1. 導入
CD4MCU (通常、UNS 番号 J93370 の二相鋳造用 ASTM A890 グレード 1A などの鋳鋼仕様に供給されます。) は、高強度を兼ね備えた、目的のために設計された二相ステンレス鋳物です。, 局部腐食に対する耐性の向上, 優れた耐エロージョン/キャビテーション性.
その化学 (高クロム, モリブデン, 銅と窒素、適度なニッケル) そして二相 (フェライト + オーステナイト) 微細構造により、CD4MCu は要求の厳しいウェットサービス回転コンポーネントに人気の選択肢となっています (インペラ, ポンプケース), バルブ, 塩化物にさらされるその他の鋳造ハードウェア, 浸食または機械的負荷が存在する.
2. CD4MCuステンレス鋼とは?
CD4MCu は、 二重 (フェライト - アウストナイト) ステンレス鋼 主に鋳造品の形で提供されるグレード.
バランスのとれた二本鎖微細構造を与えるように配合されています。 (適切に加工された鋳物では一般的に 35 ～ 55% のフェライト) 高い降伏強度が得られます, 良好な靭性と耐孔食性の大幅な向上, 従来のオーステナイト鋳造グレードと比較した隙間腐食および塩化物応力腐食割れ (例えば。, CF8M/316キャスト).
名称の「Cu」は意図的な銅の添加を反映しています。 (≈ 2.7 ～ 3.3 wt%) 特定の還元化学薬品や浸食化学薬品に対する耐性を強化し、キャビテーションやスラリー環境での性能を向上させます。.
特徴
- 高い機械的強度 (CF8M/316鋳物よりも大幅に高い歩留まり).
- 局部腐食耐性の向上 (Mo と N は PREN を高める; 銅は一部の還元化学反応における挙動を改善します).
- 優れた耐エロージョン/キャビテーション性 湿った部品の回転用.
- キャスト性 複雑なジオメトリ用 (インペラ, 巻物, バルブボディ).
- 良い溶接性 適格な手順と適合するフィラーが使用される場合.
- バランスのとれた二本鎖微細構造 多くのオーステナイトと比較して耐疲労性を向上させながら、損傷に耐える靭性を提供します.
3. CD4MCu ステンレス鋼の代表的な化学組成
| 要素 | 典型的な範囲 (wt。％) | 役割 / コメント |
| c | ≤ 0.04 | 炭化物の析出を避けるために低く保つ |
| cr | 24.5 - 26.5 | 一次不動態皮膜形成剤; 一般的な耐食性の鍵 |
| で | 4.5 - 6.5 | オーステナイトフォーマー; 二重バランスを助ける |
| MO | 1.7 - 2.5 | 耐孔食性・耐すきま性を強化 |
cu |
2.7 - 3.3 | 還元酸に対する耐性を向上させます, キャビテーション/エロージョンの挙動 |
| n | 0.15 - 0.25 | 強化剤と強力な PREN ブースター |
| Mn | ≤ 1.0 | 脱酸剤・加工助剤 |
| そして | ≤ 1.0 | 脱酸素性と耐酸化性 |
| p | ≤ 0.04 | 不純物の制御 |
| s | ≤ 0.03 | 健全性を高める低S |
| fe | バランス | マトリックス要素 (フェライト + オーステナイト) |
4. 機械的特性 — CD4MCu (ASTM A890グレード1A)
以下は焦点を絞ったものです, 通常の供給条件における CD4MCu の典型的な機械的挙動を工学レベルでプレゼンテーション (キャスト, 解決策, 水- または鋳造所の指定に従って空気焼入れ).
室温 (典型的な) 機械的特性 — 溶体化処理された鋳造 CD4MCu
| 財産 | 典型的な範囲 (そして) | 典型的な範囲 (インペリアル) | コメント |
| 抗張力, rm | 650 - 780 MPA | 94 - 113 KSI | セクションサイズと鋳造工場の慣行に依存; 重いセクションは低くなる傾向にあります. |
| 0.2% 証拠 / 収率, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 KSI | 許容応力の計算には熱固有の値を使用します. |
| 伸長, a (%) | 15 - 25 % | - | 標準試験片で測定; セクションが重い場合や鋳造欠陥がある場合は減少します. |
| 面積の削減, z (%) | 30 - 40 % (典型的な) | - | 鋳造品質が高い場合の延性破壊を示します。. |
ブリネル硬さ (HBW) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | 硬度が高いほど強度が高くなりますが、予想を上回る場合は微細構造の問題を示す可能性があります。. |
| 弾性率, e | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×103 ksi | サプライヤーのデータが異なる場合を除き、剛性の計算には ~200 GPa を使用してください. |
| シャルピーv-notch, CVN (部屋T) | 通常 良い; 破壊がクリティカルかどうかを指定する (例えば。, ≧ 20 ～ 40 J 目標) | - | CVNは熱です- セクションに依存する; 靭性が重要な場合はサプライヤーのテストが必要. |
| 倦怠感 (ガイダンス) | 持久力 (滑らかな標本) ≒0.30～0.45×Rm | - | 表面仕上げに大きく依存する, 鋳造欠陥, 残留応力と詳細な形状. コンポーネントテストの推奨. |
5. CD4MCu ステンレス鋼の物理的および熱的性質
| 財産 | 代表値 |
| 密度 | ≈ 7.80 - 7.90 g・cm⁻³ |
| 熱伝導率 (20 °C) | ≈ 12 - 16 W・m⁻¹・K⁻¹ |
| 比熱 (20 °C) | ≈ 430 - 500 J・kg⁻¹・K⁻¹ |
| 熱膨張係数 (20–100°C) | ≈ 12.0 - 13.5 ×10⁻⁶K⁻¹ |
| 弾性率 (e) | ≈ 190 - 205 GPA |
| 溶融/固相線 (約) | ～1375年 – 1450 °C (合金依存) |
6. 腐食性能
- ピッティング & 隙間: CD4MCuのモー + n + 高Crにより強い抵抗力が得られる; PREN は 30 台前半で汽水域に適しています。, 多くの冷却水システムと中程度の温度での塩化物を含むプロセス流.
- SCC (塩化物応力腐食割れ): 二相微細構造とより低いオーステナイト分率が与えられる より大きな抵抗 一般的なオーステナイト鋳造グレードよりも塩化物 SCC が多い;
しかし, SCC は、塩化物の厳しい組み合わせでも発生する可能性があります, 温度と引張応力. - エロージョン・コロージョン / キャビテーション: 銅の添加と高強度により、浸食助長腐食とキャビテーション孔食に対する耐性が向上します。; これが、CD4MCu がインペラやスラリーポンプに使用される理由です。.
- 還元酸: CD4MCu はより耐性があります。 316 若干の弱還元性流体中で, ただし、濃縮された高温還元酸には、高合金またはニッケルベースの材料が必要になる場合があります。.
- 温度制限: 長期の塩化物サービスの場合は、研究室のスクリーニングで検証されたレベル以下の暴露を好む; 高温では、全体的な腐食速度と局所的な攻撃の感受性が増加します。.
7. CD4MCuステンレス鋼の鋳造特性
CD4MCu は通常、次のように提供されます。 投資 または 砂型鋳造 コンポーネント.
キャストに関する重要な考慮事項:
- 凝固と収縮: 一般的な線形収縮は約 1.2 ～ 2.0% であることが予想されます。パターン設計には鋳造工場の収縮率を使用します。. 指向性凝固と適切に配置されたライザーにより収縮キャビティを回避.
- メルトコントロール: 制御された誘導溶解, アルゴン脱気とセラミックろ過によりガスと介在物を削減; 真空溶解または ESR は、最も完全性の高い鋳造に使用できます。.
- よくある鋳造欠陥: ガス気孔率, 収縮キャビティ, 非金属介在物とコールドシャット — 正しいゲートによって防止, 濾過, 脱気と注入制御.
- 鋳造後の熱処理: ソリューションアニール (セクションを参照 8) 望ましい二重鎖バランスを達成し、分離相を溶解するために必要です. ヒップ (熱間静水圧プレス) クリティカルな用途に使用できます, 内部の気孔を閉じるための高信頼性部品.
- 機械加工 手当 & 公差: リアルな加工ストックを提供 (例えば。, 2-6 mm の荒取り代; インベストメント鋳造の場合はこれより少ない) 加工された重要な面を指定します.
8. 製造, 熱処理, および溶接のベストプラクティス
熱処理
- ソリューションアニール キャスト後 (典型的な温度範囲は約 1040 ～ 1100 °C; 従うべき正確な鋳造仕様) 急速急冷によりバランスのとれた二本鎖微細構造を固定し、望ましくない析出物を溶解します。.
一部の情報源では、約 1900 °F 付近の熱処理を推奨しています。 (～1038℃) 続いて鋳造二相グレードの焼入れを行う; 正確な温度/保持/急冷については、サプライヤー/鋳造所のデータシートに従ってください。.
溶接
- 溶接性が良い, しかしコントロールは不可欠です: 認定された溶接手順を使用する (WPS/WPQ), 二相化学用に設計された適合する溶加材, パス間温度を制御する, 入熱を制限して、HAZ の位相バランスを維持します。.
- 溶接後の溶体化焼鈍: 完成したアセンブリでは必ずしも実用的であるとは限りません; それが不可能な場合, 適切な溶加合金を選択し、HAZ の範囲を最小限に抑えて局所的な耐腐食性を維持します。.
機械加工 & 形にする
- CD4MCu の被削性は中程度です; 超硬工具を使用する, 適切な飼料と冷却剤.
二相グレードはオーステナイト系よりも強いため、より高い工具摩耗が予想されます. 延性オーステナイトに比べて冷間成形は制限される; それに応じて図面を設計する.
表面の準備 & 危険性
- 溶接/修理後は、必要に応じてヒートティントとピクルスを除去します。, その後、窒素またはクエン酸不動態化プロセスで不動態化し、均一な不動態皮膜を復元します。.
9. CD4MCu の産業用途 (ASTM A890グレード1A)
CD4MCu は鋳造ジオメトリの場合に広く使用されています, 強度の向上と局所的な腐食/浸食耐性の向上が必要です:
- ポンプコンポーネント: インペラ, 海水用のボリュートとケーシング, 汽水, 冷却水とスラリーのサービス.
- バルブボディ & トリム: オフショアの制御弁と隔離弁, 淡水化, 化学薬品, および発電所システム.
- 淡水化 & 逆浸透装置: 塩化物および過渡条件にさらされる回転ハードウェアおよび継手.
- パルプ & 製紙および鉱山機械: スラリーポンプと摩耗しやすいコンポーネント.
- 化学プロセス & 冷却システム: 塩化物レベルと機械的負荷が組み合わされる場所.
10. 利点 & 制限
CD4MCU の主な利点 (ASTM A890グレード1A)
- バランスの取れた強度と耐食性: 316L の 2 倍の降伏強度を持ち、塩化物および酸性媒体中で同等以上の耐食性を備えています。.
- 優れたサワーサービス性能: NACE MR0175に準拠, H₂S を含む環境に最適です.
- 優れたキャスティブ可能性: 鍛造プロセスでは製造が難しい複雑な形状の部品に適しています.
- 費用対効果: 30– ニッケル基合金よりも 50% 安価 (例えば。, Hastelloy C276) 中程度の環境でも同様の耐食性を提供しながら.
- 耐摩耗性: 銅の添加により、耐摩耗性と耐浸食性が向上します, 流体を扱う用途での耐用年数を延長.
CD4MCU の主な制限事項 (ASTM A890グレード1A)
- 溶接の複雑さ: 厳密な入熱制御と必須のPWHTが必要, オーステナイト鋼と比較して製造コストが増加する.
- 温度制限: σ相形成のため450℃を超える連続使用には適さない.
- 残留元素に対する感度: 高mn (>0.8%) またはSn/Pb不純物は耐食性を低下させ、亀裂のリスクを高めます.
- オーステナイト鋼より延性が低い: 伸長 (16–24%) 316L未満です (40％以上), 変形の大きい用途での使用を制限する.
11. 比較分析 — CD4MCU 類似合金との比較
値は代表的なものです, スクリーニングと仕様草案の場合のみ — 常にサプライヤーの MTR を使用してください, メーカーのデータシートと最終選択のためのアプリケーション固有のテストデータ.
| 側面 / 合金 | CD4MCU (キャストデュプレックス) | CF8M / キャスト 316 (オーステナイト) | 二重 2205 (鍛えた) | ニッケル基 (例えば。, C-276) |
| 構成のハイライト | Cr ~24.5–26.5; ~4.5 ～ 6.5 で; Mo ~1.7 ～ 2.5; Cu ~2.7 ～ 3.3; N ~0.15 ～ 0.25 | Cr ~16–18; 〜10 ～ 14 時; 月 ~2–3 (CF8M) | Cr ~21–23; ~4 ～ 6.5 で; モ ~3; N ~0.08～0.20 | 非常に高いNiとCr; 実質的なMo (およびその他の合金化) |
| 典型的な PREN (スクリーニング) | 〜30–35 (Mo/Nに依存) | ～24～27 | 〜35–40 | >40 (合金によって異なります) |
| 代表的な機械式 (rm / RP0.2) | Rm 650 ～ 780 MPa; Rp0.2 450～550MPa | Rm ≈ 480 ～ 620 MPa; Rp0.2 ≒ 170～300MPa | Rm ≈ 620 ～ 880 MPa; Rp0.2 ≒ 400～520MPa | Rm変数 (多くの場合 500 ～ 900 MPa); グレードによりRp0.2 |
| 耐塩化物SCC性 | 良い (CF8Mよりも優れています; 二重化のメリット) | 中程度 — 高温/ストレス条件下で影響を受けやすい | とても良い (SCC に最適なステンレスの選択肢の 1 つ) | 一般的に 素晴らしい (極端な化学向けに設計) |
ピッティング / 隙間抵抗 |
高い (MO + n + cr; PREN ~30 代) | 適度 | 非常に高い | 素晴らしい |
| 侵食 / キャビテーション抵抗 | 良い (cu + 強度が高いほどパフォーマンスが向上します) | 適度 | 良い (より高い強度が役立ちます) | 変動 — グレードによって異なります; 浸食よりも腐食のために選択されることが多い |
| キャスト性 / 製品形態 | 鋳物として優れています (インペラ, 巻物, バルブボディ) | 素晴らしい (キャストフォームは広く入手可能) | 主に 鍛えた (皿, バー, パイプ); いくつかのキャスト二重が存在しますが、より複雑です | 鍛造と鋳造; 鋳造も可能だがコストがかかる |
| 溶接性 & HAZ 挙動 | 良好 - 資格のある手順と HAZ 管理が必要 | 素晴らしい (316 寛容です) | 溶接可能ですが、二重バランスを維持するために厳密な制御が必要です | 認定された手順で溶接可能; フィラーの選択は重要 |
| 典型的なコスト帯 (材料) | 中～高 (ほとんどの Ni 合金よりも少ない) | より低い (経済的) | 中～高 (CD4Mcu と同等以上のハイスペック) | 高い (プレミアム合金) |
典型的なアプリケーション |
インペラ, ポンプケース, 汽水・海水用バルブ本体, スラリーポンプ, 淡水化, 冷却水 | 一般プロセス配管, タンク, 衛生設備, 中程度の塩化物サービス | 沖合, 淡水化, 高強度塩化物サービス, 圧力システム | 化学反応器, 極度の酸/塩化物サービス, 非常に高い腐食度 |
| いつ選択するか | 高強度の複雑な鋳造部品が必要, 適度なコストで優れた孔食/SCC および耐浸食性を実現 | 塩化物への曝露が低度から中度であり、製造の簡素化が求められるコスト重視のプロジェクト | 最高の耐塩化物性と強度が必要で、鍛造形状が許容される場合 | サービスの化学的性質または温度がステンレス/二相の能力を超え、ライフサイクルコストがプレミアムを正当化する場合 |
12. 結論
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A（キャストデュプレックス形式で指定された場合）) 塩化物を含む回転および圧力がかかる鋳造部品にとって、技術的に魅力的なオプションです。, 侵食性またはキャビテーションを引き起こすサービス.
その二重構造, モリブデンと窒素の含有量により、堅牢な耐孔食性と SCC 耐性が得られ、銅と高強度により浸食や機械的損傷に対する耐性が向上します。.
合金の利点を実現するには, 規律ある鋳造工場の実践, 文書化された溶体化アニール, 資格のある溶接と適切な臨死体験が不可欠です.
使用化学物質または温度が CD4MCu の能力を超える場合, 二相鍛造グレードまたはニッケル基合金を評価する必要があります.
FAQ
「CD4MCU」とはどういう意味ですか？?
組成特徴を備えた二相ステンレス鋳造材種を指します。 (cr, MO, 銅と窒素) ピッチングを改善するために調整, SCCおよび耐浸食性. 通常、キャストデュプレックス仕様の ASTM A890 Grade 1A として供給されます。.
CD4MCu と CD4MCu の違いは何ですか 2205 デュプレックスステンレス鋼?
CD4MCu は、 キャスト 複雑な部品の製造に最適化された二相合金, 銅を添加して耐還元性を強化.
2205 aです 鍛えた 窒素含有量が高い二相合金 (0.14–0.20重量%) オーステナイト安定化用.
どちらも同様の PREN 値を持ちますが、 (~34), CD4MCu は鋳造に推奨されます, そして 2205 鍛造製品に使用されます (プレート, パイプ).
CD4MCuは海水に適していますか?
はい — CD4MCu は海水に広く使用されています, 汽水および冷却水用途; しかし, 長期の浸漬または飛沫ゾーンでの使用に備えて、実験室のスクリーニングおよび腐食代を指定します。.
CD4MCu は現場で溶接できますか?
はい - ただし、溶接には資格のある手順が必要です, 適合する二相溶加材, 制御された入熱と溶接後の洗浄/不動態化. 重要なアセンブリについては、事前認定および溶接クーポン テストを検討してください。.
CD4MCu との比較 316 キャスティング?
CD4MCu は、CF8M/316 鋳物よりも強度が高く、局部腐食および SCC 耐性が大幅に優れているため、塩化物含有環境での長寿命が可能になります。, 浸食環境.
