1. Introdução
CD4MCU (comumente fornecido de acordo com especificações de aço fundido, como ASTM A890 Grau 1A para fundições duplex com número UNS J93370) é uma fundição inoxidável duplex projetada especificamente que combina alta resistência, elevada resistência à corrosão localizada, e boa resistência à erosão/cavitação.
Sua química (alto cromo, molibdênio, cobre e nitrogênio com níquel moderado) e bifásico (ferrita + Austenita) microestrutura tornam o CD4MCu uma escolha popular para componentes rotativos exigentes em serviço úmido (Impellers, carcaças da bomba), válvulas, e outras ferragens fundidas onde a exposição ao cloreto, erosão ou carga mecânica estão presentes.
2. O que é aço inoxidável CD4MCu?
CD4MCu é um duplex (Ferrítico -sustentado) aço inoxidável qualidade fornecida principalmente em formas de produtos fundidos.
É formulado para fornecer uma microestrutura duplex equilibrada (≈ 35–55% de ferrita típica em peças fundidas bem processadas) que produz alta resistência ao escoamento, boa tenacidade e resistência significativamente melhorada à corrosão, corrosão em frestas e fissuração por corrosão sob tensão por cloreto em relação aos tipos fundidos austeníticos convencionais (Por exemplo, Fundido CF8M/316).
O “Cu” na designação reflete uma adição deliberada de cobre (≈ 2,7–3,3% em peso) que aumenta a resistência a certos produtos químicos redutores e erosivos e melhora o desempenho em ambientes de cavitação ou lama.
Características
- Alta resistência mecânica (rendimento substancialmente superior ao das peças fundidas CF8M/316).
- Elevada resistência à corrosão localizada (Mo e N aumentam o PREN; o cobre melhora o comportamento em alguns produtos químicos redutores).
- Boa resistência à erosão/cavitação para rotação de componentes úmidos.
- Castabilidade para geometrias complexas (Impellers, pergaminhos, corpos da válvula).
- Boa soldabilidade quando procedimentos qualificados e preenchimentos correspondentes são usados.
- Microestrutura duplex balanceada fornece tenacidade tolerante a danos enquanto aumenta a resistência à fadiga em comparação com muitos austeníticos.
3. Composição Química Típica do Aço Inoxidável CD4MCu
| Elemento | Faixa típica (wt.%) | Papel / comentário |
| C | ≤ 0.04 | Mantenha-se baixo para evitar a precipitação de carbonetos |
| Cr | 24.5 - 26.5 | Formador de filme passivo primário; chave para a resistência geral à corrosão |
| Em | 4.5 - 6.5 | Antigo austenita; ajuda o equilíbrio duplex |
| MO | 1.7 - 2.5 | Fortalece a resistência a corrosão/fissuras |
Cu |
2.7 - 3.3 | Melhora a resistência aos ácidos redutores, comportamento de cavitação/erosão |
| N | 0.15 - 0.25 | Fortalecedor e poderoso impulsionador do PREN |
| Mn | ≤ 1.0 | Desoxidante/auxiliar de processamento |
| E | ≤ 1.0 | Desoxidação e resistência à oxidação |
| P | ≤ 0.04 | Controle de impureza |
| S | ≤ 0.03 | Baixo S para solidez |
| Fe | Equilíbrio | Elemento da matriz (ferrita + Austenita) |
4. Propriedades Mecânicas — CD4MCu (ASTM A890 GRADE 1A)
Abaixo está um foco, apresentação de nível de engenharia do comportamento mecânico típico de CD4MCu nas condições normais de fornecimento (elenco, Solução-NELELED, água- ou temperado ao ar conforme especificado pela fundição).
Temperatura ambiente (típico) propriedades mecânicas — CD4MCu fundido recozido em solução
| Propriedade | Faixa típica (E) | Faixa típica (imperial) | Comentário |
| Resistência à tracção, Rm | 650 - 780 MPA | 94 - 113 KSI | Depende do tamanho da seção e da prática de fundição; seções mais pesadas tendem a cair. |
| 0.2% prova / Colheita, Rp0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 KSI | Use valores específicos de calor para cálculos de tensão admissível. |
| Alongamento, UM (%) | 15 - 25 % | - | Medido em amostras de teste padrão; diminui com seções mais pesadas e defeitos de fundição. |
| Redução de área, Z (%) | 30 - 40 % (típico) | - | Indicativo de fratura dúctil quando a qualidade da fundição é alta. |
Dureza Brinell (Hbw) |
220 - 280 Hb | ≈ 85 - 110 Hrb | Maior dureza se correlaciona com maior resistência, mas pode sinalizar problemas microestruturais se estiver acima do esperado. |
| Módulo de elasticidade, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ ksi | Use ~200 GPa para cálculos de rigidez, a menos que os dados do fornecedor sejam diferentes. |
| Charpy V-Notch, CVN (quarto T) | Tipicamente bom; especificar se é crítico para fratura (Por exemplo, ≥ alvo de 20–40 J) | - | CVN é calor- e dependente da seção; exigir teste do fornecedor se a resistência for crítica. |
| Fadiga (orientação) | Resistência (amostra lisa) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Fortemente dependente do acabamento superficial, defeitos de fundição, tensões residuais e geometria detalhada. Teste de componentes recomendado. |
5. Propriedades físicas e térmicas do aço inoxidável CD4MCu
| Propriedade | Valor representativo |
| Densidade | ≈ 7.80 - 7.90 g · cm⁻³ |
| Condutividade térmica (20 ° c) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Calor específico (20 ° c) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Coeficiente de expansão térmica (20–100 ° C.) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
| Módulo de elasticidade (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Derretimento/solidus (aprox.) | ~1375 – 1450 ° c (dependente de liga) |
6. Desempenho de corrosão
- Pitting & fenda: Mo do CD4MCu + N + alto Cr dá forte resistência; PREN na faixa dos 30 anos o torna adequado para água salobra, muitos sistemas de água de resfriamento e fluxos de processo contendo cloreto em temperaturas moderadas.
- SCC (fissuração por corrosão sob tensão por cloreto): microestrutura duplex e menor fração de austenita conferem maior resistência ao cloreto de SCC do que os graus fundidos austeníticos típicos;
no entanto, O SCC ainda pode ocorrer sob combinações severas de cloreto, temperatura e tensão de tração. - Erosão-corrosão / Cavitação: adição de cobre e alta resistência melhoram a resistência à corrosão assistida por erosão e à corrosão por cavitação; é por isso que CD4MCu é usado para impulsores e bombas de polpa.
- Reduzindo ácidos: CD4MCu é mais tolerante que 316 em alguns fluidos levemente redutores, mas ácidos redutores a quente concentrados podem exigir materiais de liga superior ou à base de níquel.
- Limites de temperatura: para serviços de cloreto de longo prazo, prefira exposições em níveis iguais ou inferiores aos validados por triagem laboratorial; em temperaturas elevadas, as taxas de corrosão generalizada e as suscetibilidades a ataques localizados aumentam.
7. Características de fundição de aço inoxidável CD4MCu
CD4MCu é normalmente entregue como investimento ou molde de areia componentes.
Principais considerações sobre elenco:
- Solidificação e encolhimento: espere um encolhimento linear típico na ordem de ~1,2–2,0% — use fatores de encolhimento de fundição para design de padrão. A solidificação direcional e os risers corretamente posicionados evitam cavidades de contração.
- Controle de derretimento: fusão por indução controlada, desgaseificação de argônio e filtração cerâmica reduzem gases e inclusões; fusão a vácuo ou ESR pode ser usada para peças fundidas de mais alta integridade.
- Defeitos comuns de fundição: porosidade do gás, Cavidades de encolhimento, inclusões não metálicas e fechamentos a frio - evitados por gating correto, filtração, desgaseificação e controle de vazamento.
- Tratamento térmico pós-moldado: recozimento da solução (veja a seção 8) é necessário para atingir o equilíbrio duplex desejado e dissolver as fases segregadas. QUADRIL (prensagem isostática a quente) pode ser usado para aplicações críticas, peças de alta integridade para fechar a porosidade interna.
- Usinagem subsídios & tolerâncias: fornecer estoque de usinagem realista (Por exemplo, 2–Permissão de desbaste de 6 mm; menos para peças fundidas) e especifique faces críticas usinadas.
8. Fabricação, Tratamento térmico, e melhores práticas de soldagem
Tratamento térmico
- Recozimento da solução depois de lançar (faixa de temperatura típica em torno de 1040–1100 °C; especificação exata de fundição a ser seguida) com têmpera rápida para travar uma microestrutura duplex balanceada e dissolver precipitados indesejáveis.
Algumas fontes aconselham um tratamento térmico em torno de ~1900 °F (~1038°C) seguido de têmpera para classes duplex fundidas; siga a folha de dados do fornecedor/fundição para temperatura/manutenção/extinção exatas.
Soldagem
- A soldabilidade é boa, mas o controle é essencial: use procedimentos de soldagem qualificados (WPS/WPQ), metais de adição correspondentes projetados para química duplex, controlar a temperatura entre passes, e limitar a entrada de calor para manter o equilíbrio de fases na ZTA.
- Recozimento de solução pós-solda: nem sempre viável para montagens concluídas; se não for possível, selecione ligas de enchimento apropriadas e minimize a extensão da ZTA para preservar a resistência à corrosão local.
Usinagem & formando
- A usinabilidade do CD4MCu é moderada; usar ferramentas de metal duro, alimentações e refrigerante apropriados.
As classes duplex são mais resistentes que as austeníticas, portanto, espere maior desgaste da ferramenta. A conformação a frio é limitada em comparação com austeníticos dúcteis; desenhos de projeto em conformidade.
Preparação de superfície & passivação
- Após a soldagem/reparo, remova a tinta térmica e decapante conforme necessário, e então passivar com processos de passivação nítrica ou cítrica para restaurar um filme passivo uniforme.
9. Aplicações Industriais de CD4MCu (ASTM A890 GRADE 1A)
CD4MCu é amplamente utilizado onde a geometria fundida, resistência elevada e melhor resistência à corrosão/erosão localizada são necessárias:
- Componentes da bomba: Impellers, volutas e invólucros para água do mar, água salobra, serviços de resfriamento de água e chorume.
- Corpos da válvula & aparar: válvulas de controle e isolamento em offshore, dessalinização, químico, e sistemas de usinas.
- Dessalinização & equipamento de osmose reversa: hardware rotativo e acessórios expostos a cloretos e condições transitórias.
- Polpa & equipamentos de papel e mineração: bombas de polpa e componentes propensos ao desgaste.
- Processo químico & sistemas de resfriamento: onde os níveis de cloreto e a carga mecânica se combinam.
10. Vantagens & Limitações
Principais vantagens do CD4MCu (ASTM A890 GRADE 1A)
- Força equilibrada e resistência à corrosão: Resistência ao escoamento duas vezes maior que a do 316L com resistência à corrosão comparável ou superior em meios de cloreto e ácidos.
- Desempenho superior de serviço ácido: Em conformidade com NACE MR0175, tornando-o ideal para ambientes que contêm H₂S.
- Excelente castabilidade: Adequado para componentes de formato complexo que são difíceis de fabricar através de processos forjados.
- Custo-efetividade: 30–50% mais barato que ligas à base de níquel (Por exemplo, Hastelloy C276) ao mesmo tempo que oferece resistência à corrosão semelhante em ambientes moderados.
- Resistência ao desgaste: A adição de cobre aumenta a resistência à abrasão e à erosão, prolongando a vida útil em aplicações de manuseio de fluidos.
Principais limitações do CD4MCu (ASTM A890 GRADE 1A)
- Complexidade de soldagem: Requer controle rigoroso de entrada de calor e PWHT obrigatório, aumentando os custos de fabricação em comparação com aços austeníticos.
- Restrição de temperatura: Não é adequado para serviço contínuo acima de 450°C devido à formação da fase σ.
- Sensibilidade a elementos residuais: Alto mn (>0.8%) ou impurezas de Sn/Pb reduzem a resistência à corrosão e aumentam o risco de rachaduras.
- Menor ductilidade que os aços austeníticos: Alongamento (16–24%) é inferior a 316L (≥40%), limitando o uso em aplicações de alta deformação.
11. Análise comparativa - CD4MCU versus ligas semelhantes
Os valores são representativos, apenas para triagem e elaboração de especificações — sempre use MTRs do fornecedor, fichas técnicas do fabricante e dados de testes específicos da aplicação para seleção final.
| Aspecto / Liga | CD4MCU (duplex fundido) | CF8M / Elenco 316 (austenítico) | Duplex 2205 (forjado) | À base de níquel (Por exemplo, C-276) |
| Destaques da composição | Cr ~24,5–26,5; Em ~4,5–6,5; Mo ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16–18; Em ~10–14; Mo ~2–3 (CF8M) | Cr ~21–23; Em ~4–6,5; Mo ~3; N ~0,08–0,20 | Ni e Cr muito altos; Mo substancial (e outras ligas) |
| PREN típico (triagem) | ~ 30–35 (depende de Mo/N) | ~24–27 | ~ 35–40 | >40 (varia de acordo com a liga) |
| Mecânica representativa (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 | Variável Rm (frequentemente 500–900 MPa); Rp0,2 depende da nota |
| Resistência ao cloreto SCC | Bom (melhor que CF8M; benefício duplex) | Moderado – suscetível sob condições de calor/estresse | Muito bom (uma das melhores opções de aço inoxidável para SCC) | Geralmente excelente (projetado para produtos químicos extremos) |
Pitting / resistência à fenda |
Alto (MO + N + Cr; PRÉ ~30 anos) | Moderado | Muito alto | Excelente |
| Erosão / Resistência à cavitação | Bom (Cu + maior resistência melhora o desempenho) | Moderado | Bom (maior força ajuda) | Variável – depende da nota; frequentemente escolhido para corrosão em vez de erosão |
| Castabilidade / formulários de produto | Excelente como peças fundidas (Impellers, pergaminhos, corpos da válvula) | Excelente (formas fundidas amplamente disponíveis) | Principalmente forjado (placa, bar, cano); existe algum duplex fundido, mas é mais complexo | Forjado e fundido; fundições possíveis, mas caras |
| Soldabilidade & Comportamento da ZTA | Bom – requer procedimentos qualificados e controle de ZTA | Excelente (316 está perdoando) | Soldável, mas requer controle rigoroso para preservar o equilíbrio duplex | Soldável com procedimentos qualificados; escolha de preenchimento crítica |
| Faixa de custo típica (material) | Médio-alto (menos do que a maioria das ligas de Ni) | Mais baixo (econômico) | Médio-alto (semelhante ao CD4MCu ou superior para alta especificação) | Alto (ligas premium) |
Aplicações típicas |
Impellers, carcaças da bomba, corpos de válvulas para água salobra/do mar, bombas de chorume, dessalinização, água de resfriamento | Tubulação de processo geral, tanques, equipamento sanitário, serviço moderado de cloreto | Offshore, dessalinização, serviços de cloreto de alta resistência, sistemas de pressão | Reatores químicos, serviço extremo de ácido/cloreto, severidade de corrosão muito alta |
| Quando escolher | Precisa de peças fundidas complexas com alta resistência, boa resistência ao pite/SCC e à erosão a um custo moderado | Projetos orientados a custos onde a exposição ao cloreto é baixa a moderada e a simplicidade de fabricação é desejada | Quando for necessária a maior resistência e resistência ao cloreto e a forma forjada for aceitável | Quando a química ou a temperatura do serviço excede a capacidade inoxidável/duplex e o custo do ciclo de vida justifica o prêmio |
12. Conclusão
CD4MCU (ASTM A890 Grau 1A quando especificado em formato duplex fundido) é uma opção tecnicamente atraente para componentes fundidos rotativos e pressurizados em materiais contendo cloreto, serviços erosivos ou cavitantes.
Sua estrutura duplex, o teor de molibdênio e nitrogênio proporciona resistência robusta à corrosão e tolerância ao SCC, enquanto o cobre e a alta resistência aumentam a resistência à erosão e danos mecânicos.
Para perceber as vantagens da liga, prática disciplinada de fundição, recozimento de solução documentado, soldagem qualificada e NDE apropriado são essenciais.
Onde a química ou a temperatura do serviço excede a capacidade do CD4MCu, graus forjados duplex ou ligas à base de níquel devem ser avaliados.
Perguntas frequentes
O que significa “CD4MCu”?
Denota uma classe de fundição inoxidável duplex com características de composição (Cr, MO, Cu e N) ajustado para melhor pite, SCC e resistência à erosão. É comumente fornecido como ASTM A890 Grau 1A em especificações duplex fundidas.
Qual é a diferença entre CD4MCu e 2205 Aço inoxidável duplex?
CD4MCu é um elenco liga duplex otimizada para fabricação de componentes complexos, com adição de cobre para aumentar a redução da resistência a ácidos.
2205 é a forjado liga duplex com maior teor de nitrogênio (0.14–0,20% em peso) para estabilização de austenita.
Embora ambos tenham valores de PREN semelhantes (~34), CD4MCu é preferido para peças fundidas, e 2205 é usado para produtos forjados (pratos, tubos).
O CD4MCu é adequado para água do mar??
Sim — CD4MCu é amplamente utilizado para água do mar, aplicações de água salobra e água de resfriamento; no entanto, especificar triagem de laboratório e tolerâncias de corrosão para serviços imersos ou em zonas de respingos de longo prazo.
O CD4MCu pode ser soldado em campo?
Sim — mas a soldagem requer procedimentos qualificados, metais de adição duplex correspondentes, entrada de calor controlada e limpeza/passivação pós-soldagem. Para montagens críticas, considere pré-qualificação e testes de cupom soldado.
Como o CD4MCu se compara ao 316 peças fundidas?
CD4MCu oferece maior resistência e resistência à corrosão localizada e SCC significativamente melhor do que as peças fundidas CF8M/316 - permitindo maior vida útil em rolamentos de cloreto, ambientes erosivos.
