1. 導入
CF3ステンレス鋼, オーステナイトキャストステンレス鋼ファミリーのメンバー, 人気のある錬金格に相当する低炭素鋳造物です 304l (US S30403).
ASTM A351で定義されており、耐食性抵抗がある産業で広く使用されています, 溶接性, そして、キャスト性は最重要です.
The 「C」 CF3では、「腐食耐性」の略です, 「F」 スチールグレードを示します (304l同等), と番号 「3」 低炭素含有量を識別します (≤ 0.03%).
歴史的に, CF3は、塩化物が豊富で溶接集約型の用途における腐食問題に対する反応の一部として浮上しました.
20世紀半ばの低炭素グレードの導入は、溶接後の熱処理を必要とせずに高統合溶接構造の開発を可能にするマイルストーンでした。.
費用対効果のバランスの取れた組み合わせのため, パフォーマンス, 感作に対する抵抗,
CF3は、化学物質を介した鋳造ステンレス鋼のアプリケーションで戦略的に重要であり続けています, 石油化学, 水処理, 食品加工セクター.
2. 化学組成 & 冶金
公称化学組成
典型的な重量率 (wt。％) CF3ステンレス鋼の合金要素の, ASTM A351で定義されています, は:
| 要素 | 典型的な範囲 (wt。％) | 関数 |
|---|---|---|
| クロム (cr) | 18.0 - 21.0% | 受動的なフィルム形成を通じて耐食性を促進します |
| ニッケル (で) | 8.0 - 11.0% | オーステナイトを安定させます, 延性と靭性を改善します |
| 炭素 (c) | ≤0.03％ | 感作を減らします; 溶接性を向上させます |
| マンガン (Mn) | ≤1.5％ | 熱い作業性を向上させます; デオキシジ剤 |
| シリコン (そして) | ≤2.0％ | 鋳造の流動性を促進します; デオキシジ剤 |
| リン (p) | ≤0.04％ | 残差; 脆性を減らすために最小限に抑える必要があります |
| 硫黄 (s) | ≤0.04％ | 残差; 過剰なSは靭性を減らすことができます |
| 鉄 (fe) | バランス | マトリックス要素 |
The 低炭素含有量 (≤ 0.03%) 溶接中の穀物境界での炭化クロムの降水のリスクを大幅に軽減する,
CF3を特に、溶けた熱処理を必要とせずに顆粒間腐食に耐性がある.
微細構造: オーステナイトマトリックス & カーバイドコントロール
CF3ステンレス鋼には完全にあります オーステナイト微細構造 顔中心の立方体で (FCC) 格子, 貢献します:
- 優れたタフネス 周囲と極低温の両方で.
- 非磁性挙動 アニール状態で.
- ストレス腐食亀裂に対する耐性 (SCC) 多くの塩化物含有環境で.
炭素含有量が少ないため, CF3が含まれます 最小限の炭化物, 特に穀物の境界で.
これにより、感作に対する耐性が向上します, クロム枯渇したゾーンが形成され、腐食攻撃に対して脆弱になる条件.
いくつかの残留デルタフェライト (通常 < 10%) 固化後に存在する場合があります, 特にサンドキャストコンポーネントで.
これは、凝固中の熱い亀裂を防ぐのに役立ちます, しかし、制御されたレベルに維持すると、腐食抵抗や靭性に最小限の影響を与えます.
3. ASTM A351 CF3およびグローバル同等物
| 標準 | 指定 | 地域 | 同等のグレード |
|---|---|---|---|
| ASTM A351 | グレードCF3 | アメリカ合衆国 | 低炭素キャスト304L |
| ASME SA-351 | グレードCF3 | アメリカ合衆国 (ボイラーコード) | 圧力容器に準拠しています |
| で 10283 | GX2CRNI19-11 | 欧州連合 | のキャストバージョン 1.4306 (304l) |
| ISO 11972 | g-x2crni19-11 | 国際的 | グローバルな調和した同等物 |
| 彼はG5121 | SCS13A | 日本 | 304lキャストグレード |
4. 機械的特性
| 機械的特性 | 典型的な値 |
|---|---|
| 抗張力 | ≥485MPa |
| 降伏強度 (0.2% オフセット) | 205 MPa以上 |
| 伸長 | ≥30％ |
| 硬度 | 140–190 HB |
| 衝撃の靭性 (部屋の温度) | > 100 j (シャルピーv-notch) |
| 疲労耐久制限 | 240–270 MPa (空中, 磨きました) |
| クリープ抵抗 | 870°Cまで中程度 |
高温で, 引張強度と降伏強度は徐々に減少します, しかし、合金は最大400〜500°Cまでの十分な構造的完全性を保持しています, 中程度の熱サービスに実行可能にします.
5. サーマル & 物理的特性
| 財産 | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 〜7.9 g/cm³ |
| 熱伝導率 | 〜16 w/m・k (100°Cで) |
| 膨張係数 | 17.3 µm/m・°C (20–400°C) |
| 電気抵抗率 | 0.72 µΩ・m |
| 磁気応答 | 非磁性 (アニール) |
| 酸化抵抗 | 〜800°Cまで良い |
6. CF3ステンレス鋼の鋳造特性
CF3ステンレス鋼 - 316に相当するキャスト - モリブデン耐酸化耐性耐性を複雑な幾何学にブリング.
その可能性を最大限に活用します, Foundriesは、独自の鋳造行動を説明する必要があります, 溶融処理から固化制御まで.
流動性 & 注ぐ温度
CF3は間に溶けます 1450 °Cおよび 1550 °C, MO含有量のため、CF8よりわずかに高くなっています.
の注ぎの過熱で 1500–1560°C, CF3はの流動性を達成します 220–280 mm (ISO 243), 薄壁のセクションの塗りつぶしを可能にします 4 mm.
しかし, 過度の過熱が増加する可能性があります ガスピックアップ および酸化, したがって、オペレーターは通常、過熱を制限します 50 °C 液体.
固化範囲 & 収縮
で 凍結範囲 ほぼの 60–90°C, CF3は、単純なオーステナイト合金よりも広い温度間隔で固化します.
その結果, それは展示されます 線形収縮 の 1.9–2.3 %, パターン設計における慎重な縮小を必要とする.
防ぐため センターラインの多孔性, エンジニアは雇用しています 方向凝固: 断熱ライザーをホットスポットの上に配置して使用します 寒気 厚いセクションで凍結を加速します.
給餌 & ライザーデザイン
中程度の収縮を考えると, CF3キャスティングは、Risersサイズのフィードの恩恵を受けます 30–40 % 彼らがサポートするキャスティングミスの.
有限要素の熱シミュレーションは、多くの場合、ライザーの配置を導きます, 途切れない金属が収縮ゾーンに流れるようにします.
加えて, 発熱袖 全体的な金型の量を増やすことなく、重大なライザーが授乳を延長する寿命を延ばす.
脱気, 脱酸化 & 接種
ガスの多孔性を最小限に抑えるため, 通常、ファウンドリ Argon -Purge 注ぐ前の溶融CF3.
彼らも追加します シリコン (0.3–0.6 %) そして アルミニウム (0.02–0.05 %) デオキシジ酸剤, 安定した酸化物を形成し、溶解した酸素を減らします.
ついに, 小さい 希土類接種剤 (例えば。, 0.03–0.05 % fe-何) うまく宣伝します, 均一なΔ肥も、マイクロリンカージを防ぎます, 機械的な一貫性の向上.
CF3ステンレス鋼に適した鋳造方法
| キャスト方法 | 典型的なアプリケーション | 利点 | 考慮事項 |
|---|---|---|---|
| 砂鋳造 (グリーンまたはノーベーク) | バルブボディ, ポンプハウジング, フランジ | - 大規模な部品の費用対効果 - さまざまなデザインに柔軟です |
- 粗い表面仕上げ (RA 6〜12μm) - 多孔性に必要なより緊密な制御 |
| シェル型鋳造 | 計装カバー, 小さなバルブ | - 良好な次元精度 (±0.3％) - 細かい表面仕上げ (RA3-6μm) |
- より高価な金型 - 小規模から中型の部品に最適です |
| インベストメント鋳造 (失われたワックス) | インペラ, 医療継手, 高精度コンポーネント | - 優れた表面仕上げ (ra < 3 μm) - 幾何学的な複雑さ |
- より高いコスト - 小型部品に限定されています |
| 遠心鋳造 | ブッシング, リング, パイプセクション | - 高密度 - 低気孔率 - 放射状方向の優れた機械的特性 |
- 回転する対称部品にのみ適しています |
| 真空鋳造 | 航空宇宙の重要なコンポーネント, 核アプリケーション | - 酸化の減少 - クリーナー微細構造 |
- 高い - 特殊な機器が必要です |
| セラミック型鋳造 | 複雑な熱耐性部品 | - 優れた表面のディテール - 良好な寸法精度 |
- より長い金型の準備時間 - より高いコスト |
熱処理慣行
キャスト後, 通常、CF3が受ける ソリューションアニーリング の範囲で 1040–1120°C (1900–2050°F) 続いて、急速な水の消光が続きます. このプロセスはいくつかの目的に役立ちます:
- 残留炭化物を溶解します, 腐食抵抗の回復
- 微細構造を均質化します, 固化からの分離を排除します
- 延性と靭性を改善します デルタフェライトまたは脆性相を除去することにより
厳しい 温度制御 アニーリング中は重要です. 不十分なクエンチレートが生じる可能性があります 感作 そして クロムの枯渇 粒の境界で, 腐食抵抗の妥協.
7. 耐食性
一般的な腐食
ニュートラルで軽度の酸性環境で, CF3は、そのクロムが豊富なパッシブフィルムのために優れた耐性を維持します. 腐食率は通常です < 0.05 飲料水および廃水システムのMM/年.
局所腐食抵抗
合金は、最大200 ppmの塩化物を含む環境で良好な性能を示しています:
- ピッティング抵抗相当数 (木材): 〜18
- 臨界ピット温度 (CPT): 〜20–25°C (塩化物レベルによって異なります)
ストレス腐食亀裂 (SCC)
CF3の低炭素含有量は、塩化物を含む環境でのSCC耐性を改善します, 特に50〜100°Cの範囲で, オーステナイトグレードの既知の危険ゾーン.
8. 製造 & 加工性
CNC加工
CF3マシンは、錬金術に匹敵します 304, 〜45の加工性インデックス % (どこ 304 平等です 50 %).
ショップは通常、炭化物ツールを使用します, 100〜150 m/minの切断速度, 0.12〜0.18 mm/Revの飼料, RAの周りで表面仕上げを提供します 1.6 µm.
溶接
製造業者はCF3を使用して溶接します 309 または 312 予熱のないフィラー合金.
ポストウェルドアニーリングで 1,050 °Cで1時間、腐食抵抗が回復します, デルタフェライトの削減と溶解溶解炭化物.
形にする & 接合
CF3の作業硬化率は炭素鋼の作業速度に遅れていますが, それは、冷たい形成の削減を容認します 40 %.
スプリングバックを防ぐため, デザイナーは、少なくとも3倍の材料の厚さのベンド半径をお勧めします.
9. CF3ステンレス鋼のアプリケーション
バルブ, パンプス, 水処理におけるフィッティング
地方自治体および産業用水処理施設で, CF3ステンレス鋼は選択した材料です:
- 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
- パイプ継手とカップリング
塩化物誘発性腐食に対する耐性, 汽水または軽度の塩水環境でも, メンテナンスを最小限に抑えて長いサービス寿命を確保します.
低炭素含有量は、のリスクを減らします 溶接中の感作, これは、圧力保持システムにとって重要です.
石油化学とオイル & ガス成分
石油およびガス産業は頻繁にCF3を使用しています 腐食性液に遭遇する鋳物, 炭化水素を含む, 硫化水素, および豊富な環境. 一般的なアプリケーションには含まれます:
- コンプレッサーハウジング
- マニホールドとフローラインコンポーネント
- 計量バルブとフランジ
in up- および中流システム, CF3は予防に役立ちます ストレス腐食亀裂 (SCC) そして ピッティング, 高塩化物含有量または湿った酸っぱいガスによって加速されます.
食品加工と医薬品
衛生プロセスシステムには、優れた耐食性のある材料が必要です, 滑らかな表面仕上げ, クリーニング剤との互換性 (CIP/SIP). CF3はこれらの要件に適合します, それを適切にします:
- 衛生バルブとパイプフィッティング
- 混合機器と計量機器
- 投与ポンプとハウジング
その オーステナイト微細構造, 滅菌サイクルを繰り返した後でも安定したままです, 会うのに役立ちます FDA そして 3-衛生基準 重要な生産環境で.
発電と海洋ハードウェア
- 蒸気および凝縮液システムコンポーネント
- 海水ポンプとバルブ部品
- 熱交換器の端がカバーします
その抵抗 水性腐食, バイオフーリング, そして 高温での酸化 これらの積極的な設定でコンポーネントの寿命を強化します.
海洋環境で, CF3は両方で確実に機能します 表面および水没したサービス.
他の新興アプリケーション
- 水素処理システム: その非磁性と亀裂耐性の性質のため
- 半導体ウェット処理ツール: ウルトラクリーン, 非反応性材料が必要です
- 添加剤で製造された鋳造コンポーネント: 重量と複雑な設計統合の減少
10. 代替資料との比較
特定のアプリケーションに適切なステンレス鋼グレードを選択するには、利用可能なオプション間のパフォーマンストレードオフを深く理解する必要があります.
CF3ステンレス鋼, 304Lに相当する低炭素キャストとして, 多くの場合、関連する合金と比較されます CF3M, CF8, CF8M, そして鍛えた 304 ステンレス.
| 財産 | CF3 (304lキャスト) | CF3M (316lキャスト) | CF8 (304 キャスト) | CF8M (316 キャスト) | 304lした |
|---|---|---|---|---|---|
| モリブデン (MO) コンテンツ | いいえ | はい | いいえ | はい | いいえ |
| 炭素含有量 | ≤ 0.03% (低炭素) | ≤ 0.03% (低炭素) | ≤ 0.08% | ≤ 0.08% | ≤ 0.03% (低炭素) |
| 塩化物耐性 | 適度 | 素晴らしい | 適度 | 素晴らしい | 適度 |
| ピッティング抵抗 (木材) | 〜18 | 〜25–27 | 〜20 | 〜25–27 | 〜18 |
| 耐食性 | 良い | 素晴らしい | 適度 | 素晴らしい | 良い |
| 溶接性 | 素晴らしい | 素晴らしい | 適度 | 適度 | 素晴らしい |
| 料金 | $$ | $$$ | $$ | $$$ | $$ |
| 強さ (引張) | 〜485 MPa | 〜500 MPa | 〜510 MPa | 〜520 MPa | 〜520 MPa |
| 伸長 | 〜40％ | 〜45％ | 〜45％ | 〜45％ | 〜45％ |
| 形成性 | 鋳造部品に最適です | 鋳造部品に最適です | キャストパーツに適しています | キャストパーツに適しています | 素晴らしい (ロールまたは形成された部品用) |
| アプリケーション | 水システム, 食品グレードの部品 | 化学薬品, 海兵隊, 沖合 | 一般的な産業部品 | 海兵隊, 化学薬品, 沖合 | 高ダンスリティ, 薄壁の部品 |
11. 結論
要約すれば, CF3ステンレス鋼は、実証済みの腐食抵抗を統合します 304 キャスティングの汎用性を備えています.
そのバランスの取れた化学, 堅牢な機械プロファイル, そして実証済みの長期的な耐久性により、CF3は中型腐食環境のための権威ある選択となります.
さらに, 年間世界生産を超えています 50,000 トンとスクラップレートの下 6 %, CF3は、経済的およびパフォーマンスの両方の利点をもたらします.
楽しみにしている, CF3をハイブリッド鋳造ワークフローに統合し、表面処理を探索するサービスエンベロープを拡張することを約束します。.
ランゲ 高品質が必要な場合は、製造ニーズに最適です ステンレス鋼の鋳物.
CF3ステンレス鋼のFAQ
CF3ステンレス鋼は、高温用途に適しています?
CF3は一般的にです 中程度の温度アプリケーションに適しています (最大約800°Fまたは427°C).
より高い温度の場合, またはいつ 酸化抵抗 高温では重要です,
他の成績が好きです CF8M または 316 ステンレス鋼 高温特性が強化されているため、より適切な場合があります.
CF3を溶接できます?
はい, CF3ステンレス鋼 非常にです 溶接可能. その低炭素含有量は、溶接中の炭化物形成のリスクを最小限に抑えます, 顆粒間腐食の可能性を減らす.
しかし, 常に使用することをお勧めします 適切な溶接技術 そして 溶けた熱処理 重要なアプリケーションでこの資料を操作する場合.
CF3は極低温アプリケーションに適しています?
はい, CF3は、低温で良好な靭性を示します, 液化天然ガスなどの極低温用途での使用に適しています (lng) 保管と輸送.
CF3を熱処理できます?
CF3は一般に、強化のために熱処理できません. しかし, ストレスを和らげ、機械加工性を改善するためにアニールすることができます.
CF3ステンレス鋼は海水でどのように機能しますか?
CF3オファー 海水腐食に対する中程度の耐性, しかし、CF3MやCF8Mほど耐性はありません, の存在により塩化物耐性が向上した モリブデン.
で 海洋環境 高い 塩分, CF3はいくつかを経験するかもしれません ピット腐食 時間とともに, したがって、CF3MまたはCF8Mの方が適している可能性があります.
CF3ステンレス鋼をどのように維持する必要がありますか?
CF3ステンレス鋼の定期的なメンテナンスには含まれます:
- クリーニング: 塩素などの汚染物質の除去, 塩, 局所腐食を引き起こす可能性のある化学物質.
- 検査: の兆候を確認します ピッティング または 隙間腐食, 特に 海兵隊 または 化学環境.
- 溶接: 適切に保証します ポストウェルド 熱処理 ひび割れや感作を避けるため.
CF3ステンレス鋼は食品接触アプリケーションで使用できますか?
はい, CF3はよく使用されます 食品加工装置 そのため 耐食性 そして 掃除のしやすさ.
それは準拠しています FDA そして 3-衛生基準, それを適切な選択にします サニタリー バルブ, パンプス, および配管システム.
