1. Introduzione
CD4MCU (comunemente fornito secondo le specifiche dell'acciaio fuso come ASTM A890 Grado 1A per fusioni duplex con numero UNS J93370) è una fusione inossidabile duplex appositamente progettata che combina un'elevata resistenza, elevata resistenza alla corrosione localizzata, e buona resistenza all'erosione/cavitazione.
La sua chimica (alto contenuto di cromo, molibdeno, rame e azoto con nichel moderato) e bifase (ferrite + Austenite) la microstruttura rende CD4MCu una scelta popolare per i componenti rotanti esigenti per servizio umido (giranti, involucri di pompaggio), valvole, e altro hardware fuso in cui è esposta l'esposizione al cloruro, sono presenti erosione o carico meccanico.
2. Cos'è l'acciaio inossidabile CD4MCu?
CD4MCu è un duplex (Ferritico -Austenitico) acciaio inossidabile qualità fornita principalmente sotto forma di prodotti fusi.
È formulato per fornire una microstruttura duplex bilanciata (≈ 35–55% di ferrite tipico in getti ben lavorati) che produce un elevato limite di snervamento, buona tenacità e resistenza alla vaiolatura notevolmente migliorata, corrosione interstiziale e tensocorrosione da cloruri rispetto ai gradi austenitici convenzionali (PER ESEMPIO., CF8M/316 fuso).
Il “Cu” nella designazione riflette un'aggiunta deliberata di rame (≈ 2,7–3,3% in peso) che migliora la resistenza ad alcuni prodotti chimici riducenti ed erosivi e migliora le prestazioni in ambienti cavitanti o con fanghi.
Caratteristiche
- Elevata resistenza meccanica (resa sostanzialmente superiore rispetto ai getti CF8M/316).
- Elevata resistenza alla corrosione localizzata (Mo e N aumentano il PREN; il rame migliora il comportamento in alcune sostanze chimiche riducenti).
- Buona resistenza all'erosione/cavitazione per componenti rotanti bagnati.
- Castabilità per geometrie complesse (giranti, pergamene, corpi valvole).
- Buona saldabilità quando vengono utilizzate procedure qualificate e riempitivi corrispondenti.
- Microstruttura duplex bilanciata fornisce tenacità tollerante ai danni aumentando la resistenza alla fatica rispetto a molti austenitici.
3. Composizione chimica tipica dell'acciaio inossidabile CD4MCu
| Elemento | Gamma tipica (Wt.%) | Ruolo / commento |
| C | ≤ 0.04 | Mantenere basso per evitare la precipitazione del carburo |
| Cr | 24.5 - 26.5 | Formatore primario di film passivo; chiave per la resistenza generale alla corrosione |
| In | 4.5 - 6.5 | Ex austenite; aiuta l'equilibrio duplex |
| Mo | 1.7 - 2.5 | Rafforza la resistenza alla vaiolatura/fessure |
Cu |
2.7 - 3.3 | Migliora la resistenza agli acidi riducenti, comportamento di cavitazione/erosione |
| N | 0.15 - 0.25 | Rinforzante e potente booster del PREN |
| Mn | ≤ 1.0 | Disossidante/coadiuvante tecnologico |
| E | ≤ 1.0 | Disossidazione e resistenza all'ossidazione |
| P | ≤ 0.04 | Controllo di impurità |
| S | ≤ 0.03 | S bassa per solidità |
| Fe | Bilancia | Elemento matrice (ferrite + Austenite) |
4. Proprietà meccaniche — CD4MCu (ASTM A890 Grado 1A)
Di seguito è riportato un focus, presentazione di livello ingegneristico del tipico comportamento meccanico di CD4MCu nelle consuete condizioni di fornitura (lancio, Soluzione annealizzata, acqua- o raffreddato in aria come specificato dalla fonderia).
Temperatura ambiente (tipico) proprietà meccaniche — CD4MCu colato solubilizzato
| Proprietà | Gamma tipica (E) | Gamma tipica (imperiale) | Commento |
| Resistenza alla trazione, Rm | 650 - 780 MPA | 94 - 113 ksi | Dipende dalle dimensioni della sezione e dalla pratica di fonderia; le sezioni più pesanti tendono a diminuire. |
| 0.2% prova / Prodotto, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 ksi | Utilizzare il valore specifico del calore per i calcoli delle sollecitazioni ammissibili. |
| Allungamento, UN (%) | 15 - 25 % | - | Misurato su provini standard; diminuisce con sezioni più pesanti e difetti di fusione. |
| Riduzione dell'area, Z (%) | 30 - 40 % (tipico) | - | Indicativo di frattura duttile quando la qualità della fusione è elevata. |
Durezza Brinell (HBW) |
220 - 280 Hb | ≈ 85 - 110 HRB | Una durezza più elevata è correlata a una resistenza più elevata, ma può segnalare problemi microstrutturali se superiore a quella prevista. |
| Modulo di elasticità, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ ksi | Utilizzare ~200 GPa per i calcoli della rigidità a meno che i dati del fornitore non differiscano. |
| Charpy v-notch, CVN (stanza T) | In genere Bene; specificare se critico per la frattura (PER ESEMPIO., Obiettivo ≥ 20–40 J) | - | CVN è calore- e dipendente dalla sezione; richiedere il test del fornitore se la tenacità è fondamentale. |
| Fatica (guida) | Resistenza (esemplare liscio) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Fortemente dipendente dalla finitura superficiale, difetti di lancio, tensioni residue e geometria di dettaglio. Si consiglia di testare i componenti. |
5. Proprietà fisiche e termiche dell'acciaio inossidabile CD4MCu
| Proprietà | Valore rappresentativo |
| Densità | ≈ 7.80 - 7.90 G · cm⁻³ |
| Conducibilità termica (20 ° C.) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Calore specifico (20 ° C.) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Coefficiente di espansione termica (20–100 ° C.) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻¹ |
| Modulo di elasticità (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Fusione/solido (ca.) | ~1375 – 1450 ° C. (dipendente dalla lega) |
6. Performance di corrosione
- Accorciamento & fessura: Mo + N + l'alto contenuto di Cr conferisce una forte resistenza; Il PREN basso a 30 lo rende adatto all'acqua salmastra, molti sistemi di acqua di raffreddamento e flussi di processo contenenti cloruro a temperature moderate.
- SCC (cracking da tensocorrosione da cloruri): la microstruttura duplex e la frazione austenite inferiore conferiscono maggiore resistenza al cloruro SCC rispetto ai tipici gradi austenitici fusi;
Tuttavia, L'SCC può ancora verificarsi in caso di gravi combinazioni di cloruro, temperatura e sforzo di trazione. - Erosione-corrosione / cavitazione: L'aggiunta di rame e l'elevata resistenza migliorano la resistenza alla corrosione assistita dall'erosione e alla vaiolatura da cavitazione; ecco perché CD4MCu viene utilizzato per giranti e pompe per liquami.
- Acidi riducenti: CD4MCu è più tollerante di 316 in alcuni fluidi leggermente riducenti, ma gli acidi riducenti a caldo concentrati possono richiedere materiali di lega superiore o a base di nichel.
- Limiti di temperatura: per il servizio a lungo termine con cloruro, preferire esposizioni pari o inferiori ai livelli convalidati dallo screening di laboratorio; a temperature elevate aumentano i tassi di corrosione generalizzata e la suscettibilità agli attacchi localizzati.
7. Caratteristiche di fusione dell'acciaio inossidabile CD4MCu
CD4MCu viene generalmente fornito come investimento O getto di sabbia componenti.
Considerazioni chiave sul casting:
- Solidificazione e ritiro: aspettarsi un ritiro lineare tipico dell'ordine di ~1,2–2,0%: utilizzare fattori di ritiro della fonderia per la progettazione del modello. La solidificazione direzionale e i montanti posizionati correttamente evitano cavità da ritiro.
- Controllo della fusione: fusione ad induzione controllata, il degasaggio dell'argon e la filtrazione ceramica riducono gas e inclusioni; la fusione sotto vuoto o l'ESR possono essere utilizzate per i getti con la massima integrità.
- Difetti comuni di fusione: porosità del gas, cavità di restringimento, inclusioni non metalliche e chiusure fredde - prevenute da una corretta chiusura, filtrazione, degasaggio e controllo del versamento.
- Trattamento termico post-fusione: soluzioni ricorre (vedere la sezione 8) è necessario per raggiungere l'equilibrio duplex desiderato e dissolvere le fasi segregate. ANCA (pressatura isostatica a caldo) può essere utilizzato per la critica, parti ad alta integrità per chiudere la porosità interna.
- Lavorazione indennità & tolleranze: fornire stock di lavorazione realistici (PER ESEMPIO., 2–Tolleranza di sgrossatura di 6 mm; meno per i getti di investimento) e specificare le facce critiche lavorate.
8. Fabbricazione, Trattamento termico, e migliori pratiche di saldatura
Trattamento termico
- Soluzioni ricorre dopo il getto (intervallo di temperatura tipico intorno a 1040–1100 ° C; specifiche esatte della fonderia da seguire) con quench rapido per bloccare la microstruttura duplex bilanciata e dissolvere i precipitati indesiderati.
Alcune fonti consigliano un trattamento termico intorno ai 1900 °F circa (~1038°C) seguito dal raffreddamento per i gradi duplex fusi; seguire la scheda tecnica del fornitore/fonderia per informazioni su temperatura/mantenimento/quench esatti.
Saldatura
- La saldabilità è buona, ma il controllo è essenziale: utilizzare procedure di saldatura qualificate (WPS/WPQ), metalli d'apporto corrispondenti progettati per la chimica duplex, controllare la temperatura di interpass, e limitare l'apporto di calore per mantenere l'equilibrio di fase nella ZTA.
- Ricottura post-saldatura: non sempre praticabile per gli assemblaggi completati; se non è possibile, selezionare le leghe di riempimento appropriate e ridurre al minimo l'estensione della ZTA per preservare la resistenza alla corrosione locale.
Lavorazione & formazione
- La lavorabilità di CD4MCu è moderata; utilizzare utensili in metallo duro, alimenti e refrigerante adeguati.
Le qualità duplex sono più resistenti delle qualità austenitiche, quindi è prevista una maggiore usura dell'utensile. La formatura a freddo è limitata rispetto agli austenitici duttili; disegni di progettazione di conseguenza.
Preparazione della superficie & passivazione
- Dopo la saldatura/riparazione, rimuovere la tinta termica e il decapaggio secondo necessità, e successivamente passivare con processi di passivazione nitrica o citrica per ripristinare un film passivo uniforme.
9. Applicazioni industriali di CD4MCu (ASTM A890 Grado 1A)
CD4MCu è ampiamente utilizzato per la geometria del getto, sono richieste elevata resistenza e migliore resistenza alla corrosione/erosione localizzata:
- Componenti della pompa: giranti, volute e involucri per acqua di mare, Acqua salmastra, servizi di acqua di raffreddamento e liquami.
- Corpi valvole & ordinare: valvole di controllo e isolamento in offshore, desalinizzazione, chimico, e sistemi di centrali elettriche.
- Desalinizzazione & apparecchiature per l'osmosi inversa: ferramenta e raccordi rotanti esposti a cloruri e condizioni transitorie.
- Polpa & attrezzature per la carta e l'estrazione mineraria: pompe per liquami e componenti soggetti a usura.
- Processo chimico & sistemi di raffreddamento: dove i livelli di cloruro e il carico meccanico si combinano.
10. Vantaggi & Limitazioni
Vantaggi principali di CD4MCu (ASTM A890 Grado 1A)
- Resistenza equilibrata e resistenza alla corrosione: Carico di snervamento doppio rispetto al 316L con resistenza alla corrosione paragonabile o superiore in ambienti acidi e clorurati.
- Prestazioni di servizio acido superiori: Conforme alla NACE MR0175, rendendolo ideale per ambienti contenenti H₂S.
- Ottima castabilità: Adatto per componenti di forma complessa difficili da fabbricare tramite processi di lavorazione meccanica.
- Costo-efficacia: 30–50% più economiche rispetto alle leghe a base di nichel (PER ESEMPIO., Hastelloy C276) offrendo allo stesso tempo una resistenza alla corrosione simile in ambienti moderati.
- Resistenza all'usura: L'aggiunta di rame migliora la resistenza all'abrasione e all'erosione, prolungare la durata utile nelle applicazioni di gestione dei fluidi.
Limitazioni chiave di CD4MCu (ASTM A890 Grado 1A)
- Complessità della saldatura: Richiede un rigoroso controllo dell'apporto di calore e PWHT obbligatorio, aumento dei costi di fabbricazione rispetto agli acciai austenitici.
- Limitazione della temperatura: Non adatto per servizio continuo sopra i 450°C a causa della formazione di fase σ.
- Sensibilità agli elementi residui: Alto mn (>0.8%) o le impurità Sn/Pb riducono la resistenza alla corrosione e aumentano il rischio di fessurazione.
- Duttilità inferiore rispetto agli acciai austenitici: Allungamento (16–24%) è inferiore a 316L (≥40%), limitando l'uso in applicazioni ad alta deformazione.
11. Analisi comparativa — CD4MCU rispetto a leghe simili
I valori sono rappresentativi, solo per lo screening e la stesura delle specifiche: utilizzare sempre le MTR del fornitore, schede tecniche del produttore e dati di test specifici dell'applicazione per la selezione finale.
| Aspetto / Lega | CD4MCU (duplex fuso) | Cf8m / Lancio 316 (austenitico) | Duplex 2205 (battuto) | A base nichel (PER ESEMPIO., C-276) |
| Punti salienti della composizione | Cr ~24,5–26,5; A ~ 4,5–6,5; Mo ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16–18; Alle 10-14 circa; Mo ~2–3 (Cf8m) | Cr ~21–23; A ~ 4–6,5; Mo ~3; N ~0,08–0,20 | Ni e Cr molto alti; sostanziale Mo (e altre leghe) |
| PREN tipico (screening) | ~ 30–35 (dipende dal lunedì/notte) | ~24–27 | ~ 35–40 | >40 (varia in lega) |
| Meccanica rappresentativa (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 | Variabile Rm (spesso 500–900 MPa); Rp0.2 dipende dal grado |
| Resistenza al cloruro SCC | Bene (meglio di CF8M; beneficio duplex) | Moderato: suscettibile in condizioni di caldo/stress | Molto bene (una delle migliori scelte inossidabili per SCC) | Generalmente eccellente (progettato per le chimiche estreme) |
Accorciamento / Resistenza alla fessura |
Alto (Mo + N + Cr; PREN ~30 anni) | Moderare | Molto alto | Eccellente |
| Erosione / resistenza alla cavitazione | Bene (Cu + una maggiore resistenza migliora le prestazioni) | Moderare | Bene (una maggiore forza aiuta) | Variabile: dipende dal grado; spesso scelto per la corrosione piuttosto che per l'erosione |
| Castabilità / forme di prodotto | Ottimi come getti (giranti, pergamene, corpi valvole) | Eccellente (forme di fusione ampiamente disponibili) | Principalmente battuto (piatto, sbarra, tubo); esistono alcuni duplex cast ma più complessi | Lavorato e fuso; getti possibili ma costosi |
| Saldabilità & Comportamento HAZ | Buono: richiede procedure qualificate e controllo HAZ | Eccellente (316 è indulgente) | Saldabile ma richiede un controllo rigoroso per preservare l'equilibrio duplex | Saldabile con procedure qualificate; la scelta del riempitivo è fondamentale |
| Fascia di costo tipica (materiale) | Medio-alto (meno della maggior parte delle leghe di Ni) | Inferiore (economico) | Medio-alto (simile a CD4MCu o superiore per specifiche elevate) | Alto (leghe premium) |
Applicazioni tipiche |
Giranti, involucri di pompaggio, corpi valvola per acqua salmastra/di mare, pompe di liquame, desalinizzazione, acqua di raffreddamento | Tubazioni di processo generali, carri armati, attrezzature sanitarie, servizio moderato di cloruro | Offshore, desalinizzazione, servizi di cloruro ad alta resistenza, sistemi di pressione | Reattori chimici, servizio acido/cloruro estremo, gravità della corrosione molto elevata |
| Quando scegliere | Hai bisogno di parti fuse complesse con elevata resistenza, buona resistenza alla vaiolatura/SCC e all'erosione a costi moderati | Progetti orientati ai costi in cui l'esposizione al cloruro è bassa-moderata e si desidera la semplicità di fabbricazione | Quando è richiesta la massima resistenza e robustezza al cloruro e la forma lavorata è accettabile | Quando la chimica o la temperatura del servizio superano la capacità inossidabile/duplex e il costo del ciclo di vita giustifica il premio |
12. Conclusione
CD4MCU (ASTM A890 Grado 1A quando specificato in forma duplex fusa) è un'opzione tecnicamente interessante per componenti fusi rotanti e contenenti pressione in cuscinetti di cloruro, servizi erosivi o cavitanti.
La sua struttura duplex, il contenuto di molibdeno e azoto garantisce un'elevata resistenza alla vaiolatura e tolleranza all'SCC, mentre il rame e l'elevata resistenza migliorano la resistenza all'erosione e ai danni meccanici.
Per realizzare i vantaggi della lega, pratica disciplinata della fonderia, ricottura di soluzione documentata, sono essenziali saldature qualificate e NDE adeguate.
Dove la chimica o la temperatura di servizio supera la capacità di CD4MCu, dovrebbero essere valutati i gradi duplex per lavorazione plastica o le leghe a base di nichel.
FAQ
Cosa significa "CD4MCu".?
Denota un grado di fusione inossidabile duplex con caratteristiche di composizione (Cr, Mo, Cu e N) ottimizzato per una migliore vaiolatura, SCC e resistenza all'erosione. Viene comunemente fornito come ASTM A890 Grado 1A nelle specifiche duplex fuso.
Qual è la differenza tra CD4MCu e 2205 acciaio inossidabile duplex?
CD4MCu è un lancio lega duplex ottimizzata per la fabbricazione di componenti complessi, con aggiunta di rame per migliorare la resistenza agli acidi riducenti.
2205 è un battuto lega duplex con contenuto di azoto più elevato (0.14–0,20% in peso) per la stabilizzazione dell'austenite.
Mentre entrambi hanno valori PREN simili (~34), CD4MCu è preferito per le fusioni, E 2205 viene utilizzato per i prodotti lavorati (piatti, tubi).
CD4MCu è adatto per l'acqua di mare?
Sì, CD4MCu è ampiamente utilizzato per l'acqua di mare, applicazioni con acqua salmastra e acqua di raffreddamento; Tuttavia, specificare lo screening di laboratorio e le tolleranze contro la corrosione per il servizio immerso o in zone spruzzi a lungo termine.
CD4MCu può essere saldato sul campo?
Sì, ma la saldatura richiede procedure qualificate, metalli d'apporto duplex corrispondenti, apporto termico controllato e pulizia/passivazione post saldatura. Per gli assemblaggi critici considerare la prequalificazione e i test sui coupon saldati.
Come si confronta CD4MCu con 316 getti?
CD4MCu offre una robustezza maggiore e una resistenza alla corrosione localizzata e all'SCC significativamente migliore rispetto alle fusioni CF8M/316, consentendo una maggiore durata in ambienti contenenti cloruro, ambienti erosivi.
