés: Les carbures fins fines le long des frontières de lattes améliorent la résistance à l'usure sans déficience sévère la ténacité.
- Austénite minimale retenue (<5%): L'austénite retenue excessive peut réduire la dureté et la stabilité dimensionnelle, Les taux de refroidissement et les cycles de tempérament sont donc soigneusement contrôlés.
5. Fonderie, Usinage & Soudabilité
La valeur de CA6NM en tant que hydroturbine, soupape, et alliage de pompage Cela ne dépend pas seulement de sa chimie et de son traitement thermique, mais aussi sur son coulée, machinabilité, et réparer la soudabilité.
Procédés de coulée
CA6NM peut être produit avec succès en utilisant plusieurs méthodes de fonderie, Permettre aux fabricants de faire correspondre les capacités de processus pour séparer la géométrie, exigences dimensionnelles, et volume de production.
Coulée de sable:
- Mieux adapté à grand, composants à parois épaisses comme les tas de turbine, boîtiers de pompage, et les corps de valve dans le 1–5 ton range.
- Tolérances typiques: ± 1 mm par 100 mm dimension.
- Finition de surface: RA 6,3 à 2,5 μm Après Shakeout.
- Avantages: Haute flexibilité en taille et en forme; économique pour les volumes faibles à moyen.
Moulage d'investissement (Cire perdue):
- Idéal pour géométries complexes comme des lames de turbine, garnitures de soupape, et des segments de coureurs où des surfaces lisses et des détails fins sont essentiels.
- Précision dimensionnelle: ± 0,1 mm.
- Finition de surface: RA 1,6-3,2 μm, Réduire l'allocation d'usinage et améliorer l'efficacité hydraulique telle que couchée.
Casting centrifuge:
- Produit composants cylindriques ou en forme d'anneau comme les manches de la pompe, porter des anneaux, et en portant des coquilles.
- Assure densité uniforme et ségrégation minimale - critique pour les surfaces d'étanchéité à haute pression.
- Souvent utilisé pour les pièces nécessitant des tolérances de concentricité dans 0.25 mm.
Taux de rendement de coulée pour Ca6nm dépasse généralement 85% pour des géométries simples, tandis que des formes plus complexes avec des poches profondes ou des transitions épaisses à mince peuvent tomber à 70–75% En raison de la gestion de la cavité du rétrécissement et des limitations de conception de la colonne montante.
Comportement d'usinage
CA6NM est significativement plus facile à machine que des aciers martensitiques complètement endurcis, surtout dans le état trempé (22–26 HRC).
Notes d'usinage clés:
- Vitesses de coupe: ~ 30–50 m / min avec outillage en carbure; jusqu'à 80 m / min avec des carbures enduits en passes de finition.
- Usure: Modéré - le nickel améliore la ténacité mais peut provoquer un sortage au travail si les aliments sont trop légers.
- Utilisation du liquide de refroidissement: Recommandé pour la consistance de finition de surface et la stabilité thermique.
- Stabilité dimensionnelle: Une faible teneur en austénite conservée signifie une distorsion minimale après l'usinage rugueux.
- Indemnités d'usinage: 3–6 mm est typique pour éliminer l'échelle de surface et couler la peau après un traitement thermique.
Soudabilité
Ca6nm est plus soudable que conventionnel 410 inoxydable en raison de:
- Contenu à faible teneur en carbone (≤0,06%)
- Ajout de nickel (~ 4%) stabilisation de l'austénite pendant le refroidissement
- Un risque plus faible de fissuration d'hydrogène lorsque le préchauffage et le traitement thermique post-soudage sont appliqués
Meilleures pratiques de soudage:
- Préchauffage: 150–250 ° C (300–480 ° F) Pour réduire les gradients thermiques et le risque de fissuration de l'hydrogène.
- Sélection de métaux de remplissage: Remplissage de composition assorti (Par exemple, AWS ER410NIMO pour GTAW / GMAW ou E410NIMO pour SMAW) Pour maintenir la force et la résistance à la corrosion.
- Température interprétée: < 250 ° C (480 ° F) Pour éviter les zones de la chaleur adjacentes à tempérament.
- Traitement thermique post-influencé (Pwht): Température locale ou complète à 565–620 ° C (1050–1150 ° F) Pour restaurer l'uniformité de la ténacité et de la dureté.
Soudage de réparation:
- Commun dans les grands coureurs d'hydrotturbine ou corps de valve pour corriger la porosité ou les défauts de surface.
- Le succès dépend du contrôle strict des paramètres de soudage, propreté conjointe, et application pwht.
6. Résistance à la corrosion: Adapté aux environnements aqueux
La résistance à la corrosion de CA6NM est conçue pour eau douce, eau de mer, et des environnements chimiques doux, le rendant beaucoup plus résistant que l'acier au carbone ou les moulages à faible alliage, et compétitif avec certaines notes austénitiques dans des scénarios spécifiques:
- Eau douce et vapeur: La couche d'oxyde de chrome résiste à l'oxydation et aux piqûres dans l'eau douce (Par exemple, eau de la rivière, Systèmes de liquide de refroidissement) avec des taux de corrosion <0.02 mm / an.
Il résiste également à la vapeur humide à 200–300 ° C, un trait clé pour les composants de la centrale électrique. - Eau de mer: Les ajouts de molybdène améliorent la résistance aux piqûres induites par le chlorure.
Dans les tests d'immersion d'eau de mer, CA6NM présente un taux de corrosion de 0,05 à 0,1 mm / an - upide à 410 acier inoxydable (0.2–0,3 mm / an) mais un peu moins de 316 (0.01–0,03 mm / an). - Produits chimiques légers: Résiste aux acides dilués (Par exemple, 5% acide sulfurique), alcalis (Par exemple, 10% hydroxyde de sodium), et produits pétroliers, Le faire adapté aux vannes de champ pétrolifères et aux pompes de traitement chimique.
Des limites existent: CA6NM n'est pas recommandé pour les acides forts (Par exemple, 37% acide chlorhydrique) ou environnements à chlorure élevé (Par exemple, saumure avec >10% NaCl), où les notes austénitiques comme CF8M (316 équivalent) mieux performer.
7. Applications typiques de CA6NM
ASTM A743 CA6NM forte résistance, Excellente ténacité à basse température, et résistance à la corrosion, cavitation, et l'érosion Faites-en le matériau incontournable pour hydraulique critique, marin, et composants du secteur de l'énergie.
| Secteur des applications | Composants typiques | Exigences de performance clés satisfaites par CA6NM |
| Hydroélectricité | Coureurs de turbine (Kaplan, Francis, ampoule), portes de guichet, aubes guides, séjour | Résistance à la cavitation élevée, résistance à l'érosion, ténacité à basse température |
| Marin & Offshore | Lames d'hélice, hubs, Stocks de gouvernail, arbres de pompe, corps de soupape d'eau de mer | Résistance à la corrosion d'eau de mer, Bonne force de fatigue, perméabilité magnétique faible |
| Huile & Gaz | Impulseurs de pompe sous-marine, manches, garniture de porte / globe / clapet anti-retour, vannes d'étranglement | Résistance à la corrosion des contraintes de chlorure, résistance à l'érosion, forte résistance |
| Pompage industriel | Impulseurs de la pompe centrifuge, porter des anneaux, tas, plaques de diffuseur | Se résistance à l'usure, Résistance à la corrosion dans l'eau et les produits chimiques saumâtres |
| Plantes de dessalement | Arbres de pompe à haute pression, échange, Anneaux de scellement | Résistance aux piqûres induites par le chlorure, stabilité dimensionnelle |
| Marée & Énergie renouvelable | Lames de turbine à marée, hubs, arbres | Résistance combinée à l'érosion et à la corrosion du chlorure, durabilité à long terme |
| Défense / Naval | Hélices sous-marines, revêtements d'arbre, composants de la direction | Signature magnétique faible, résistance à la cavitation, fiabilité mécanique |
8. Comparaisons: CA6NM VS CA15 (410), 17-4PH, Duplex 2205
| Propriété / Fonctionnalité | CA6NM (ASTM A743) | CA15 (410 SS) (ASTM A743) | 17-4PH (ASTM A747 CB7CU-1) | Duplex 2205 (ASTM A890 GRADE 4A) |
| Taper / Microstructure | Martensitique (bas c, 12Croisement + Dans) | Martensitique (élevé C, 12Croisement) | Martensitique stimulante des précipitations | Ferritique-austénitique (duplex) |
| Composition typique (WT%) | C ≤ 0.06, CR 11.5–14, À 3,5-4,5, MO 0,4–1,0 | CR 11.5–14, En ≤ 1.0, C 0.15 | C ≤ 0.07, CR 15–17, À 3-5, CU 3–5 | C ≤ 0.03, CR 21–23, Est 4.5-6.5, MO 2,5–3,5 |
| Résistance à la traction (MPA) | 655–760 | 550–690 | 930–1,100 | 620–880 |
| Limite d'élasticité (MPA) | 450–550 | 350–450 | 725–1,035 | 450–620 |
| Élongation (%) | 15–20 | 10–15 | 8–12 | 20–25 |
| Dureté (HB) | 200–240 | 180–230 | 300–360 | 220–270 |
| Ténacité à 0 ° C (J) | Excellent (≥ 40) | Équitable (10–20) | Modéré (20–30) | Excellent (≥ 60) |
| Résistance à la corrosion | Bon en frais / eau de mer, résiste à la cavitation | Équitable, sujet aux piqûres dans les chlorures | Bien, mais pas pour les environnements de chlorure sévères | Excellent chlorure et résistance aux piqûres |
| Résistance à la cavitation | Haut | Faible | Moyen | Haut |
| Traitement thermique | Solution recuit + caractère | Tempérer uniquement | Solution + vieillissement | Solution recuit uniquement |
| Coulée | Bien, Convient au sable & casting d'investissement | Bon pour le coulage de sable | Modéré, plus complexe en raison du durcissement des précipitations | Modéré, nécessite un contrôle précis |
| Soudabilité | Bien, mais nécessite un traitement pré / après la chaleur | Modéré, sujet à la fissuration | Bien, Mais le vieillissement de la soudure post requis | Bien, sensible aux intermétalliques |
| Machinabilité | Modéré | Bien | Équitable | Modéré |
| Niveau de coût | Moyen | Faible | Haut | Haut |
| Applications typiques | Turbines hydrauliques, pompes, hélices marines | Pièces de pompe générale, vannes faibles | Aérospatial, Arbres à haute résistance | Structures offshore, équipement de dessalement |
9. Équivalents communs
L'équilibre unique de force de CA6NM, dureté, et la résistance à la corrosion le positionne parmi plusieurs aciers inoxydables martensitiques apparentés. Ses équivalents communs dans d'autres normes ou notes comprennent:
- US J91660: Désignation du système de numérotation unifiée pour CA6NM.
- ASTM A297 Type CA6NM: Une autre désignation ASTM pour des pièces moulées similaires.
- DANS 1.4528 / X12crniSi17-7: Grade en acier inoxydable équivalent européen équivalent, Utilisé dans la coulée ou la forge.
- Il sus630: Précipitation équivalente japonaise Hardening en acier inoxydable, partage certaines applications similaires bien que différant dans la microstructure.
- CA15 (ASTM A743 CA15): Une qualité martensitique en carbone plus élevée avec une chimie similaire mais des profils mécaniques et de ténacité différents.
10. Conclusion
ASTM A743 CA6NM propose un Équilibre de force prouvé, résistance à la corrosion, et la ténacité Cela le rend indispensable en exigeant des machines tournantes et des applications marines / offshore.
Sa résistance à la soudabilité et à la cavitation améliorées permettent une durée de vie plus longue et une réduction des temps d'arrêt de l'entretien - ce qui en fait un Choix rentable pour les environnements graves.
FAQ
Est-ce que CA6NM est magnétique?
Oui, il est martensitique et présente des propriétés magnétiques.
CA6NM est-il adapté à l'immersion de l'eau de mer?
Non - il opposait le taux de corrosion (0.1–0,2 mm / an) le rend inapproprié pour une exposition à l'eau de mer à long terme. Utiliser duplex 2205 plutôt.
Quelle est la température maximale pour CA6NM?
Il conserve une résistance utile jusqu'à 400 ° C. Au-dessus de 500 ° C, L'oxydation et le ramollissement se produisent; Utilisez des alliages à base de nickel pour des températures plus élevées.
Peut-il être utilisé dans la transformation des aliments?
Non - sa résistance à la corrosion modérée et le potentiel de piqûres dans les aliments acides font des notes austénitiques (Par exemple, CF8) mieux.
Comment CA6NM se compare-t-il à 17-4ph en force?
17-4Le pH offre une résistance à la traction plus élevée (860–1100 MPa) mais est moins couvable; CA6NM est préféré pour les pièces moulées complexes.
Quel est le délai typique des pièces moulées CA6NM?
4–8 semaines pour les pièces moulées de sable; 6–12 semaines pour les actions d'investissement (En raison de la fabrication de moisissures).
