1. Introduzione
In chiese ambienti industriali - che si svolgono dalle piattaforme offshore agli impianti di lavorazione chimica, i materiali devono combinare ad alta resistenza, Eccellente resistenza alla corrosione, e fabbricazione affidabile.
ASTM A890/A995 I gradi di duplex cast e acciai inossidabili super duplex soddisfano questi requisiti rigorosi.
Questo articolo esamina le loro distinzioni chiave, proprietà chimiche e meccaniche, e applicazioni tipiche, Equipaggiare ingegneri e professionisti degli appalti con le informazioni necessarie per una selezione ottimale in lega.
2. Panoramica delle specifiche ASTM A890/A995
ASTM A890: Basato su [Unità inglesi] (ksi, ° f, In, ecc.), Specifica la composizione chimica, Proprietà meccaniche e requisiti di ispezione di getti duplex e super-duplex in acciaio inossidabile.
ASTM A995: È la metrica (E) Versione di A890, che traduce quasi tutte le clausole di A890 verbatim, ma converte la forza, temperatura, misurare, ecc. in unità metriche come MPA, ° C., mm, ecc.
ASTM A890/A995 Coperture Casting fatti di acciai inossidabile austenitico-le ferritico. Si divide in sei voti "a", da 1UN (duplex di leghe inferiori) A 6UN (Super-duplex più alto).
- Ambito e applicabilità: Lo standard si applica ai componenti come gli alloggiamenti della pompa, corpi valvole, e raccordi per tubi che operano in media corrosivi.
- Duplex vs. Classificazione super-duplex:
-
- Duplex acciai (Gradi 1A - 3A) Caratteristica ~ 50/50 microstrutture austenite.
- Super-duplex acciai (Gradi 4A -6A) contenere MO e N elevati per migliorare la resistenza alla cornice.
- Casting vs. Paralleli battuti: Ogni grado corrisponde agli equivalenti battuti (PER ESEMPIO., Grado 3A → UNS J92205 Cast ↔ UNS S32205), semplificare la sostituzione materiale.
3. Nomenclatura di grado & Designazioni UNS
La denominazione criptica di "Na" di ASTM riflette il contenuto e le prestazioni in lega ascendenti:
| Grado | Gettaci | JUTTUTO UNS | Nome comune |
|---|---|---|---|
| 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 condivide un UNS simile a 4a ma richiede livelli MO/N più elevati.
Mentre passi da 1a a 6a, aggiunte elementali - in particolare mo e n - rise costantemente, potenziare la resistenza alla corrosione e la forza.
4. Confronto di composizione chimica
Uno sguardo ravvicinato agli elementi legati nei gradi ASTM A890/A995 rivela come i cambiamenti incrementali nel cromo, nichel, molibdeno, e prestazioni di azoto.
In particolare, voti 3UN (Duplex 2205 lancio) E 5UN (Super-duplex 2507 lancio) Mostra il passaggio dalla chimica duplex standard a super-duplex.
| Elemento | Ruolo | Grado 3A (J92205) | Grado 5A (J93404) |
|---|---|---|---|
| Cr | Barriera di corrosione primaria | 24.0–26,0 WT % | 24.0–26,0 WT % |
| In | Stabilizzatore austenite; tenacità | 4.5–6,5 WT % | 6.0–8.0 WT % |
| Mo | Respinger di resistenza alla crepa/fessura | 2.5–3.5 WT % | 3.0–5,0 WT % |
| N | Booster di resistenza e resistenza alla cornice | 0.10–0.20 WT % | 0.24–0.32 WT % |
| Mn | Desossidizzatore; Riduttore di costo | ≤ 1.5 Wt % | ≤ 1.5 Wt % |
| E | Disossidazione e aiuto alla fluidità | ≤ 1.0 Wt % | ≤ 1.0 Wt % |
| C | Forza ma rischio in carburo | ≤ 0.04 Wt % | ≤ 0.03 Wt % |
| P, S | Limiti di impurità | P ≤ 0.04 Wt %, S ≤ 0.03 Wt % | P ≤ 0.04 Wt %, S ≤ 0.03 Wt % |
Nota: Tutte le cifre in percentuale di peso.
Impatto del costo degli elementi di lega
Finalmente, Mentre il molibdeno e l'azoto aumentano notevolmente le prestazioni, Elevano anche i costi del materiale grezzo:
- Molibdeno vende per $25–35/kg contro $5–8/kg per nichel. UN 1 Wt % L'aumento del contenuto di MO aggiunge approssimativamente $0.25–0.35 per chilogrammo di lega.
- Azoto è più economico nella produzione in lega ma richiede una ricarica ad alta pressione, Aumentare la complessità di elaborazione.
5. Proprietà meccaniche
Transizione dal trucco chimico alle prestazioni in servizio, Le proprietà meccaniche determinano come resistono ai carichi di cast A890/A995, impatti, e deformazione.
In particolare, Voti 3UN (Duplex 2205) E 5UN (Super-duplex 2507) Fornire significativi miglioramenti della forza rispetto agli acciai inossidabili austenitici convenzionali, pur mantenendo una forza sufficiente per gli ambienti dinamici.
| Proprietà | Grado 3A (J92205) | Grado 5A (J93404) | 300-Serie Austenitic (per esempio. 316L) |
|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | ≥ 655 MPA (95 ksi) | ≥ 795 MPA (115 ksi) | ~ 485 MPA (70 ksi) |
| Forza di snervamento (0.2%) | ≥ 450 MPA (65 ksi) | ≥ 550 MPA (80 ksi) | ~ 170 MPA (25 ksi) |
| Allungamento | ≥ 25 % | ≥ 15 % | ≥ 40 % |
| Durezza (HRC) | ≤ 25 | ≤ 32 | ≤ 22 |
| Impatto charpy (–50 ° C.) | ≥ 40 J | ≥ 40 J | ≥ 20 J |
Forza e rigidità
Primo, entrambi i voti duplex e super-duplex si vantano punti di forza della trazione almeno 1.3–1,6 × superiore a 316L.
Di conseguenza, I designer sfruttano pareti più sottili o gruppi più leggeri senza sacrificare la capacità di carico.
Inoltre, forza di snervamento—Il stress alla quale inizia la deformazione permanente: deriva da ~ 170 MPA in 316L a 450 MPA in grado 3A, E 550 MPA in grado 5A, Offrire una solida resistenza al flusso di creep e di plastica.
Duttilità e tenacità
Nonostante la loro alta forza, Queste leghe duplex mantengono adeguate allungamento (≥ 15–25 %). Al contrario, Molti acciai ad alta resistenza soffrono di duttilità sotto 10 %.
Inoltre, Test v-notch charpy a –50 ° C. confermare le energie di impatto ≥ 40 J, che indica che entrambi i gradi resistono alla frattura fragile anche nel servizio sub-zero.
Resistenza alla durezza e all'usura
Prossimo, UN 25 HRC cappuccio al grado 3A e 32 HRC In grado di bilanciamento della grado 5A con macchinabilità e saldabilità.
In confronto, acciai per utensili completamente induriti funzionano sopra 55 HRC ma manca di resistenza alla corrosione. In pratica, Questi livelli di durezza si traducono Resistenza all'abrasione migliorata, Ridurre i tassi di usura fino a 50 % contro 316L nei test di erosione del liquame.
6. Resistenza alla corrosione
Gli acciai duplex e super-duplex superano gli austenitici nei media aggressivi:
Corrosione generale:
In 3% Hcl at 50 ° C., Il grado 3A corrode a < 0.05 mm/anno, rispetto a ≈ 0.2 mm/anno per 316 Ss (ASTM G31).
Accorciamento & Resistenza alla fessura:
-
- Grado 3A (Wood ~ 32) resiste a sventrare a livelli di cloruro fino a 1 M at 25 ° C..
- Grado 5A (Legna >40) resiste > 3 M cloruro in condizioni simili (ASTM G48).
Cracking della corrosione da stress:
Microstrutture duplex - specialmente in 5a - offrire elevata resistenza a cloruro SCC, consentendo un funzionamento sicuro fino a 150 ° C..
7. Vantaggi di ASTM A890/A995 Cast Duplex e Super-Duplex Steels
I gradi di cast ASTM A890/A995 offrono una convincente combinazione di proprietà che li distinguono dagli acciai inossidabili convenzionali.
Rapporto elevato di forza-peso
- Resistenza alla trazione sale a 795 MPA in grado 5a e 655 MPA In grado 3A: approssimativamente 1.6× quello di 316 L inossidabile austenitico (≈ 485 MPA).
- Forza di snervamento Raggiungi 550 MPA (5UN) contro solo 170 MPA per 316 L, consentendo ai progettisti di ridurre gli spessori delle pareti fino a 30% pur mantenendo una capacità di carico equivalente.
In virtù di questa spinta di forza, I componenti duplex di fusione pesano meno ma resistono a pressioni interne più elevate, tradotte in pompe più leggere, valvole, e raccordi che non compromettono la sicurezza.
Resistenza alla corrosione e all'erosione superiore
- Numero equivalente alla resistenza alla resistenza (Legna) supera 40 in grado 5A e si siede in giro 32 in grado 3A, rispetto a 20 per 316 L.
- In ASTM G48 Test di avvolgimento, I getti super-duplex resistono ai livelli di cloruro sopra 3 M A 25 ° C. senza penetrazione, mentre 316 L fallisce a 0.5 M.
Inoltre, Le microstrutture duplex offrono una migliore resistenza alla corrosione dell'erosione: Record di prove di slabbia 25–40% Perdita di massa inferiore rispetto a 316 L, Fare A890/A995 ideale per la gestione dei flussi di processo abrasivi.
Eccellente resistenza alla corrosione dello stress
- Le leghe duplex mantengono un equilibrio 50/50 Mix di ferrite-Austenite che impedisce l'iniziazione e la propagazione SCC.
- L'esperienza sul campo mostra zero incidenti di rottura della corrosione da stress nei blocchi di collettori offshore (Grado 5A) Sopra 10 anni di servizio in ambienti ricchi di H₂S.
Questa affidabilità in base al carico di trazione e all'attacco corrosivo riduce drasticamente gli arresti non pianificati e i costi di manutenzione.
Fabbricazione e saldabilità
- Cast A890/A995 Acciai Accetta filler duplex standard (ER2209, ER2594), raggiungere ≥ 90% efficienza articolare.
- Dopo una soluzione di soluzione post-salvata 1 050 ° C., le zone di saldatura recuperano l'equilibrio duplex ideale, Garantire proprietà uniformi attraverso il casting.
La loro forma di cast consente geometrie complesse: passaggi integrali, pareti sottili, e angoli filettati: richiederebbero una vasta lavorazione o saldatura se fatta con una piastra battuta.
Vantaggi per i costi del ciclo di vita
- Sebbene i costi di materiale grezzo siano eseguiti 20–30% più alto di 316 L, Intervalli di servizio estesi (Spesso 2–3 × più lungo) e riduzione della frequenza di sostituzione consegna 10–20% Costo totale inferiore di proprietà 20 anni.
- Casi di studio sulle piante di desalinizzazione indicano 50% meno interruzioni non pianificate durante l'aggiornamento da 316 Alloggi per pompe da L a grado 3A.
Di conseguenza, Il premio iniziale per i getti A890/A995 spesso paga da solo attraverso tempi di inattività e manutenzione ridotti.
Ampia versatilità dell'applicazione
- Da corpi di valvola di processo chimico E Blocchi di molteplici sottomarini A vasi di osmosi inversa, Questi acciai per cast si esibiscono in modo affidabile attraverso il pH 0–14, temperature –50 ° C a 300 ° C., e pressioni fino a 35 MPA.
- Il loro comprovato track record in olio & gas, marino, generazione di energia, E trasformazione industriale sottolinea il loro status di leghe di riferimento per le condizioni di servizio più difficili.
8. Applicazioni e componenti tipici
Elaborazione chimica
- Corpi di valvole e cofanetti
- Pompe involuta e giranti
- Gusci di scambiatore di calore e fogli di tubo
Olio & Gas (Sottomarino e topside)
- Blocchi di molteplici sottomarini e alloggiamenti delle valvole per alberi di Natale
- Flange e adattatori Wellhead
- Trime di controllo controllate e recinti attuatori
Desalinizzazione & Sistemi marini
- Alloggi a membrana inversa-osmosi
- Giranti per pompe per acqua di mare e anelli di diffusore
- Teste di acqua di raffreddamento e tubazioni del ponte
Attrezzatura contenente pressione
- Conchiglie e teste del reattore ad alta pressione
- Gomiti di pipeline, magliette, e flange al collo di saldatura
- Cripper del serbatoio criogenico e adattatori ugelli
9. Conclusione
In sintesi, ASTM A890/A995 Gradi 3A e 5A Offrire una convincente combinazione di prestazioni meccaniche e resistenza alla corrosione.
Grado 3A (Duplex 2205 lancio) si adatta a ambienti moderatamente corrosivi a un costo moderato,
Mentre Grado 5A (Super-duplex 2507 lancio) Restringe il cloruro più duro e le condizioni ad alta temperatura, anche se a un premio.
Raccomandazioni:
- Seleziona Grado 3A Quando i livelli di cloruro rimangono sotto 1 M e temperatura < 100 ° C.; Sfrutta il suo rapporto costo-efficacia per i corpi di pompa e valvole.
- Scegli Grado 5A per il servizio sottomarino o di dissalazione dove Pren > 40 è critico; La sua resistenza SCC superiore garantisce lunghi intervalli di servizio.
- Segui severi controlli di saldatura e trattamenti di calore post-saldati per preservare le microstrutture duplex nei componenti del cast.
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