1. Introduksjon
CD4MCU (vanligvis levert til spesifikasjoner for støpestål som ASTM A890 Grade 1A for dupleksstøpegods med UNS-nummer J93370) er en spesialkonstruert dupleks rustfri støping som kombinerer høy styrke, økt motstand mot lokal korrosjon, og god erosjons-/kavitasjonsmotstand.
Dens kjemi (høyt krom, Molybden, kobber og nitrogen med moderat nikkel) og to-fase (ferritt + Austenitt) mikrostruktur gjør CD4MCu til et populært valg for krevende roterende komponenter med våt service (løpehjul, Pumpekabinetter), ventiler, og annen støpt maskinvare hvor klorideksponering, erosjon eller mekanisk belastning er tilstede.
2. Hva er CD4MCu rustfritt stål?
CD4MCu er en dupleks (Ferritisk - austenittisk) rustfritt stål karakter gitt hovedsakelig i støpte produktformer.
Den er formulert for å gi en balansert dupleks mikrostruktur (≈ 35–55 % ferritt typisk i godt bearbeidet støpegods) som gir høy flytegrense, god seighet og betydelig forbedret motstand mot gropdannelse, sprekkkorrosjon og kloridspenningskorrosjonssprekker i forhold til konvensjonelle austenittiske støpekvaliteter (F.eks., CF8M/316 støpt).
"Cu" i betegnelsen reflekterer en bevisst kobbertilsetning (≈ 2,7–3,3 vekt%) som øker motstanden mot visse reduserende og erosive kjemier og forbedrer ytelsen i kaviterende eller slurry-miljøer.
Funksjoner
- Høy mekanisk styrke (utbytte vesentlig høyere enn CF8M/316 støpegods).
- Økt lokalisert korrosjonsbestandighet (Mo og N øker PREN; kobber forbedrer oppførselen i noen reduserende kjemi).
- God erosjons-/kavitasjonsmotstand for roterende våte komponenter.
- Støptbarhet for komplekse geometrier (løpehjul, ruller, Ventillegemer).
- God sveisbarhet når kvalifiserte prosedyrer og matchende fyllstoffer brukes.
- Balansert dupleks mikrostruktur gir skadetolerant seighet samtidig som den øker utmattelsesmotstanden kontra mange austenitter.
3. Typisk kjemisk sammensetning av CD4MCu rustfritt stål
| Element | Typisk område (vekt%) | Rolle / kommentar |
| C | ≤ 0.04 | Hold lavt for å unngå karbidutfelling |
| Cr | 24.5 - 26.5 | Primær passiv-film tidligere; nøkkelen til generell korrosjonsbestandighet |
| I | 4.5 - 6.5 | Austenitt tidligere; hjelper dupleksbalansen |
| Mo | 1.7 - 2.5 | Styrker motstand mot grop/sprekker |
Cu |
2.7 - 3.3 | Forbedrer motstanden mot reduserende syrer, kavitasjons/erosjonsadferd |
| N | 0.15 - 0.25 | Styrker og kraftig PREN booster |
| Mn | ≤ 1.0 | Deoksideringsmiddel/prosesseringshjelpemiddel |
| Og | ≤ 1.0 | Deoksidasjons- og oksidasjonsmotstand |
| P | ≤ 0.04 | Urenhetskontroll |
| S | ≤ 0.03 | Lav S for forsvarlighet |
| Fe | Balansere | Matriseelement (ferritt + Austenitt) |
4. Mekaniske egenskaper — CD4MCu (ASTM A890 klasse 1A)
Nedenfor er en fokusert, ingeniørgrad presentasjon av den typiske mekaniske oppførselen til CD4MCu i vanlig forsyningstilstand (støpe, Løsningsannalert, vann- eller luftkjølt som spesifisert av støperiet).
Romtemperatur (typisk) mekaniske egenskaper — løsningsglødet støpt CD4MCu
| Eiendom | Typisk område (OG) | Typisk område (keiserlige) | Kommentar |
| Strekkfasthet, Rm | 650 - 780 MPA | 94 - 113 KSI | Avhengig av seksjonsstørrelse og støperipraksis; tyngre partier trender lavere. |
| 0.2% bevis / Avkastning, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 KSI | Bruk varmespesifikk verdi for tillatte spenningsberegninger. |
| Forlengelse, EN (%) | 15 - 25 % | - | Målt på standard testprøver; avtar ved tyngre partier og støpefeil. |
| Reduksjon av areal, Z (%) | 30 - 40 % (typisk) | - | Indikasjon på duktilt brudd når støpekvaliteten er høy. |
Brinell hardhet (HBW) |
220 - 280 Hb | ≈ 85 - 110 HRB | Høyere hardhet korrelerer med høyere styrke, men kan signalisere mikrostrukturelle problemer hvis over forventet. |
| Elastisitetsmodul, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ ksi | Bruk ~200 GPa for stivhetsberegninger med mindre leverandørdata avviker. |
| Charpy V-hakk, CVN (rom T) | Vanligvis god; spesifiser om bruddkritisk (F.eks., ≥ 20–40 J mål) | - | CVN er varme- og seksjonsavhengig; kreve leverandørtest hvis seighet er kritisk. |
| Utmattelse (veiledning) | Utholdenhet (glatt eksemplar) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Sterkt avhengig av overflatefinish, Casting Defekter, restspenninger og detaljgeometri. Komponenttesting anbefales. |
5. Fysiske og termiske egenskaper til CD4MCu rustfritt stål
| Eiendom | Representativ verdi |
| Tetthet | ≈ 7.80 - 7.90 g · cm⁻³ |
| Termisk konduktivitet (20 ° C.) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Spesifikk varme (20 ° C.) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Termisk ekspansjonskoeffisient (20–100 ° C.) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻ |
| Elastisitetsmodul (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Smelting/solidus (ca.) | ~1375 – 1450 ° C. (legeringsavhengig) |
6. Korrosjonsytelse
- Pitting & sprekk: CD4MCu sin Mo + N + høy Cr gir sterk motstand; PREN i lav-30-årene gjør den egnet for brakkvann, mange kjølevannssystemer og kloridholdige prosessstrømmer ved moderate temperaturer.
- SCC (kloridspennings-korrosjonssprekker): dupleks mikrostruktur og lavere austenittfraksjon gir større motstand til klorid SCC enn typiske austenittiske støpekvaliteter;
Imidlertid, SCC kan fortsatt forekomme under alvorlige kombinasjoner av klorid, temperatur og strekkspenning. - Erosjon-korrosjon / kavitasjon: kobbertilsetning og høy styrke forbedrer motstanden mot erosjonsassistert korrosjon og kavitasjonsgroper; dette er grunnen til at CD4MCu brukes til løpehjul og slurrypumper.
- Reduserende syrer: CD4MCu er mer tolerant enn 316 i noen mildt reduserende væsker, men konsentrerte varmreduserende syrer kan kreve høyere legerte eller nikkelbaserte materialer.
- Temperaturgrenser: for langvarig kloridtjeneste foretrekker eksponeringer på eller under nivåer validert ved laboratoriescreening; ved høye temperaturer øker generaliserte korrosjonshastigheter og lokalisert angrepsfølsomhet.
7. Støpeegenskaper for CD4MCu rustfritt stål
CD4MCu leveres vanligvis som investering eller sandstøpt komponenter.
Viktige casting-hensyn:
- Størkning og krymping: forvent typisk lineær krymping i størrelsesorden ~1,2–2,0 % – bruk støperikrympefaktorer for mønsterdesign. Retningsbestemt størkning og riktig plasserte stigerør unngår krympehulrom.
- Smeltekontroll: kontrollert induksjonssmelting, argonavgassing og keramisk filtrering reduserer gass og inneslutninger; vakuumsmelting eller ESR kan brukes for støpegods med høyeste integritet.
- Vanlige støpefeil: Gassporøsitet, Krympende hulrom, ikke-metalliske inneslutninger og kalde stenger — forhindret av korrekt port, Filtrering, avgassing og hellekontroll.
- Etterstøpt varmebehandling: Løsning andeal (se avsnitt 8) er nødvendig for å oppnå ønsket dupleksbalanse og oppløse segregerte faser. HOFTE (varm-isostatisk pressing) kan brukes til kritiske, deler med høy integritet for å lukke indre porøsitet.
- Maskinering godtgjørelser & toleranser: gi realistisk maskineringsmateriell (F.eks., 2–6 mm grovbearbeiding; mindre for investeringsstøpte) og spesifiser maskinerte kritiske flater.
8. Fabrikasjon, Varmebehandling, og beste praksis for sveising
Varmebehandling
- Løsning andeal etter støping (typisk temperaturområde rundt 1040–1100 °C; eksakte støperispesifikasjoner som skal følges) med rask bråkjøling for å låse inn balansert dupleksmikrostruktur og løse opp uønskede bunnfall.
Noen kilder anbefaler en varmebehandling rundt ~1900 °F (~1038 °C) etterfulgt av bråkjøling for støpte duplekskvaliteter; følg datablad for leverandør/støperi for nøyaktig temp/hold/herdning.
Sveising
- Sveisbarheten er god, men kontroll er viktig: bruke kvalifiserte sveiseprosedyrer (WPS/WPQ), matchende fyllmetaller designet for dupleks kjemi, kontrollere interpass temperatur, og begrense varmetilførselen for å opprettholde fasebalansen i HAZ.
- Utglødning etter sveis: ikke alltid praktisk mulig for fullførte monteringer; hvis ikke mulig, velg passende fylllegeringer og minimer HAZ-utstrekning for å bevare lokal korrosjonsmotstand.
Maskinering & danner
- Maskinerbarheten til CD4MCu er moderat; bruk karbidverktøy, passende mater og kjølevæske.
Duplekskvaliteter er sterkere enn austenitt, så forvent høyere verktøyslitasje. Kaldforming er begrenset sammenlignet med duktil austenitt; utforme tegninger deretter.
Overflateforberedelse & passivering
- Etter sveising/reparasjon, fjern varmefarge og sylte etter behov, og deretter passivere med nitrogen- eller sitron-passiveringsprosesser for å gjenopprette en jevn passiv film.
9. Industrielle anvendelser av CD4MCu (ASTM A890 klasse 1A)
CD4MCu er mye brukt der støpt geometri, forhøyet styrke og forbedret lokalisert korrosjons-/erosjonsbestandighet er nødvendig:
- Pumpekomponenter: løpehjul, volutter og hylstre for sjøvann, brakk vann, kjølevann og slurrytjenester.
- Ventillegemer & trim: regulerings- og isolasjonsventiler i offshore, avsalting, kjemisk, og kraftverkssystemer.
- Avsalting & utstyr for omvendt osmose: roterende maskinvare og beslag utsatt for klorider og forbigående forhold.
- Masse & papir og gruveutstyr: slampumper og slitasjeutsatte komponenter.
- Kjemisk prosess & kjølesystemer: hvor kloridnivåer og mekanisk belastning kombineres.
10. Fordeler & Begrensninger
Kjernefordeler med CD4MCu (ASTM A890 klasse 1A)
- Balansert styrke og korrosjonsmotstand: Flytestyrke dobbelt så stor som 316L med sammenlignbar eller overlegen korrosjonsbestandighet i klorid og sure medier.
- Overlegen sur serviceytelse: Samsvarer med NACE MR0175, gjør den ideell for H₂S-holdige miljøer.
- Utmerket castabilitet: Egnet for kompleksformede komponenter som er vanskelige å fremstille via smide prosesser.
- Kostnadseffektivitet: 30–50 % billigere enn nikkelbaserte legeringer (F.eks., Hastelloy C276) samtidig som den tilbyr tilsvarende korrosjonsbestandighet i moderate miljøer.
- Bruk motstand: Kobbertilsetning øker motstanden mot slitasje og erosjon, forlenger levetiden i væskehåndteringsapplikasjoner.
Viktige begrensninger for CD4MCu (ASTM A890 klasse 1A)
- Sveisekompleksitet: Krever streng varmetilførselskontroll og obligatorisk PWHT, økende produksjonskostnader sammenlignet med austenittiske stål.
- Temperaturbegrensning: Ikke egnet for kontinuerlig drift over 450°C på grunn av σ-fasedannelse.
- Følsomhet for gjenværende elementer: Høy MN (>0.8%) eller Sn/Pb-urenheter reduserer korrosjonsmotstanden og øker risikoen for sprekkdannelse.
- Lavere duktilitet enn austenittiske stål: Forlengelse (16–24 %) er lavere enn 316L (≥40%), begrense bruken i applikasjoner med høy deformasjon.
11. Sammenlignende analyse - CD4MCU mot lignende legeringer
Verdier er representative, kun for screening og spesifikasjonsutkast - bruk alltid leverandør-MTR, produsentens datablad og applikasjonsspesifikke testdata for endelig valg.
| Aspekt / Legering | CD4MCU (støpt dupleks) | CF8M / Støpe 316 (Austenittisk) | Dupleks 2205 (utført) | Nikkel-basert (F.eks., C-276) |
| Høydepunkter i komposisjonen | Cr ~24,5–26,5; Ved ~4,5–6,5; Må ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16–18; Kl. 10–14; ma ~2–3 (CF8M) | Cr ~21–23; Ved ~4–6,5; ma ~3; N ~0,08–0,20 | Meget høy Ni og Cr; betydelig Mo (og annen legering) |
| Typisk PREN (screening) | ~ 30–35 (avhenger av Mo/N) | ~24–27 | ~ 35–40 | >40 (varierer etter legering) |
| Representant mekanisk (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 | Rm variabel (ofte 500–900 MPa); Rp0,2 avhenger av karakter |
| Klorid SCC-resistens | God (bedre enn CF8M; tosidig fordel) | Moderat — mottakelig under varme/stressede forhold | Veldig bra (en av de beste rustfrie valgene for SCC) | Generelt glimrende (konstruert for ekstreme kjemier) |
Pitting / sprekkmotstand |
Høy (Mo + N + Cr; PREN ~30s) | Moderat | Veldig høyt | Glimrende |
| Erosjon / kavitasjonsmotstand | God (Cu + høyere styrke forbedre ytelsen) | Moderat | God (høyere styrke hjelper) | Variabel - avhenger av karakter; ofte valgt for korrosjon fremfor erosjon |
| Støptbarhet / produktskjemaer | Utmerket som støpegods (løpehjul, ruller, Ventillegemer) | Glimrende (støpte former allment tilgjengelig) | Først og fremst utført (tallerken, bar, rør); noen støpt dupleks finnes, men mer komplekse | Smidd og støpt; støping mulig, men kostbart |
| Sveisbarhet & HAZ oppførsel | Bra — krever kvalifiserte prosedyrer og HAZ-kontroll | Glimrende (316 er tilgivende) | Sveisbar, men krever streng kontroll for å bevare dupleksbalansen | Sveisbar med kvalifiserte prosedyrer; fyllstoffvalg kritisk |
| Typisk kostnadsbånd (materiale) | Middels høy (mindre enn de fleste Ni-legeringer) | Senke (økonomisk) | Middels høy (lik CD4MCu eller høyere for høyspesifikasjoner) | Høy (førsteklasses legeringer) |
Typiske applikasjoner |
Løpehjul, Pumpekabinetter, ventilhus for brakk/sjøvann, Slurry Pumps, avsalting, kjølevann | Generell prosessrør, stridsvogner, sanitærutstyr, moderat kloridtjeneste | Offshore, avsalting, høystyrke kloridtjenester, trykksystemer | Kjemiske reaktorer, ekstrem syre/kloridtjeneste, svært høy korrosjonsgrad |
| Når du skal velge | Trenger komplekse støpte deler med høy styrke, god pitting/SCC og erosjonsmotstand til moderate kostnader | Kostnadsdrevne prosjekter der klorideksponeringen er lav–moderat og det er ønskelig med enkel fremstilling | Når høyeste kloridresistens og -styrke kreves, og bearbeidet form er akseptabelt | Når servicekjemi eller temperatur overstiger rustfritt/duplekskapasitet og livssykluskostnad rettferdiggjør premium |
12. Konklusjon
CD4MCU (ASTM A890 Grade 1A når spesifisert i støpt dupleksform) er et teknisk attraktivt alternativ for roterende og trykkholdige støpte komponenter i kloridbærende, erosive eller kaviterende tjenester.
Dens dupleksstruktur, molybden- og nitrogeninnhold gir robust gropmotstand og SCC-toleranse, mens kobber og høy styrke øker motstanden mot erosjon og mekanisk skade.
For å realisere legeringens fordeler, disiplinert støperipraksis, dokumentert løsningsgløding, kvalifisert sveising og passende NDE er avgjørende.
Der tjenestekjemi eller temperatur overstiger CD4MCu-kapasiteten, dupleks smidde kvaliteter eller nikkelbaserte legeringer bør vurderes.
Vanlige spørsmål
Hva betyr "CD4MCu".?
Det betegner en dupleks rustfri støpekvalitet med komposisjonsegenskaper (Cr, Mo, Cu og N) innstilt for forbedret pitting, SCC og erosjonsmotstand. Den leveres vanligvis som ASTM A890 Grade 1A i spesifikasjoner for støpt dupleks.
Hva er forskjellen mellom CD4MCu og 2205 Duplex rustfritt stål?
CD4MCu er en støpe duplekslegering optimalisert for kompleks komponentfremstilling, med kobbertilsetning for å øke reduserende syremotstand.
2205 er en utført duplekslegering med høyere nitrogeninnhold (0.14–0,20 vekt%) for austenittstabilisering.
Mens begge har lignende PREN-verdier (~34), CD4MCu foretrekkes for avstøpninger, og 2205 brukes til smidde produkter (plater, rør).
Er CD4MCu egnet for sjøvann?
Ja - CD4MCu er mye brukt for sjøvann, brakkvann og kjølevannsapplikasjoner; Imidlertid, spesifisere laboratoriescreening og korrosjonsgodtgjørelser for langvarig nedsenket eller sprutsoneservice.
Kan CD4MCu sveises i felt?
Ja - men sveising krever kvalifiserte prosedyrer, matchende dupleks fyllmetaller, kontrollert varmetilførsel og ettersveisrengjøring/passivering. For kritiske sammenstillinger bør du vurdere prekvalifisering og sveisede kupongtester.
Hvordan sammenligner CD4MCu med 316 Castings?
CD4MCu tilbyr høyere styrke og betydelig bedre lokalisert korrosjons- og SCC-motstand enn CF8M/316 støpegods – noe som muliggjør lengre levetid i kloridholdende, erosive miljøer.
