1. 導入
オフショアプラットフォームから化学処理プラントに至るまで、要求の厳しい産業環境では、材料は高強度を組み合わせる必要があります, 優れた腐食抵抗, 信頼できるファブリック性.
ASTM A890/A995 鋳造デュプレックスと超二重のステンレス鋼のグレードは、これらの厳しい要件を満たします.
この記事では、重要な区別を検証します, 化学的および機械的特性, および典型的なアプリケーション, エンジニアと調達の専門家に最適な合金選択に必要な洞察を備えています.
2. ASTM A890/A995仕様の概要
ASTM A890: に基づく [英語ユニット] (KSI, °F, で, 等), 化学組成を指定します, 二重および超二重ステンレス鋼の鋳物の機械的特性と検査要件.
ASTM A995: それはメトリックです (そして) A890のバージョン, これは、A890 Verbatimのほぼすべての条項を翻訳します, しかし、強度を変換します, 温度, サイズ, 等. MPAなどのメトリック単位に, °C, mm, 等.
ASTM A890/A995 オーステナイトフェリティックステンレス鋼で作られた鋳物をカバーします. 6つの「A」グレードに分割されます, から 1a (低合金デュプレックス) に 6a (最高の合金の超二重).
- 範囲と適用性: 標準は、ポンプハウジングなどのコンポーネントに適用されます, バルブボディ, 腐食性媒体で動作するパイプフィッティング.
- 二重対. 超二重分類:
-
- 二重 鋼 (グレード1A〜3A) 特徴〜50/50フェライト - アウストナイト微細構造.
- 超二重 鋼 (グレード4A -6A) ピット抵抗を強化するために、上昇したMOとNが含まれています.
- キャスティングvs. 錬金術の類似点: 各グレードは、錬金術に対応しています (例えば。, グレード3A →UNS J92205キャスト), 材料代替を簡素化.
3. グレードの命名法 & UNS指定
ASTMの不可解な「Na」命名は、上昇する合金の内容とパフォーマンスを反映しています:
| 学年 | 私たちをキャストします | 鍛造UN | 一般名 |
|---|---|---|---|
| 1a | J93370 | S31500 | 二重 2101 |
| 2a | J92220 | S31803 | 二重 2202 |
| 3a | J92205 | S32205 | 二重 2205 |
| 4a | J93380 | S32550 | 超二重 2509 |
| 5a | J93404 | S32750 | 超二重 2507 |
| 6a | J93380* | S32760 | 超二重 2570 |
*6Aは4Aと同様のUNSを共有しますが、より高いMO/Nレベルが必要です.
1Aから6Aに移行するとき, 特にMoとn-は着実に登録されています, 腐食抵抗と強度の向上.
4. 化学組成の比較
ASTM A890/A995グレードの合金要素をよく見ると、クロムの増分変化がどのように変化するかが明らかになります, ニッケル, モリブデン, および窒素駆動性能.
特に, 成績 3a (二重 2205 キャスト) そして 5a (超二重 2507 キャスト) 標準の二重から超二重化学へのシフトを紹介します.
| 要素 | 役割 | グレード3A (J92205) | グレード5A (J93404) |
|---|---|---|---|
| cr | 一次腐食障壁 | 24.0–26.0 wt % | 24.0–26.0 wt % |
| で | オーステナイトスタビライザー; タフネス | 4.5–6.5 wt % | 6.0–8.0 wt % |
| MO | ピッティング/隙間抵抗エンハンサー | 2.5–3.5 wt % | 3.0–5.0 wt % |
| n | 強度と孔食抵抗ブースター | 0.10–0.20 wt % | 0.24–0.32 wt % |
| Mn | デオキシジ剤; コスト削減 | ≤ 1.5 wt % | ≤ 1.5 wt % |
| そして | 脱酸化と流動性補助 | ≤ 1.0 wt % | ≤ 1.0 wt % |
| c | 強さですが、炭化物のリスク | ≤ 0.04 wt % | ≤ 0.03 wt % |
| p, s | 不純物の制限 | p≤ 0.04 wt %, s≤ 0.03 wt % | p≤ 0.04 wt %, s≤ 0.03 wt % |
注記: すべての数値は重量パーセントです.
合金要素のコストの影響
ついに, 一方、モリブデンと窒素はパフォーマンスを著しく高めます, また、生物のコストを上げます:
- モリブデン のために販売 $25–35/kg 対 $5–8/kg ニッケル用. a 1 wt % MO含有量の増加はほぼ追加されます $0.25–0.35 合金のキログラムあたり.
- 窒素 合金生産ではより経済的ですが、高圧充電が必要です, 処理の複雑さの増加.
5. 機械的特性
化学メイクからインサービスのパフォーマンスへの移行, 機械的特性は、A890/A995キャストグレードが荷重にどのように耐えるかを決定します, 影響, および変形.
特に, 成績 3a (二重 2205) そして 5a (超二重 2507) 従来のオーステナイトステンレス鋼よりも大幅な強度の改善を実現します, 動的環境に十分な靭性を維持しながら.
| 財産 | グレード3A (J92205) | グレード5A (J93404) | 300-シリーズAustenitic (例えば. 316l) |
|---|---|---|---|
| 抗張力 | ≥ 655 MPA (95 KSI) | ≥ 795 MPA (115 KSI) | 〜 485 MPA (70 KSI) |
| 降伏強度 (0.2%) | ≥ 450 MPA (65 KSI) | ≥ 550 MPA (80 KSI) | 〜 170 MPA (25 KSI) |
| 伸長 | ≥ 25 % | ≥ 15 % | ≥ 40 % |
| 硬度 (HRC) | ≤ 25 | ≤ 32 | ≤ 22 |
| シャルピーの衝撃 (–50°C) | ≥ 40 j | ≥ 40 j | ≥ 20 j |
強さと剛性
初め, 二重グレードと超二重グレードの両方が誇っています 引張強度 少なくとも 1.3–1.6× 316Lを超える.
その結果, デザイナーは、負荷をかける能力を犠牲にすることなく、より薄い壁や軽いアセンブリを活用します.
さらに, 降伏強度 - 永続的な変形が始まるストレス - 316Lの〜170 MPaからの上昇 450 MPA グレード3Aで, そして 550 MPA グレード5Aで, クリープとプラスチックの流れに堅牢な抵抗を提供します.
延性と靭性
彼らの高い強さにもかかわらず, これらの二重合金は適切に保持されます 伸長 (≥15–25 %). 対照的に, 多くの高強度鋼は、下で延性を被ります 10 %.
さらに, シャルピーv-notchテストで –50°C インパクトエネルギー≥を確認してください 40 j, これは、両方のグレードがサブゼロサービスでさえ脆性骨折に抵抗することを示しています.
硬度と耐摩耗性
次, a 25 HRC グレード3Aの上限と 32 HRC グレード5Aのバランスの硬度と機械性と溶接性.
比較すると, 完全に硬化したツールスチールは上で実行されます 55 HRCですが、耐食性がありません. 実際に, これらの硬度レベルはに変換されます 耐摩耗性の改善, 摩耗率を減らすまで 50 % スラリーエロシオンテストの316L.
6. 耐食性
デュプレックスと超二重鋼は、攻撃的なメディアでオーステニティクスを上回ります:
一般的な腐食:
で 3% hcl at 50 °C, グレード3Aの腐食 < 0.05 MM/年, ≈と比較してください 0.2 mm/year for 316 ss (ASTM G31).
ピッティング & 隙間抵抗:
-
- グレード3A (木材〜32) 塩化物レベルの孔食が抵抗します 1 m at 25 °C.
- グレード5A (木材 >40) 耐性 > 3 同様の条件下で塩化物 (ASTM G48).
ストレス腐食亀裂:
二重微細な微細構造、特に5aでは、塩化物SCCに対する高い耐性, 安全な操作を可能にします 150 °C.
7. ASTM A890/A995の利点は、デュプレックスと超二重スチールをキャストします
ASTM A890/A995キャストグレードは、従来のステンレス鋼とは一線を画す魅力的なプロパティの組み合わせを提供します.
高強度と重量の比率
- 抗張力 登ります 795 MPA グレード5Aおよび 655 MPA グレード3Aで - 近接 1.6× それ 316 lオーステナイトステンレス (≈ 485 MPA).
- 降伏強度 リーチ 550 MPA (5a) 対のみ 170 MPA のために 316 l, 設計者が壁の厚さを減らすことを可能にします 30% 同等の負荷容量を維持しながら.
この強さの増加により, 二重コンポーネントを鋳造する重量は少ないが、より高い内部圧力に耐え、軽いポンプに翻訳する, バルブ, 安全性を妥協しない継手.
優れた腐食と侵食抵抗
- ピッティング抵抗相当数 (木材) 超えて 40 グレード5Aで、周りに座っています 32 グレード3Aで, に比べ 20 のために 316 l.
- で ASTM G48 ピットテスト, 超二重鋳造物は、上記の塩化物レベルに抵抗します 3 m で 25 °C 浸透せずに, 一方 316 l失敗します 0.5 m.
さらに, 二重微細構造は、侵食腐食耐性の強化をもたらします: Slurry-Erosionトライアルの記録 25–40％ より低い質量損失と 316 l, A890/A995を作成することで、研磨プロセスストリームの処理に最適です.
優れたストレス腐食亀裂抵抗
- 二重合金はバランスを維持します 50/50 SCCの開始と伝播を妨げるフェライト - オーステナイトミックス.
- フィールドエクスペリエンスは、オフショアマニホールドブロックでのゼロストレス腐食亀裂インシデントを示しています (グレード5A) 以上 10 年 豊富な環境でのサービスの.
引張荷重と腐食性攻撃の下でのこの信頼性は、計画外のシャットダウンとメンテナンスコストを大幅に削減します.
製造と溶接性
- キャストA890/A995スチールは、標準のデュプレックスグレードフィラーを受け入れます (ER2209, ER2594), 達成 ≥ 90% 共同効率.
- 後に溶けたソリューションアニールで 1 050 °C, 溶接ゾーンは理想的な二重バランスを回復します, キャスティング全体で均一な特性を確保します.
それらのキャストフォームは、複雑な幾何学、つまり統合の通路を可能にします, 薄い壁, 角に切り分けられたコーナー - 錬金術板から作られた場合、広範囲の機械加工または溶接が必要になるでしょう.
ライフサイクルコストのメリット
- 原材料コストは実行されますが 20–30％ より高い 316 l, 拡張サービス間隔 (頻繁 2–3× 長い) 交換頻度が低下します 10–20％ 所有権の総コストが削減されます 20 年.
- 淡水化植物のケーススタディが示しています 50% アップグレードする際の計画外の停止は少なくなります 316 lグレード3Aポンプハウジングから.
その結果, A890/A995キャスティングの初期プレミアムは、最小限のダウンタイムとメンテナンスを通じて自分自身に支払うことがよくあります.
幅広いアプリケーションの汎用性
- から 化学プロセスバルブボディ そして 海底マニホールドブロック に 逆浸透容器, これらの鋳物鋼は、pH 0〜14で確実に機能します, 気温 –50°Cに 300 °C, そしてまでの圧力 35 MPA.
- 彼らの実績のある実績 油 & ガス, 海兵隊, 発電, そして 産業処理 最も過酷なサービス条件のための頼りになる合金としてのステータスを強調しています.
8. アプリケーションと典型的なコンポーネント
化学処理
- バルブボディとボンネット
- ポンプケーシングとインペラ
- 熱交換シェルとチューブシート
油 & ガス (海底とトップサイド)
- 海底マニホールドブロックとクリスマスツリーバルブハウジング
- 坑口フランジとアダプター
- コントロールバルブトリムとアクチュエータのエンクロージャー
淡水化 & 海洋システム
- 逆浸透膜ハウジング
- 海水ポンプのインピーラーとディフューザーリング
- 冷却水ヘッダーとデッキ配管
圧力含有装置
- 高圧リアクターシェルとヘッド
- パイプライン肘, ティー, 溶接ネックフランジ
- 極低温タンクライナーとノズルアダプター
9. 結論
要約すれば, ASTM A890/A995グレード3Aおよび5A 機械的性能と腐食抵抗の魅力的な組み合わせを提供する.
グレード3A (二重 2205 キャスト) 適度なコストで適度に腐食性の環境に適合します,
その間 グレード5A (超二重 2507 キャスト) 最も過酷な塩化物と高温条件に耐えますが、プレミアムにもかかわらず.
推奨事項:
- グレード3Aを選択します 塩化物のレベルが下に残っているとき 1 mと温度 < 100 °C; ポンプおよびバルブボディの費用対効果を活用します.
- グレード5Aを選択します Prenの海底または脱塩サービスの場合 > 40 重要です; その優れたSCC抵抗は、長いサービス間隔を保証します.
- 厳しい溶接コントロールに従ってください 鋳造成分に二重微細構造を保存するための溶接後の熱処理.
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