1. Introduction
Dans les environnements industriels exigeants - allant des plates-formes offshore aux usines de traitement chimique - les matériaux doivent combiner une forte résistance, Excellente résistance à la corrosion, et fabrication fiable.
ASTM A890 / A995 Les grades de duplex coulé et les aciers inoxydables super-duplex répondent à ces exigences strictes.
Cet article examine leurs principales distinctions, Propriétés chimiques et mécaniques, et applications typiques, Équiper les ingénieurs et les professionnels de l'approvisionnement avec les idées nécessaires à la sélection optimale en alliage.
2. Aperçu de la spécification ASTM A890 / A995
ASTM A890: Basé sur [Unités anglaises] (ksi, ° F, dans, etc.), il spécifie la composition chimique, Propriétés mécaniques et exigences d'inspection des pièces moulées en acier inoxydable duplex et super-duplex.
ASTM A995: C'est la métrique (ET) Version de A890, qui traduit presque toutes les clauses de A890 Verbatim, Mais convertit la force, température, taille, etc.. en unités métriques telles que MPA, ° C, mm, etc..
ASTM A890 / A995 Couvre des pièces moulées en acier inoxydable auusténitique-ferritique. Il se divise en six notes «A», depuis 1UN (Duplex en alliage inférieur) à 6UN (Super-Duplex le plus haut).
- Portée et applicabilité: La norme s'applique aux composants tels que les boîtiers de pompe, corps de valve, et les raccords de tuyaux qui fonctionnent dans des supports corrosifs.
- Duplex vs. Classification Super-Duplex:
-
- Duplex aciers (Grades 1A à 3A) Caractéristique ~ 50/50 Microstructures de ferrite-austénite.
- Super-duplex aciers (Grades 4A -6A) contiennent des MO et n élevés pour améliorer la résistance aux piqûres.
- Casting vs. Parallèles forts: Chaque note correspond à des équivalents forts (Par exemple, Grade 3A → UNS J92205 CAST ↔ UNS S32205 Warough), simplifier la substitution des matériaux.
3. Nomenclature de grade & DESIGATIONS UNS
La dénomination cryptique «na» cryptique d'ASTM reflète le contenu et les performances en alliage ascendant:
| Grade | Nous lancer | Forgé un | Nom commun |
|---|---|---|---|
| 1UN | J93370 | S31500 | Duplex 2101 |
| 2UN | J92220 | S31803 | Duplex 2202 |
| 3UN | J92205 | S32205 | Duplex 2205 |
| 4UN | J93380 | S32550 | Super-duplex 2509 |
| 5UN | J93404 | S32750 | Super-duplex 2507 |
| 6UN | J93380 * | S32760 | Super-duplex 2570 |
*6A partage un undage similaire à 4A mais nécessite des niveaux MO / N plus élevés.
Alors que vous passez de 1A à 6A, Ajouts élémentaires - en particulier MO et N - Riche régulièrement, Boîtement de la résistance et de la résistance à la corrosion.
4. Comparaison de la composition chimique
Un examen attentif des éléments d'alliage dans les classes ASTM A890 / A995 révèle comment les changements progressifs du chrome, nickel, molybdène, et les performances d'entraînement de l'azote.
En particulier, notes 3UN (Duplex 2205 casting) et 5UN (Super-duplex 2507 casting) Présentez le passage du duplex standard à la chimie super duplex.
| Élément | Rôle | Grade 3A (J92205) | Grade 5A (J93404) |
|---|---|---|---|
| Croisement | Barrière de corrosion primaire | 24.0–26,0 poids % | 24.0–26,0 poids % |
| Dans | Stabilisateur d'austénite; dureté | 4.5–6,5 poids % | 6.0–8,0 poids % |
| MO | Ampliceur de résistance aux piqûres / crevasses | 2.5–3,5 WT % | 3.0–5.0 WT % |
| N | Force et booster de résistance aux piqûres | 0.10–0,20 poids % | 0.24–0,32 poids % |
| MN | Désoxydant; réducteur des coûts | ≤ 1.5 wt % | ≤ 1.5 wt % |
| Et | Aide à la désoxydation et à la fluidité | ≤ 1.0 wt % | ≤ 1.0 wt % |
| C | Force mais risque de carbure | ≤ 0.04 wt % | ≤ 0.03 wt % |
| P, S | Limites d'impureté | P ≤ 0.04 wt %, S ≤ 0.03 wt % | P ≤ 0.04 wt %, S ≤ 0.03 wt % |
Note: Tous les chiffres en pourcentage de poids.
Impact des coûts des éléments d'alliage
Enfin, tandis que le molybdène et l'azote augmentent nettement les performances, Ils élèvent également les coûts de matériaux bruts:
- Molybdène se vend pour $25–35 / kg contre $5–8 / kg pour nickel. UN 1 wt % L'augmentation du contenu MO ajoute approximativement $0.25–0,35 par kilogramme d'alliage.
- Azote est plus économique dans la production d'alliages mais nécessite une charge à haute pression, Augmentation de la complexité de traitement.
5. Propriétés mécaniques
Transition du maquillage chimique aux performances en cours de service, Propriétés mécaniques Déterminez comment les classes A890 / A995 résistent aux charges, impacts, et déformation.
En particulier, Notes 3UN (Duplex 2205) et 5UN (Super-duplex 2507) fournir des améliorations de force significatives par rapport aux aciers inoxydables austénitiques conventionnels, Tout en maintenant une ténacité suffisante pour les environnements dynamiques.
| Propriété | Grade 3A (J92205) | Grade 5A (J93404) | 300-Série austénitique (par exemple. 316L) |
|---|---|---|---|
| Résistance à la traction | ≥ 655 MPA (95 ksi) | ≥ 795 MPA (115 ksi) | ~ 485 MPA (70 ksi) |
| Limite d'élasticité (0.2%) | ≥ 450 MPA (65 ksi) | ≥ 550 MPA (80 ksi) | ~ 170 MPA (25 ksi) |
| Élongation | ≥ 25 % | ≥ 15 % | ≥ 40 % |
| Dureté (HRC) | ≤ 25 | ≤ 32 | ≤ 22 |
| Impact à chary (–50 ° C) | ≥ 40 J | ≥ 40 J | ≥ 20 J |
Résistance et raideur
D'abord, Les notes duplex et Super-Duplex se vantent forces tractionnées au moins 1.3–1,6 × supérieur à 316L.
Par conséquent, Les concepteurs exploitent les murs plus minces ou les assemblages plus légers sans sacrifier la capacité de chargement.
De plus, limite d'élasticité—Le stress auquel commence la déformation permanente - se lance de ~ 170 MPa en 316L à 450 MPA en grade 3A, et 550 MPA en grade 5A, offrant une résistance robuste au fluage et au flux plastique.
Ductilité et de la ténacité
Malgré leur force élevée, Ces alliages duplex conservent adéquat élongation (≥ 15–25 %). En revanche, De nombreux aciers à haute résistance souffrent de ductilité ci-dessous 10 %.
En outre, Tests à charpie en V en V à –50 ° C Confirmer les énergies d'impact ≥ 40 J, ce qui indique que les deux notes résistent à la fracture fragile même en service inférieur à zéro.
Résistance à la dureté et à l'usure
Suivant, un 25 HRC Cap sur la grade 3A et 32 HRC sur la dureté d'équilibre de grade 5a avec machinabilité et soudabilité.
En comparaison, Les aciers d'outils entièrement durcis entièrement coulés au-dessus 55 HRC mais manque de résistance à la corrosion. En pratique, ces niveaux de dureté se traduisent par Amélioration de la résistance à l'abrasion, réduire les taux d'usure jusqu'à 50 % contre 316L dans les tests d'erosion de lisier.
6. Résistance à la corrosion
Les aciers duplex et super-duplex surpassent les austénitiques dans des médias agressifs:
Corrosion générale:
Dans 3% HCl à 50 ° C, Corrode de grade 3A à < 0.05 mm / an, par rapport à ≈ 0.2 mm / an pour 316 SS (ASTM G31).
Piqûres & Résistance aux crevasses:
-
- Grade 3A (Bois ~ 32) résiste aux niveaux de chlorure pour les niveaux de chlorure jusqu'à 1 M à 25 ° C.
- Grade 5A (Bois >40) résister > 3 M chlorure dans des conditions similaires (ASTM G48).
Craquage de corrosion du stress:
Microstructures duplex - en particulier dans 5A - offrent une forte résistance au chlorure de SCC, Permettre une opération sûre jusqu'à 150 ° C.
7. Avantages des ASTM A890 / A995 Cast Duplex et Super-Duplex Aciers
Les classes ASTM A890 / A995 offrent une combinaison convaincante de propriétés qui les distinguent des aciers inoxydables conventionnels.
Ratio de force / poids élevé
- Résistance à la traction grimper 795 MPA en grade 5A et 655 MPA en grade 3A - 1.6× celui de 316 L auusténitique inoxydable (≈ 485 MPA).
- Limite d'élasticité tronçon 550 MPA (5UN) contre seulement 170 MPA pour 316 L, permettant aux concepteurs de réduire les épaisseurs de paroi jusqu'à 30% Tout en maintenant une capacité de charge équivalente.
En vertu de ce boost de force, Les composants duplex coulés pèsent moins les pressions internes plus élevées - Transporter dans des pompes plus légères, vannes, et les raccords qui ne compromettent pas la sécurité.
Corrosion supérieure et résistance à l'érosion
- Nombre équivalent de résistance aux piqûres (Bois) dépasse 40 en grade 5A et se trouve autour 32 en grade 3A, par rapport à 20 pour 316 L.
- Dans ASTM G48 tests de piqûres, Les moulages super duplex résistent aux niveaux de chlorure au-dessus 3 M à 25 ° C sans pénétration, alors que 316 L échoue à 0.5 M.
De plus, Les microstructures duplex offrent une résistance accrue à l'érosion-corrosion: Enregistrement des essais sur l'érosion de la suspension 25–40% perte de masse inférieure par rapport 316 L, Faire A890 / A995 Idéal pour gérer les flux de processus abrasifs.
Excellente résistance à la fissuration de la corrosion de contrainte
- Les alliages duplex maintiennent un équilibre 50/50 mélange de ferrite-austénite qui entrave l'initiation et la propagation du SCC.
- L'expérience sur le terrain montre zéro incident de fissuration de corrosion de contrainte dans les blocs de multiples (Grade 5A) sur 10 années de service dans des environnements riches en H₂s.
Cette fiabilité sous la charge de traction et l'attaque corrosive réduit considérablement les arrêts imprévus et les coûts de maintenance.
Fabrication et soudabilité
- Les aciers A890 / A995 coulés acceptent les charges de qualité duplex standard (ER2209, ER2594), réalisation ≥ 90% efficacité conjointe.
- Après la solution post-Weld. 1 050 ° C, Les zones de soudure récupérent l'équilibre du duplex idéal, Assurer des propriétés uniformes à travers la coulée.
Leur forme coulée permet des géométries complexes - des passages intégrés, murs fins, et les coins filetés - qui nécessiteraient une vaste usinage ou un soudage s'il était fabriqué à partir d'une assiette forgée.
Avantages coûts du cycle de vie
- Bien que les coûts de matériaux bruts se déroulent 20–30% plus que 316 L, intervalles de service prolongés (souvent 2–3 × plus long) et réduction de la fréquence de remplacement 10–20% Coût total de possession inférieur 20 années.
- Des études de cas sur les plantes de dessalement indiquent 50% moins de pannes imprévues lors de la mise à niveau de 316 L des boîtiers de pompe de grade 3A.
Par conséquent, La prime initiale pour les moulages A890 / A995 paie souvent pour lui-même grâce à des temps d'arrêt et à l'entretien minimisés.
Volyvylité d'application large
- Depuis corps de soupape de processus chimique et blocs de collecteur sous-marin à vaisseaux à osmose inverse, Ces aciers coulés fonctionnent de manière fiable à pH 0–14, températures –50 ° C à 300 ° C, et les pressions jusqu'à 35 MPA.
- Leurs antécédents éprouvés dans huile & gaz, marin, production d'électricité, et traitement industriel souligne leur statut d'alliages de référence pour les conditions de service les plus difficiles.
8. Applications et composants typiques
Traitement chimique
- Corps de soupape et capottes
- Enveloppes et séances de pompes
- Coquilles de chaleur et feuilles de tube
Huile & Gaz (Sous-marin et topside)
- Blocs de collecteur sous-marin et boîtiers de vanne-arbre de Noël
- Bides et adaptateurs de la tête de puits
- Garnitures de contrôle de contrôle et enceintes d'actionneur
Dessalement & Systèmes marins
- Boîtiers à membrane à osmose inversée
- Les pompes d'eau de mer et les anneaux de diffuseur
- En-têtes de refroidissement d'eau et tuyaux de pont
Équipement contenant de la pression
- Coquilles et têtes de réacteur à haute pression
- Pipeline coudes, t-shirts, et les brides de cou de soudure
- Regins de réservoirs cryogéniques et adaptateurs de buse
9. Conclusion
En résumé, ASTM A890 / A995 Grades 3A et 5A Offrez une combinaison convaincante de performances mécaniques et de résistance à la corrosion.
Grade 3A (Duplex 2205 casting) convient des environnements modérément corrosifs à un coût modéré,
alors que Grade 5A (Super-duplex 2507 casting) supporte le chlorure le plus dur et les conditions à haute température - bien que.
Recommandations:
- Sélectionnez Grade 3A Lorsque les niveaux de chlorure restent en dessous 1 M et température < 100 ° C; tirer parti de sa rentabilité pour les corps de pompe et de vanne.
- Choisissez de la année 5A pour le service sous-marin ou de dessalement où pren > 40 est critique; Sa résistance SCC supérieure assure de longs intervalles de service.
- Suivez les commandes de soudage rigoureuses et les traitements thermiques post-influencés pour préserver les microstructures duplex dans les composants coulés.
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