1. Introduction
CD4MCU (couramment fourni selon les spécifications de l'acier moulé telles que ASTM A890 Grade 1A pour les pièces moulées duplex avec le numéro UNS J93370) est un moulage en acier inoxydable duplex spécialement conçu qui combine une haute résistance, résistance élevée à la corrosion localisée, et bonne résistance à l'érosion/cavitation.
Sa chimie (haute teneur en chrome, molybdène, cuivre et azote avec un nickel modéré) et biphasé (ferrite + Austénite) La microstructure fait du CD4MCu un choix populaire pour les composants rotatifs exigeants en service humide (échange, tas de pompes), vannes, et autres matériels moulés où l'exposition au chlorure, une érosion ou une charge mécanique est présente.
2. Qu'est-ce que l'acier inoxydable CD4MCu?
CD4MCu est un duplex (ferritique - austénitique) acier inoxydable qualité fournie principalement sous forme de produits coulés.
Il est formulé pour donner une microstructure duplex équilibrée (≈ 35 à 55 % de ferrite typique dans les pièces moulées bien traitées) qui donne une limite d'élasticité élevée, bonne ténacité et résistance aux piqûres nettement améliorée, corrosion caverneuse et fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure par rapport aux nuances de fonte austénitique conventionnelles (Par exemple, Fonte CF8M/316).
Le « Cu » dans la désignation reflète un ajout délibéré de cuivre (≈ 2,7 à 3,3 % en poids) qui améliore la résistance à certains produits chimiques réducteurs et érosifs et améliore les performances dans les environnements cavitaires ou en boue.
Caractéristiques
- Résistance mécanique élevée (rendement nettement supérieur à celui des pièces moulées CF8M/316).
- Résistance élevée à la corrosion localisée (Mo et N boostent le PREN; le cuivre améliore le comportement dans certaines substances chimiques réductrices).
- Bonne résistance à l'érosion/cavitation pour composants humides en rotation.
- Coulée pour les géométries complexes (échange, volutes, corps de valve).
- Bonne soudabilité lorsque des procédures qualifiées et des charges correspondantes sont utilisées.
- Microstructure duplex équilibrée offre une ténacité tolérante aux dommages tout en augmentant la résistance à la fatigue par rapport à de nombreux austénitiques.
3. Composition chimique typique de l'acier inoxydable CD4MCu
| Élément | Gamme typique (Wt.%) | Rôle / commentaire |
| C | ≤ 0.04 | Maintenir à un niveau bas pour éviter la précipitation des carbures |
| Croisement | 24.5 - 26.5 | Formateur de film passif primaire; clé de la résistance générale à la corrosion |
| Dans | 4.5 - 6.5 | Austénite ancienne; aide à l'équilibre duplex |
| MO | 1.7 - 2.5 | Renforce la résistance aux piqûres et aux crevasses |
Cu |
2.7 - 3.3 | Améliore la résistance aux acides réducteurs, comportement de cavitation/érosion |
| N | 0.15 - 0.25 | Fortifiant et puissant booster de PREN |
| MN | ≤ 1.0 | Désoxydant/auxiliaire technologique |
| Et | ≤ 1.0 | Résistance à la désoxydation et à l'oxydation |
| P | ≤ 0.04 | Contrôle des impuretés |
| S | ≤ 0.03 | Faible S pour la solidité |
| Fe | Équilibre | Élément matriciel (ferrite + Austénite) |
4. Propriétés mécaniques — CD4MCu (ASTM A890 Grade 1A)
Vous trouverez ci-dessous un aperçu, présentation de qualité technique du comportement mécanique typique du CD4MCu dans les conditions d'alimentation habituelles (casting, recouvert de solution, eau- ou trempé à l'air comme spécifié par la fonderie).
Température ambiante (typique) propriétés mécaniques — CD4MCu moulé recuit en solution
| Propriété | Gamme typique (ET) | Gamme typique (impérial) | Commentaire |
| Résistance à la traction, RM | 650 - 780 MPA | 94 - 113 ksi | Dépend de la taille de la section et de la pratique de la fonderie; les sections plus lourdes ont tendance à baisser. |
| 0.2% preuve / Rendement, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 ksi | Utiliser la valeur spécifique à la chaleur pour les calculs de contraintes admissibles. |
| Élongation, UN (%) | 15 - 25 % | - | Mesuré sur des éprouvettes standards; diminue avec les sections plus lourdes et les défauts de coulée. |
| Réduction de superficie, Z (%) | 30 - 40 % (typique) | - | Indicatif d'une rupture ductile lorsque la qualité de la coulée est élevée. |
Dureté Brinell (HBW) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | Une dureté plus élevée est en corrélation avec une résistance plus élevée, mais peut signaler des problèmes microstructuraux si cela est supérieur à celui attendu.. |
| Module d'élasticité, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ksi | Utilisez ~ 200 GPa pour les calculs de rigidité, sauf si les données du fournisseur diffèrent. |
| Charpy en V en V, CVN (salle T) | Typiquement bien; préciser si fracture critique (Par exemple, Cible ≥ 20 à 40 J) | - | CVN c'est la chaleur- et dépendant de la section; exiger un test du fournisseur si la ténacité est critique. |
| Fatigue (conseils) | Endurance (spécimen lisse) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Fortement dépendant de la finition de la surface, Défauts de coulée, contraintes résiduelles et géométrie de détail. Test des composants recommandé. |
5. Propriétés physiques et thermiques de l'acier inoxydable CD4MCu
| Propriété | Valeur représentative |
| Densité | ≈ 7.80 - 7.90 g · cm⁻³ |
| Conductivité thermique (20 ° C) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Chaleur spécifique (20 ° C) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Coefficient de dilatation thermique (20–100 ° C) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻¹ |
| Module d'élasticité (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Fusion/solidus (Env.) | ~1375 – 1450 ° C (en alliage) |
6. Performance de corrosion
- Piqûres & fente: Mo de CD4MCu + N + un Cr élevé donne une forte résistance; Le PREN dans les années 30 le rend adapté aux eaux saumâtres, de nombreux systèmes d'eau de refroidissement et flux de processus contenant des chlorures à des températures modérées.
- SCC (fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure): la microstructure duplex et la fraction d'austénite inférieure confèrent une plus grande résistance au chlorure SCC que les nuances de fonte austénitiques typiques;
cependant, Un CCS peut encore survenir en cas d'associations sévères de chlorure, température et contrainte de traction. - Érosion-corrosion / cavitation: l'ajout de cuivre et la haute résistance améliorent la résistance à la corrosion assistée par l'érosion et aux piqûres de cavitation; c'est pourquoi le CD4MCu est utilisé pour les turbines et les pompes à lisier.
- Acides réducteurs: CD4MCu est plus tolérant que 316 dans certains liquides légèrement réducteurs, mais les acides réducteurs chauds concentrés peuvent nécessiter des matériaux à forte teneur en alliage ou à base de nickel.
- Limites de température: pour un service de chlorure à long terme, préférez les expositions égales ou inférieures aux niveaux validés par un dépistage en laboratoire; à des températures élevées, les taux de corrosion généralisée et les susceptibilités aux attaques localisées augmentent.
7. Caractéristiques de coulée de l'acier inoxydable CD4MCu
CD4MCu est généralement livré sous forme investissement ou moulage au sable composants.
Considérations clés en matière de casting:
- Solidification et retrait: attendez-vous à un retrait linéaire typique de l'ordre d'environ 1,2 à 2,0 % — utilisez les facteurs de retrait de fonderie pour la conception du motif. La solidification directionnelle et les colonnes montantes correctement placées évitent les cavités de retrait.
- Contrôle de la fonte: fusion par induction contrôlée, le dégazage de l'argon et la filtration céramique réduisent les gaz et les inclusions; la fusion sous vide ou ESR peut être utilisée pour les pièces moulées de la plus haute intégrité.
- Défauts de coulée courants: porosité des gaz, cavités de rétrécissement, inclusions non métalliques et fermetures à froid - évitées par un portail correct, filtration, contrôle du dégazage et du versement.
- Traitement thermique post-coulée: solution recuit (voir la rubrique 8) est nécessaire pour atteindre l’équilibre duplex souhaité et dissoudre les phases séparées. HANCHE (pressage isostatique à chaud) peut être utilisé à des fins critiques, pièces de haute intégrité pour fermer la porosité interne.
- Usinage allocations & tolérances: fournir un stock d'usinage réaliste (Par exemple, 2–Surépaisseur d'ébauche de 6 mm; moins pour les moulages de précision) et spécifier les faces critiques usinées.
8. Fabrication, Traitement thermique, et meilleures pratiques de soudage
Traitement thermique
- Solution recuit après le casting (plage de température typique autour de 1 040 à 1 100 °C; spécifications exactes de la fonderie à suivre) avec trempe rapide pour verrouiller la microstructure duplex équilibrée et dissoudre les précipités indésirables.
Certaines sources conseillent un traitement thermique autour de ~1900 °F (~1038 °C) suivi d'une trempe pour les qualités duplex coulées; suivez la fiche technique du fournisseur/fonderie pour connaître la température/le maintien/la trempe exacte.
Soudage
- La soudabilité est bonne, mais le contrôle est essentiel: utiliser des procédures de soudage qualifiées (WPS/WPQ), métaux d'apport correspondants conçus pour la chimie duplex, contrôler la température entre les passes, et limiter l'apport de chaleur pour maintenir l'équilibre des phases dans la ZAT.
- Recuit de mise en solution après soudage: pas toujours réalisable pour les assemblages terminés; si ce n'est pas possible, sélectionner des alliages d'apport appropriés et minimiser l'étendue de la ZAT pour préserver la résistance à la corrosion locale.
Usinage & formation
- L'usinabilité du CD4MCu est modérée; utiliser des outils en carbure, alimentations et liquide de refroidissement appropriés.
Les nuances duplex sont plus résistantes que les austénitiques, attendez-vous donc à une usure plus élevée des outils. Le formage à froid est limité par rapport aux austénitiques ductiles; concevoir des dessins en conséquence.
Préparation de la surface & passivation
- Après le soudage/réparation, retirez la teinte thermique et le décapage si nécessaire., puis passiver avec des procédés de passivation nitrique ou citrique pour restaurer un film passif uniforme.
9. Applications industrielles du CD4MCu (ASTM A890 Grade 1A)
CD4MCu est largement utilisé là où la géométrie moulée, une résistance élevée et une résistance améliorée à la corrosion/érosion localisée sont nécessaires:
- Composants de la pompe: échange, volutes et tubages pour eau de mer, eau saumâtre, services d'eau de refroidissement et de lisier.
- Corps de valve & garniture: vannes de régulation et d'isolement en offshore, dessalement, chimique, et systèmes de centrales électriques.
- Dessalement & équipement d'osmose inverse: matériel et raccords rotatifs exposés aux chlorures et aux conditions transitoires.
- Pulpe & équipement de papier et d'exploitation minière: pompes à lisier et composants sujets à l'usure.
- Processus chimique & Systèmes de refroidissement: où les niveaux de chlorure et la charge mécanique se combinent.
10. Avantages & Limites
Principaux avantages de CD4MCu (ASTM A890 Grade 1A)
- Résistance équilibrée et résistance à la corrosion: Limite d'élasticité deux fois supérieure à celle du 316L avec une résistance à la corrosion comparable ou supérieure dans les milieux chlorés et acides.
- Performance de service acide supérieure: Conforme à la NACE MR0175, ce qui le rend idéal pour les environnements contenant du H₂S.
- Excellente coulée: Convient aux composants de forme complexe difficiles à fabriquer via des procédés de corroyage.
- Rentabilité: 30–50% moins cher que les alliages à base de nickel (Par exemple, Hastelloy C276) tout en offrant une résistance à la corrosion similaire dans des environnements modérés.
- Se résistance à l'usure: L'ajout de cuivre améliore la résistance à l'abrasion et à l'érosion, prolonger la durée de vie dans les applications de manipulation de fluides.
Principales limites de CD4MCu (ASTM A890 Grade 1A)
- Complexité du soudage: Nécessite un contrôle strict de l’apport de chaleur et un PWHT obligatoire, augmentation des coûts de fabrication par rapport aux aciers austénitiques.
- Restriction de température: Ne convient pas pour un service continu au-dessus de 450°C en raison de la formation de phase σ.
- Sensibilité aux éléments résiduels: MN élevé (>0.8%) ou les impuretés Sn/Pb réduisent la résistance à la corrosion et augmentent le risque de fissuration.
- Ductilité inférieure à celle des aciers austénitiques: Élongation (16–24%) est inférieur à 316L (≥40%), utilisation limitante dans les applications à forte déformation.
11. Analyse comparative — CD4MCU par rapport aux alliages similaires
Les valeurs sont représentatives, uniquement à des fins de sélection et de rédaction de spécifications : utilisez toujours les MTR des fournisseurs., fiches techniques du fabricant et données de test spécifiques à l'application pour la sélection finale.
| Aspect / Alliage | CD4MCU (fonte duplex) | CF8M / Casting 316 (austénitique) | Duplex 2205 (forgé) | Base en nickel (Par exemple, C-276) |
| Points forts de la composition | Cr ~24,5–26,5; À ~4,5–6,5; Mo ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16-18; À ~10-14; Mo ~2–3 (CF8M) | Cr ~21-23; À ~4–6,5; Mo ~3; N ~0,08–0,20 | Ni et Cr très élevés; Mo important (et autres alliages) |
| PREN typique (dépistage) | ~ 30–35 (dépend de Mo/N) | ~24-27 | ~ 35–40 | >40 (varie selon l'alliage) |
| Mécanique représentative (RM / RP0.2) | RM 650-780 MPa; Rp0,2 450–550 MPa | Rm ≈ 480–620 MPa; Rp0,2 ≈ 170–300 MPa | Rm ≈ 620–880 MPa; Rp0,2 ≈ 400–520 MPa | variable RM (souvent 500 à 900 MPa); Rp0,2 dépend du grade |
| Résistance au chlorure SCC | Bien (mieux que CF8M; avantage duplex) | Modéré – sensible dans des conditions chaudes/stressées | Très bien (l'un des meilleurs choix en acier inoxydable pour SCC) | En général excellent (conçu pour les produits chimiques extrêmes) |
Piqûres / résistance aux crevasses |
Haut (MO + N + Croisement; PREN ~30s) | Modéré | Très haut | Excellent |
| Érosion / résistance à la cavitation | Bien (Cu + une résistance plus élevée améliore les performances) | Modéré | Bien (une résistance plus élevée aide) | Variable — dépend du niveau scolaire; souvent choisi pour la corrosion plutôt que l’érosion |
| Coulée / formes de produits | Excellent comme casting (échange, volutes, corps de valve) | Excellent (formes de moulage largement disponibles) | Principalement forgé (plaque, bar, tuyau); ducast duplex existe mais plus complexe | Forgé et moulé; castings possibles mais coûteux |
| Soudabilité & Comportement ZAT | Bon – nécessite des procédures qualifiées et un contrôle des zones dangereuses | Excellent (316 est indulgent) | Soudable mais nécessite un contrôle strict pour préserver l'équilibre duplex | Soudable avec des procédures qualifiées; choix de charge critique |
| Tranche de coût typique (matériel) | Moyen-haut (moins que la plupart des alliages Ni) | Inférieur (économique) | Moyen-haut (similaire à CD4MCu ou supérieur pour les spécifications élevées) | Haut (alliages haut de gamme) |
Applications typiques |
Échange, tas de pompes, corps de vannes pour eau saumâtre/eau de mer, pompes à suspension, dessalement, eau de refroidissement | Tuyauterie de procédé générale, chars, équipement sanitaire, service de chlorure modéré | Offshore, dessalement, services de chlorure à haute résistance, systèmes de pression | Réacteurs chimiques, service acide/chlorure extrême, sévérité de corrosion très élevée |
| Quand choisir | Besoin de pièces moulées complexes à haute résistance, bonne résistance aux piqûres/SCC et à l’érosion à un coût modéré | Projets axés sur les coûts où l'exposition aux chlorures est faible à modérée et où la simplicité de fabrication est souhaitée | Lorsque la résistance et la résistance au chlorure les plus élevées requises et que la forme ouvrée sont acceptables | Lorsque la chimie ou la température de service dépasse la capacité de l'acier inoxydable/duplex et que le coût du cycle de vie justifie une prime |
12. Conclusion
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A lorsque spécifié sous forme duplex coulé) est une option techniquement intéressante pour les composants moulés rotatifs et sous pression dans les milieux contenant du chlorure., services érosifs ou cavitants.
Sa structure duplex, la teneur en molybdène et en azote offre une résistance robuste aux piqûres et une tolérance au SCC, tandis que le cuivre et la haute résistance améliorent la résistance à l'érosion et aux dommages mécaniques.
Pour prendre conscience des avantages de l’alliage, pratique disciplinée de la fonderie, recuit de solution documenté, un soudage qualifié et une END appropriée sont essentiels.
Là où la chimie ou la température de service dépasse la capacité du CD4MCu, les nuances corroyées duplex ou les alliages à base de nickel doivent être évalués.
FAQ
Que signifie « CD4MCu »?
Il désigne une nuance de coulée inoxydable duplex avec des caractéristiques de composition (Croisement, MO, Cu et N) réglé pour améliorer les piqûres, Résistance au SCC et à l’érosion. Il est généralement fourni sous la référence ASTM A890 Grade 1A dans les spécifications duplex moulé..
Quelle est la différence entre CD4MCu et 2205 acier inoxydable duplex?
CD4MCu est un casting alliage duplex optimisé pour la fabrication de composants complexes, avec ajout de cuivre pour améliorer la résistance aux acides réducteurs.
2205 est un forgé alliage duplex à teneur plus élevée en azote (0.14–0,20% en poids) pour la stabilisation de l'austénite.
Bien que les deux aient des valeurs PREN similaires (~34), CD4MCu est préféré pour les moulages, et 2205 est utilisé pour les produits forgés (assiettes, tuyaux).
Le CD4MCu est-il adapté à l'eau de mer?
Oui — Le CD4MCu est largement utilisé pour l'eau de mer, applications d'eau saumâtre et d'eau de refroidissement; cependant, spécifier les tolérances de dépistage et de corrosion en laboratoire pour un service à long terme en immersion ou en zone d'éclaboussure.
Le CD4MCu peut-il être soudé sur le terrain?
Oui, mais le soudage nécessite des procédures qualifiées, métaux d'apport duplex assortis, apport de chaleur contrôlé et nettoyage/passivation après soudage. Pour les assemblages critiques, envisagez des tests de pré-qualification et de coupons soudés.
Comment CD4MCu se compare-t-il à 316 lacets?
Le CD4MCu offre une résistance supérieure et une résistance à la corrosion localisée et à la SCC nettement meilleure que les pièces moulées CF8M/316, permettant ainsi une durée de vie plus longue dans les milieux contenant du chlorure., environnements érosifs.
