腐食耐性鋳造合金の風景の中で, ASTM A217 CA15は、費用対効果の高いマルテンサイトステンレス鋼としてユニークな位置を占めています, 中程度の腐食抵抗のバランスについて評価されています, 高強度, キャスト性.
1. ASTM A217 CA15の定義: 標準と分類
ASTM A217 CA15はマルテンサイトです ステンレス鋼 ASTM A217/A217M仕様の下で標準化された鋳造グレード, 主に高温圧縮アプリケーションを対象としています.
バルブなどの重要なコンポーネントで広く使用されています, フランジ, ポンプハウジング, 石油やガスなどの産業におけるその他の圧力保持装置, 石油化学, そして発電.
その指定「CA15」は、ASTM鋳造システムの遺産を反映しています: 「CA」は腐食耐性合金を示します, 「15」は、そのクロムが豊富な組成を示します.
材料はUNS数で識別されます J91150 しばしば関連付けられています アイシ 410 錬金格の参照用.
マルテンサイトステンレス鋼として, CA15は、中程度の腐食抵抗の組み合わせを示します, 高強度,
および熱処理可能な特性, 高温や適度に攻撃的なメディアにさらされたコンポーネントに適しています.
ASTM A217に基づく分類は、化学組成の制限を指定します, 機械的特性, 熱処理要件, プロトコルをテストして、アプリケーション全体で一貫したパフォーマンスを確保します.
CA15は、マルテンサイトステンレス鋼のカテゴリに分類されます, これは、オーステナイトおよびフェライト鋳造物と区別します,
制御された熱処理を通じて強度と硬さを達成することに焦点を当てて.
この標準化により、CA15鋳物は、構造的完全性と耐食性を維持しながら、高圧および高温環境で確実に動作できるようになります。.
2. CA15ステンレス鋼の化学組成
ASTM A217 CA15はaです マルテンサイトステンレス鋼の鋳造 その特性は、強度のバランスをとるように設計された正確な化学組成によって支配されています, 硬度, および腐食抵抗.
典型的な構成範囲は次のとおりです (wt。％):
| 要素 | 典型的な範囲 (%) | 関数 / 役割 |
| 炭素 (c) | 0.40 - 0.50 | 熱処理後の硬度と強度を提供します; マルテンサイト変換を可能にします; 炭素が高いほど耐摩耗性が増加しますが、延性が低下します. |
| クロム (cr) | 12.0 - 14.0 | 耐食性を高めます; 硬化性が向上します; 高温での酸化耐性に寄与します. |
| ニッケル (で) | 0.50 - 1.50 | 靭性を改善し、マルテンサイトマトリックスの脆性を低下させます; 微細構造を安定させます. |
| マンガン (Mn) | 0.50 - 1.0 | 強度と硬さを高めます; 鋳造中にデオキシ酸剤として機能します. |
| シリコン (そして) | 0.50 - 1.0 | 強度を改善します, 硬度, および酸化抵抗; 融解中の脱酸化を支援します. |
| リン (p) | ≤ 0.04 | 一般的に望ましくない; 脆性を最小限に抑えるために制御されます. |
| 硫黄 (s) | ≤ 0.03 | 場合によっては機械性を向上させます, しかし、過度の硫黄は靭性を減らすことができます. |
| 鉄 (fe) | バランス | ベース要素; 合金のマトリックスを形成します. |
3. ASTM A217 CA15の物理的および機械的特性
| 財産 | 典型的な値 | 説明 / 意義 |
| 密度 | 7.70 - 7.85 g/cm³ | マルテンサイトステンレス鋼に典型的な中程度の密度; 体重に敏感なアプリケーションに影響します. |
| 融解範囲 | 1420 - 1480°C | バルブボディやポンプ成分などの高温用途に適した高融点. |
| 抗張力 (究極の) | 850 - 1000 MPA | 熱処理後の高強度; 高圧環境に適しています. |
| 降伏強度 (0.2% オフセット) | 550 - 700 MPA | 負荷下の塑性変形に対する耐性を示します. |
| 休憩時の伸び | 12 - 18% | 中程度の延性, 骨折なしでいくつかのプラスチック変形を可能にします. |
硬度 (HRC) |
30 - 40 (アニール); 40 - 48 (硬化) | 耐摩耗性と表面の耐久性を提供します; 熱処理によって調整できます. |
| 衝撃の靭性 (シャルピーv-notch) | 30 - 50 j | 周囲温度での合理的な靭性; オーステナイトのステンレス鋼よりも低いが、中程度の衝撃を受けている機械コンポーネントには十分. |
| 熱伝導率 | 15 - 20 w/m・k | 中程度の熱伝導率; 使用中の暖房/冷却速度に影響を与えます. |
| 熱膨張係数 | 10 - 11 ×10⁻⁶ /°C | 低拡張から中程度の拡張は、温度変化の下で寸法の安定性を維持するのに役立ちます. |
| 最大サービス温度 | 〜550°C | 高圧蒸気および高温流体用途に適しています; 上記の長期曝露は、機械的特性を減らす可能性があります. |
4. 熱処理: 微細構造の最適化
熱処理は、CA15のパフォーマンスにとって重要です, キャスト材料は比較的柔らかくて延性があるためです.
標準的な消光剤と焼き戻しサイクルはです:
- オーステナイト化: 925〜1010°Cに加熱します (1700–1850°F) 1〜2時間保持します (セクションの厚さに応じて) オーステナイトを完全に形成するために - マルテンサイトの変換を可能にする顔中心の立方相.
- 消光: 150°C未満の油または水で急速に冷却します (302°F) オーステナイトをマルテンサイトに変換します, 硬いが脆い体中心の四角い相. このステップにより、硬度が45〜50 HRCに増加します.
- 焼き戻し: 595〜705°Cに再加熱します (1100–1300°F) 2〜4時間, その後、空気を冷やします.
これにより、微細な炭化物を沈殿させることで靭性を改善しながら、硬さが20〜30 HRCに減少します (cr₂₃c₆) マルテンサイトマトリックス内で内部応力を緩和します.
強度と靭性のバランスをとるために、温度温度は調整可能です: 低温 (595°C) より高い強度を生成しますが、靭性が低くなります, 高温中 (705°C) 延性を優先します.
5. 耐食性: 機能と制限
CA15オファー 中程度の腐食抵抗 特定の環境に合わせて調整されています, 非攻撃的なアプリケーションには実用的な選択肢になります:
- 大気腐食: 乾燥または適度に湿った空気で錆びて抵抗します, の腐食率付き <0.1 都市環境でのMM/年 - 炭素鋼の範囲 (0.5–1.0 mm/年) しかし、劣っています 304 ステンレス鋼 (<0.01 MM/年).
- 高温酸化: 最大650°Cまでの空気中でうまく機能します (1200°F), 酸化速度を制限する安定した酸化クロム層を形成する <0.1 MM/年 - ボイラーコンポーネントと炉部品の批判的.
- 軽度の化学物質: アルカリ溶液を希釈します (例えば。, 10% 水酸化ナトリウム) および非酸化酸 (例えば。, 5% 硫酸) 室温で, ただし、腐食率は濃度が強くなります.
制限は注目に値します:
- 塩化物環境: 海水または高塩化物溶液の孔食と隙間の腐食に対して脆弱な (例えば。, 道路塩), 腐食速度を超えています 0.5 MM/年.
- 強酸: 濃縮酸によって急速に攻撃されます (例えば。, 塩酸) および酸化剤 (例えば。, 硝酸).
その腐食挙動は、そのクロム含有量に由来します: 穏やかな条件で保護酸化物層を形成するのに十分ですが, 層は、高クロミウム合金よりも薄いです (例えば。, 304 18〜20％Cr), 攻撃的な環境で故障する傾向があります.
6. 鋳造および製造特性
CA15のキャスティブ性とキャスティング後の加工性は、産業の魅力に貢献しています:
キャストプロセス:
CA15は優れたキャスティブを示します, いくつかの産業鋳造方法に適しています:
- 砂鋳造: 大規模に最も一般的です, バルブボディやポンプケーシングなどの厚壁コンポーネント.
スチールの流動性, マンガンとシリコンによって強化されました, 完全なカビの充填を保証し、コールドシャットや誤解などの欠陥を最小限に抑える. - インベストメント鋳造: 複雑に最適です, 高次元精度を必要とする複雑な形状, 内部パッセージとスレッド機能を含む.
- 遠心鋳造: 円筒形のコンポーネントに適しています, パイプやリングなど,
遠心力は気孔率と分離を減らすのに役立ちます, 密度と構造の完全性の向上.
溶接性:
溶接CA15は、そのマルテンサイトの性質のために困難です, これにより、暑さの影響を受けたゾーンで割れるリスクが高まります (ハズ).
残留応力を減らすために、600〜650°Cでの200〜300°Cへの予熱と溶接後の焼き戻しが必要です.
一致するフィラー金属 (例えば。, e410nimo) 溶接の完全性を改善します, 溶接されたジョイントは、ベースメタルの強度の70〜80％しか保持していませんが.
加工性:
和らげられた状態では適度に機械加工できます (20–30 HRC).
カーバイドツールは、回転と粉砕に推奨されます, 50〜70 m/minの切断速度 - オーステナイトのステンレス鋼よりも与えられていますが、硬化したツール鋼よりも速い.
7. アプリケーション: ここで、CA15が優れています
ASTM A217 CA15は、高強度を要求する産業で広く使用されているマルテンサイトステンレス鋼です,
優れた硬度, 高温での中程度の腐食抵抗.
プロパティのユニークな組み合わせにより、要求の厳しい環境における重要なコンポーネントに特に適しています.
バルブコンポーネント:
- ゲート, グローブ, バルブを確認してください: CA15は、バルブ本体に一般的に使用されます, トリム, 張力強度が高いため、ディスク (まで 930 MPA) と硬度 (20–30 HRCは強化されています).
- 高圧アプリケーション: そのマルテンサイト構造は、圧力の下で完全性を維持します 100 バー, 蒸気に理想的にします, 油, およびガスパイプライン.
- 温度抵抗: 〜540°Cまで安全に動作できます, 化学および石油化学植物の高温液に適しています.
ポンプおよびコンプレッサーコンポーネント:
- ポンプシャフトとインペラ: 優れた耐摩耗性を提供します, 加工性, および寸法の安定性.
- 遠心ポンプと高圧ポンプ: CA15は、高い機械的負荷と反復応力を処理します, 発電所の長期的な信頼性を確保する, 製油所, および産業用水システム.
油 & ガス産業:
- 坑口およびダウンホール機器: オイルにさらされた高強度および中程度の腐食抵抗スーツ成分, ガス, そして、高圧の塩水.
- 厳しいサービスバルブ: グローブとゲートバルブのCA15トリムはスラリーによる摩耗に抵抗します, 炭化水素, および研磨液.
蒸気と発電:
- ボイラーバルブとフィッティング: 機械的特性を大幅に喪失することなく、高温蒸気とサーマルサイクリングに耐えることができます.
- 産業タービンと熱交換器: コンポーネントは、周期的な熱負荷の下で構造の完全性を保持します.
一般的な産業用アプリケーション:
- 高圧継手とフランジ: 強度と硬さにより、CA15は化学プラントの重要な関節に適しています, 製油所, および淡水化植物.
- 専門キャスティング: その鋳造汎用性により、強度を組み合わせた厚壁または複雑な部分の生産が可能になります, 耐摩耗性, 中程度の腐食抵抗.
8. 基準と品質管理
ASTM A217のコンプライアンスにより、CA15鋳造が厳格な品質基準を満たすことが保証されます:
- 化学分析: CA15の各熱は、光学放出分光法を介してテストする必要があります (OES) 要素が指定された範囲内にあることを確認するには (例えば。, クロム11.5–13.5％).
- 機械的テスト: 鋳造ロットごとに引張および衝撃テストが必須です, 筋力と延性の要件への準拠を確保するために、代表的なセクションから採取した標本を使用して.
- 非破壊検査 (NDT): 臨界圧力含有部品は超音波検査を受けます (ut) 内部多孔性と磁気粒子検査を検出します (MPI) 表面亀裂を識別するため.
- 熱処理認定: 製造業者は、オーステナイトの文書を提供する必要があります, 消光,
および強化パラメーター, 温度時間プロファイルを含む, 適切な微細構造開発を確認します.
9. 代替合金との比較
高圧および高温アプリケーション用の材料を選択するとき, ASTM A217 CA15 しばしば他のステンレス鋼やマルテンサイト合金に対して評価されます.
| 財産 / 合金 | CA15 (ASTM A217) | Ca6nm | CF8 / CF8M | WCB (炭素鋼) |
| 抗張力 (MPA) | 550–750 | 500–700 | 〜450 | 400–550 |
| 降伏強度 (MPA) | 320–480 | 300–450 | 〜250 | 250–350 |
| 硬度 (HRC) | 20–30 (気性) | 18–28 | 〜15 | 14–18 |
| 耐食性 | 適度; 水, スチーム, 軽度の化学物質 | 適度; WCBよりも優れています, CF8未満 | 高い; 化学物質への曝露に最適です | 低い; さびや腐食が起こりやすい |
| 溶接性 | 適度; 予熱200〜300°C, ポストウェルド焼き戻し600〜650°C | 適度; 予言をお勧めします | 素晴らしい; 標準溶接 | 良い; 標準溶接 |
| キャスト特性 | 良い; 砂, 投資, 遠心鋳造; 中程度の複雑さ | 良い; CA15に似ています, 少し簡単です | 素晴らしい; オーステナイト, 簡単なキャスト | とても良い; シンプルな型, それほど重大な収縮 |
| 典型的なアプリケーション | バルブボディ, ポンプハウジング, 圧力容器 | パンプス, タービン成分, 中程度の圧力バルブ | 化学タンク, 配管, 腐食性環境のバルブ | 一般的な工業用バルブ, フランジ, パイプライン |
| 料金 (相対的) | 高い | 中程度の高さ | 高い | 低い |
| メモ | マルテンサイト; 良い強さと圧力能力 | マルテンサイト; 耐食性の改善 | オーステナイト; 簡単な製造, 強度が低い | 経済的, 低腐食抵抗, 非批判的な圧力成分に適しています |
10. 結論
ASTM A217 CA15は実用的です, 高強度を要求する産業用途向けの費用対効果の高いソリューション, 中程度の腐食抵抗, 高温でのキャスティブ.
そのバランスのとれた化学, 正確な熱処理と相まって, 発電に必要なパフォーマンスを提供します, 化学処理,
石油およびガス装置 - すべてが高度に配分されたステンレス鋼のコストのほんの一部.
FAQ
ASTM A217 CA15とは何ですか?
ASTM A217 CA15は、バルブなどの圧力含有アプリケーションで鋳造に一般的に使用されるマルテンサイトステンレス鋼グレードです, ポンプハウジング, および圧力容器.
ASTM A217で標準化されています, 化学組成を定義します, 機械的特性, 熱処理要件.
CA15磁気です?
はい. CA15はマルテンサイトステンレス鋼です, これは、as-as-cast条件と焼き戻し条件の両方で強磁性です.
CA15錆を実行します?
はい, CA15は、過酷な環境にさらされると錆びます, 特に塩化物や水分の存在下で.
その腐食抵抗は、オーステナイトのステンレス鋼と比較して中程度です, したがって、保護コーティングまたは定期的なメンテナンスが必要になる場合があります.
CA15鋳物の品質はどのように制御されていますか?
品質管理には化学分析が含まれます (OES), 機械的テスト (引張, インパクト),
非破壊検査 (内部多孔性のための超音波, 表面欠陥の磁気粒子), 熱処理認証.
ASTM A217のコンプライアンスは、重要なアプリケーションでの信頼性を保証します.
CA15は費用対効果が高いです?
CA15は、合金の要素と処理要件のために中程度に高価です,
しかし、強度がある高圧アプリケーションにとっては費用対効果が高くなります, 耐摩耗性, 部分的な腐食抵抗が重要です.
