1. Introduction
CF3 en acier inoxydable, un membre de la famille en acier inoxydable en cas de distribution austénitique, est l'équivalent de coulée à faible teneur en carbone de la qualité forgée populaire 304L (US S30403).
Il est défini sous ASTM A351 et largement utilisé dans les industries où la résistance à la corrosion, soudabilité, et la coulée sont primordiales.
Le «C» dans CF3 signifie «résistant à la corrosion», "F" indique la note d'acier (304L équivalent), et le nombre "3" identifie son contenu à faible teneur en carbone (≤ 0.03%).
Historiquement, CF3 a émergé dans le cadre de la réponse aux problèmes de corrosion dans les applications riches en chlorure et à forte intensité de soudage.
L'introduction de grades à faible teneur en carbone au milieu du 20e siècle a été une étape importante qui a permis le développement de structures soudées à haute intégrité sans avoir besoin d'un traitement thermique post-slip.
En raison de sa combinaison équilibrée de rentabilité, performance, et résistance à la sensibilisation,
CF3 continue d'être stratégiquement important dans les applications en acier inoxydable à travers les produits chimiques, pétrochimique, traitement de l'eau, et les secteurs de transformation des aliments.
2. Composition chimique & Métallurgie
Composition chimique nominale
Le pourcentage de poids typique (Wt.%) des éléments d'alliage en acier inoxydable CF3, tel que défini par ASTM A351, est:
| Élément | Gamme typique (Wt.%) | Fonction |
|---|---|---|
| Chrome (Croisement) | 18.0 - 21.0% | Favorise la résistance à la corrosion par la formation de films passifs |
| Nickel (Dans) | 8.0 - 11.0% | Stabilise l'austénite, améliore la ductilité et la ténacité |
| Carbone (C) | ≤0,03% | Réduit la sensibilisation; améliore la soudabilité |
| Manganèse (MN) | ≤ 1,5% | Amélioration de l'ouvrabilité chaude; désoxydant |
| Silicium (Et) | ≤ 2,0% | Favorise la fluidité de la coulée; désoxydant |
| Phosphore (P) | ≤0,04% | Résiduel; doit être minimisé pour réduire la fragilité |
| Soufre (S) | ≤0,04% | Résiduel; excessifs peuvent réduire la ténacité |
| Fer (Fe) | Équilibre | Élément matriciel |
Le contenu à faible teneur en carbone (≤ 0.03%) atténue significative le risque de précipitations de carbure de chrome aux joints de grains pendant le soudage,
Rendre CF3 particulièrement résistant à la corrosion intergranulaire sans nécessiter un traitement thermique après le soudage.
Microstructure: Matrice austénitique & Contrôle du carbure
L'acier inoxydable CF3 a un microstructure austénitique avec un cubique centré sur le visage (FCC) treillis, qui contribue à:
- Excellente ténacité à des températures ambiantes et cryogéniques.
- Comportement non magnétique dans l'état recuit.
- Résistance à la fissuration de la corrosion des contraintes (SCC) Dans de nombreux environnements contenant du chlorure.
En raison de son faible contenu en carbone, CF3 contient carbures de chrome minimal, en particulier aux joints de grains.
Cela améliore la résistance à la sensibilisation, une condition dans laquelle les zones appauvries en chrome se forment et deviennent vulnérables à l'attaque corrosive.
Un delta de ferrite résiduelle (typiquement < 10%) peut être présent après la solidification, en particulier dans les composants coulés de sable.
ce qui aide à prévenir les fissures chaudes pendant la solidification, mais a un impact minimal sur la résistance ou la ténacité à la corrosion lorsqu'il est maintenu à des niveaux contrôlés.
3. ASTM A351 CF3 et équivalents mondiaux
| Standard | Désignation | Région | Grade équivalent |
|---|---|---|---|
| ASTM A351 | Grade CF3 | USA | Casting à faible teneur en carbone 304L |
| ASME SA-351 | Grade CF3 | USA (code de chaudière) | Compatible des navires à pression |
| DANS 10283 | Gx2crni19-11 | Union européenne | Coulé de la version de 1.4306 (304L) |
| ISO 11972 | G-x2crni19-11 | International | Équivalent harmonisé mondial |
| Il G5121 | SCS13A | Japon | 304L Grade coulé |
4. Propriétés mécaniques
| Propriété mécanique | Valeur typique |
|---|---|
| Résistance à la traction | ≥485 MPa |
| Limite d'élasticité (0.2% compenser) | ≥205 MPa |
| Élongation | ≥30% |
| Dureté | 140–190 Hb |
| Résistance à l'impact (Température ambiante) | > 100 J (Charpy en V en V) |
| Limite d'endurance en fatigue | 240–270 MPA (en l'air, brillant) |
| Résistance au fluage | Modéré jusqu'à 870 ° C |
À des températures élevées, Les limites de traction et d'élasticité diminuent progressivement, Mais l'alliage conserve une intégrité structurelle suffisante jusqu'à 400 à 500 ° C, le rendre viable pour un service thermique modéré.
5. Thermique & Propriétés physiques
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | ~ 7,9 g / cm³ |
| Conductivité thermique | ~ 16 w / m · k (à 100 ° C) |
| Coefficient d'expansion | 17.3 µm / m · ° C (20–400 ° C) |
| Résistivité électrique | 0.72 µω · m |
| Réponse magnétique | Non magnétique (recuit) |
| Résistance à l'oxydation | Bon jusqu'à ~ 800 ° C |
6. Caractéristiques de coulée de l'acier inoxydable CF3
CF3 en acier inoxydable - Équivalent de 316 - Ressentiel de la corrosion améliorée par le molybdène dans les géométries complexes.
Pour exploiter son plein potentiel, Foundries doit tenir compte de son comportement de coulée unique, de la manipulation de la fusion au contrôle de la solidification.
Fluidité & Température de versement
CF3 fond entre 1450 ° C et 1550 ° C, légèrement supérieur à CF8 en raison de son contenu MO.
À une surchauffe coulée de 1500–1560 ° C, CF3 atteint une fluidité de 220–280 mm (ISO 243), permettant le remplissage des sections à parois minces jusqu'à 4 mm.
Cependant, Une surchauffe excessive peut augmenter ramassage à gaz et oxydation, Les opérateurs limitent donc généralement la surchauffe 50 ° C liquide.
Plage de solidification & Rétrécissement
Avec un gamme de congélation d'environ 60–90 ° C, CF3 se solidifie sur un intervalle de température plus large que les alliages austénitiques simples.
Par conséquent, il présente retrait linéaire de 1.9–2.3 %, nécessitant une compensation rétractable soigneuse dans la conception de motifs.
Pour empêcher Porosité centrale, Les ingénieurs emploient solidification directionnelle: Placer des contrevenants isolés au-dessus des points chauds et l'utilisation frissons pour accélérer la congélation en sections épaisses.
Alimentation & Conception de colonne
Compte tenu de son retrait modéré, Les moulages CF3 bénéficient de l'écriture de taille pour nourrir 30–40 % de la masse de coulée qu'ils soutiennent.
La simulation thermique des éléments finis guide souvent le placement de la colonne montante, Assurer un flux métallique ininterrompu dans les zones de contrat.
En outre, manches exothermiques sur les éoutilateurs critiques prolonge la durée de vie sans augmenter le volume global de moisissure.
Dégazage, Désoxydation & Inoculation
Pour minimiser la porosité du gaz, fonderies généralement argon-purge le CF3 en fusion avant de verser.
Ils ajoutent également silicium (0.3–0.6 %) et aluminium (0.02–0.05 %) désoxydateurs, qui forment des oxydes stables et réduisent l'oxygène dissous.
Enfin, un petit inoculant rare (Par exemple, 0.03–0.05 % Fe -que) favorise bien, δ-Ferrite uniforme et empêche les microshinnes, Amélioration de la cohérence mécanique.
Méthodes de coulée appropriées pour l'acier inoxydable CF3
| Méthode de coulée | Applications typiques | Avantages | Considérations |
|---|---|---|---|
| Coulée de sable (Vert ou sans cuisson) | Corps de valve, boîtiers de pompage, brise | - rentable pour les grandes pièces - Flexible pour les conceptions variées |
- finition de surface plus rugueuse (RA 6–12 μm) - Contrôle plus stricte nécessaire pour la porosité |
| Moule de moule à coquille | Couvertures d'instrumentation, petites valves | - bonne précision dimensionnelle (± 0,3%) - finition de surface fine (RA 3-6μm) |
- Moules plus chers - Meilleur pour les pièces de petite à moyenne |
| Moulage d'investissement (Cire perdue) | Échange, accessoires médicaux, composants de haute précision | - Excellente finition de surface (Rampe < 3 μm) - Complexité géométrique élevée |
- Coût plus élevé - Limite aux pièces de petite taille |
| Casting centrifuge | Bagues, anneau, sections de tuyaux | - haute densité - faible porosité - Bonnes propriétés mécaniques dans le sens radial |
- Convient uniquement pour les pièces symétriques en rotation |
| Coulée sous vide | Composants critiques de l'aérospatiale, applications nucléaires | - oxydation réduite - Microstructure plus propre |
- Cher - nécessite un équipement spécialisé |
| Moule en céramique | Pièces complexes résistantes à la chaleur | - Excellent détail de surface - bonne précision dimensionnelle |
- Temps de préparation des moisissures plus long - Coût plus élevé |
Pratiques de traitement thermique
Après le casting, CF3 subit généralement recuit de solution dans la gamme de 1040–1120 ° C (1900–2050 ° F) suivi d'une extinction rapide. Ce processus sert à plusieurs fins:
- Dissout les carbures résiduels, Restaurer la résistance à la corrosion
- Homogénéise la microstructure, éliminer la ségrégation de la solidification
- Améliore la ductilité et la ténacité En supprimant les phases de Delta Ferrite ou cassantes
Strict contrôle de la température Pendant le recuit est critique. Les taux d'extinction insuffisants peuvent entraîner sensibilisation et épuisement du chrome aux limites des grains, compromettant la résistance à la corrosion.
7. Résistance à la corrosion
Corrosion générale
Dans des environnements neutres et légèrement acides, CF3 maintient une excellente résistance en raison de son film passif riche en chrome. Les taux de corrosion sont généralement < 0.05 mm / an dans les systèmes potables d'eau et d'eaux usées.
Résistance à la corrosion localisée
L'alliage montre de bonnes performances dans des environnements contenant des chlorures jusqu'à ~ 200 ppm:
- Nombre équivalent de résistance aux piqûres (Bois): ~ 18
- Température de piqûres critiques (Cpt): ~ 20–25 ° C (varie selon le niveau du chlorure)
Craquage de corrosion du stress (SCC)
La faible teneur en carbone de CF3 améliore la résistance au SCC dans les environnements porteurs de chlorure, en particulier dans la plage de 50 à 100 ° C, une zone de danger connue pour les notes austénitiques.
8. Fabrication & Machinabilité
Usinage CNC
Machines CF3 comparables à la forêt 304, avec un indice de machinabilité de ~ 45 % (où 304 égal 50 %).
Les magasins utilisent généralement des outils en carbure, vitesses de coupe de 100 à 150 m / min, et aliments de 0,12 à 0,18 mm / révérend, livrer des finitions de surface autour de la rampe 1.6 µm.
Soudage
Les fabricants soudent CF3 en utilisant 309 ou 312 alliages de remplissage sans préchauffer.
Recuit post-filaire à 1,050 ° C pendant une heure restaure la résistance à la corrosion, Réduire le delta-ferrite et dissoudre les carbures de la zone de soudure.
Formation & Adhésion
Bien que le taux d'emprunt de CF3 soit en retard sur celui de l'acier au carbone, il tolère les réductions de formation à froid jusqu'à 40 %.
Pour empêcher le remontée, Les concepteurs recommandent des rayons de pliage d'au moins 3 × épaisseur de matériau.
9. Applications de CF3 en acier inoxydable
Vannes, Pompes, et les raccords dans le traitement de l'eau
Dans les installations de traitement de l'eau municipale et industrielle, L'acier inoxydable CF3 est un matériau de choix pour:
- Corps de soupape et capottes
- Enveloppes et séances de pompes
- Raccords de tuyaux et accouplements
Sa résistance à la corrosion induite par le chlorure, Même dans des environnements saumâtres ou légèrement salins, Assure une longue durée de vie avec une maintenance minimale.
La faible teneur en carbone réduit le risque de sensibilisation pendant le soudage, qui est essentiel pour les systèmes retenus par pression.
Pétrochimique et huile & Composants à gaz
L'industrie du pétrole et du gaz utilise fréquemment CF3 pour pièces moulées qui rencontrent des fluides corrosifs, y compris les hydrocarbures, sulfure d'hydrogène, et des environnements riches en co₂. Les applications courantes incluent:
- Boîtiers de compresseur
- Mélanges et composants de ligne de flux
- Vannes et brides de mesure
En plus- et les systèmes intermédiaires, CF3 aide à prévenir Craquage de corrosion du stress (SCC) et piqûres, qui sont accélérés par une teneur élevée en chlorure ou un gaz aigre mouillé.
Équipement de transformation des aliments et pharmaceutique
Les systèmes de processus hygiéniques nécessitent des matériaux avec une excellente résistance à la corrosion, finition de surface lisse, et compatibilité avec les agents de nettoyage (CIP / SIP). CF3 correspond à ces exigences, le rendre adapté à:
- Vannes sanitaires et raccords de tuyaux
- Équipement de mélange et de mesure
- Dossing Pumps et boîtiers
C'est microstructure austénitique, qui reste stable même après des cycles de stérilisation répétés, aide à se rencontrer FDA et 3-Une norme sanitaire Dans les environnements de production critiques.
Production d'électricité et matériel maritime
- Composants du système de vapeur et de condensat
- Pompes d'eau de mer et pièces de soupape
- Couvertures de fin de l'échangeur de chaleur
Sa résistance à corrosion aqueuse, bioful, et oxydation à des températures élevées améliore la longévité des composants dans ces paramètres agressifs.
Dans les environnements marins, CF3 fonctionne de manière fiable dans les deux Service de surface et submergé.
Autres applications émergentes
- Systèmes de traitement de l'hydrogène: En raison de sa nature non magnétique et résistante aux fissures
- Outils de transformation humide semi-conducteurs: Où ultra-nettoyant, Des matériaux non réactifs sont nécessaires
- Composants de distribution fabriqués par additif: Pour un poids réduit et une intégration de conception complexe
10. Comparaison avec des matériaux alternatifs
La sélection de la note en acier inoxydable approprié pour une application donnée nécessite une compréhension approfondie des compromis de performance entre les options disponibles.
CF3 en acier inoxydable, Comme l'équivalent de coulé à faible carbone de 304L, est souvent comparé à des alliages apparentés tels que CF3M, CF8, CF8M, et forgé 304 inoxydable.
| Propriété | CF3 (304L coulé) | CF3M (316L coulé) | CF8 (304 Casting) | CF8M (316 Casting) | 304L Worgé |
|---|---|---|---|---|---|
| Molybdène (MO) Contenu | Non | Oui | Non | Oui | Non |
| Teneur en carbone | ≤ 0.03% (Carbone) | ≤ 0.03% (Carbone) | ≤ 0.08% | ≤ 0.08% | ≤ 0.03% (Carbone) |
| Résistance au chlorure | Modéré | Excellent | Modéré | Excellent | Modéré |
| Résistance aux piqûres (Bois) | ~ 18 | ~ 25–27 | ~ 20 | ~ 25–27 | ~ 18 |
| Résistance à la corrosion | Bien | Excellent | Modéré | Excellent | Bien |
| Soudabilité | Excellent | Excellent | Modéré | Modéré | Excellent |
| Coût | $$ | $$$ | $$ | $$$ | $$ |
| Force (Traction) | ~ 485 MPA | ~ 500 MPa | ~ 510 MPA | ~ 520 MPa | ~ 520 MPa |
| Élongation | ~ 40% | ~ 45% | ~ 45% | ~ 45% | ~ 45% |
| Formabilité | Excellent pour les pièces coulées | Excellent pour les pièces coulées | Bon pour les pièces coulées | Bon pour les pièces coulées | Excellent (pour des pièces roulées ou formées) |
| Applications | Systèmes d'eau, pièces de qualité alimentaire | Chimique, marin, offshore | Parties industrielles générales | Marin, chimique, offshore | Élevée, pièces à parois minces |
11. Conclusion
En résumé, L'acier inoxydable CF3 fusionne la résistance à la corrosion éprouvée de 304 avec la polyvalence du casting.
Sa chimie équilibrée, profil mécanique robuste, et la durabilité à long terme à long terme faire de CF3 un choix faisant autorité pour les environnements corrosifs moyens.
De plus, avec une production mondiale annuelle dépassant 50,000 tonnes et taux de ferraille sous 6 %, CF3 offre des avantages économiques et de performance.
Avoir hâte de, L'intégration de CF3 dans les flux de travail de coulée hybride-additive et d'exploration de traitements de surface promet d'étendre son enveloppe de service - l'engagement CF3 reste un alliage de pierre angulaire dans les applications industrielles.
LangIl est le choix parfait pour vos besoins de fabrication si vous avez besoin de haute qualité pièces moulées en acier inoxydable.
FAQ sur CF3 en acier inoxydable
Est en acier inoxydable CF3 adapté aux applications à haute température?
CF3 est généralement Convient aux applications à température modérée (jusqu'à environ 800 ° F ou 427 ° C).
Pour des températures plus élevées, ou quand résistance à l'oxydation à des températures élevées est essentielle,
Autres notes comme CF8M ou 316 acier inoxydable peut être plus approprié en raison de leurs propriétés améliorées à haute température.
Peut-il être soudé?
Oui, CF3 en acier inoxydable est hautement soudable. Sa faible teneur en carbone minimise le risque de formation de carbure pendant le soudage, Réduire les chances de corrosion intergranulaire.
Cependant, il est toujours recommandé d'utiliser Techniques de soudage appropriées et Traitements thermiques post-influencés Lorsque vous travaillez avec ce matériel dans des applications critiques.
CF3 est-il adapté aux applications cryogéniques?
Oui, CF3 présente une bonne ténacité à basse température, Le rendre adapté à une utilisation dans des applications cryogéniques telles que le gaz naturel liquéfié (GNL) stockage et transport.
Peut-il être traité à la chaleur?
CF3 n'est généralement pas traitable à la chaleur à des fins de renforcement. Cependant, il peut être recuit pour soulager les contraintes et améliorer la machinabilité.
Comment les acier inoxydables CF3 fonctionnent-ils dans l'eau de mer?
CF3 Offres Résistance modérée à la corrosion de l'eau de mer, Mais il n'est pas aussi résistant que CF3M ou CF8M, qui ont amélioré la résistance au chlorure en raison de la présence de molybdène.
Dans environnements marins avec haut salinité, CF3 peut en ressentir Corrosion piquante au fil du temps, Ainsi, CF3M ou CF8M pourrait être plus approprié.
Comment le CF3 en acier inoxydable doit-il être maintenu?
L'entretien régulier de l'acier inoxydable CF3 comprend:
- Nettoyage: Élimination des contaminants comme le chlore, sel, et des produits chimiques qui pourraient provoquer une corrosion localisée.
- Inspection: Vérifier les signes de tout signe de piqûres ou corrosion des crevasses, surtout dans marin ou environnements chimiques.
- Soudage: Assurer la bonne post-sound traitement thermique Pour éviter la fissuration ou la sensibilisation.
L'acier inoxydable CF3 peut-il être utilisé dans les applications de contact alimentaire?
Oui, CF3 est souvent utilisé dans équipement de transformation des aliments En raison de son résistance à la corrosion et facilité de nettoyage.
Il est conforme à FDA et 3-Une norme sanitaire, ce qui en fait un choix approprié pour sanitaire vannes, pompes, et les systèmes de tuyauterie.
