1. Введение
A217 Cast Steels WC6 и WC9 (Промышленная сокращение для 1¼CR - ½mo и 2¼cr - 1mo с отличием, соответственно) Специально разработанные с низким содержанием сплава CR-MO-стали для компонентов повышения давления в обслуживании повышенной температуры.
WC6 обычно указывается, где требуются хорошая прочность и умеренная прочность на ползучесть. ~ 520–540 ° C.;
WC9 обеспечивает более высокую долгосрочную прочность и устойчивость к окислению и используется там, где температура обслуживания и подход к требованию ползучести ~ 550–580 ° C..
Успешное использование этих материалов зависит от Литейная практика, термообработка и дисциплина сварки Как и на номинальной химии, точная обработка является основной причиной большинства поля..
Этот обзор сравнивает WC6 с WC9 из металлургии и свойств через изготовление, использование услуг, конкурирующие альтернативы, и практическое руководство по закупкам.
2. Что такое A217 сплав с сплавными стали WC6 и WC9?
ASTM A217 Стандартный контекст
ASTM A217 / ASME SA217 Управляющая ли глобально признанная спецификация мартенситный и аустенитный сплав
используется в Создание давления компоненты—Калвес, фланцы, фитинги, заголовки, и реакторы - эксплуатируются высокотемпературная услуга (≥343 ° C. / 650 ° F.).
- Историческая нота: Впервые выпущено в 1937, Стандарт претерпел непрерывную уточнение, с 2024 пересмотр Обновление допусков композиции, Требования к термической обработке,
и механическая собственность варьируется, чтобы соответствовать современной энергетической инфраструктуре, включая Ультра-суперкритическое производство электроэнергии и продвинулся нефтехимические реакторы. - В пределах стандарта, WC6 и WC9 упасть под Мартенситная семья сплавов Cr -Mo.
В отличие от Аустенитные оценки (НАПРИМЕР., C12, CN7M) это полагается на высокий никель (>9 wt%) для коррозионной стойкости,
Мартенситные сплавы содержат Низкий ни (<0.5 wt%) и вывести свое выступление в первую очередь из хром (Герметичный) и молибден (МО) дополнения.
Это фундаментальное различие делает WC6/WC9 более подходящим для Высокая нагрузка, Среда ограничена ползучестью, где аустенитика - хотя и более устойчивая к коррозии - смягчала или потеряет силу.
3. Химический состав A217 WC6 против WC9
А Разница в производительности между сплавами WC6 и WC9 лежит в основном в их химический состав, который управляет Эволюция микроструктуры, сопротивление ползучести, окислительное поведение, и сварка.
Номинальные диапазоны (ASTM A217)
| Элемент | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) (wt%) | WC9 (2.25Cr - 1mo) (wt%) | Функция в сплаве |
| Углерод (В) | 0.15 - 0.30 | 0.15 - 0.30 | Обеспечивает мартенситную укрепление и формы карбидов для прочности; чрезмерный риск углерода. |
| Марганец (Мнжен) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Улучшает закаленность и действует как оксидийзер; Слишком много уменьшает силу ползучести. |
| Кремний (И) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Повышает устойчивость к окислению (Sio₂ Film) и укрепляет ферритовую матрицу. |
| Хром (Герметичный) | 1.00 - 1.50 | 2.00 - 2.50 | Улучшает окисление и коррозионную стойкость; стабилизирует карбиды (M₇c₃, M₂₃c₆). |
| Молибден (МО) | 0.44 - 0.65 | 0.90 - 1.20 | Обеспечивает сопротивление ползучести; образует карбиды MO₂C, чтобы противостоять скольжению границы зерна. |
| Никель (В) | ≤ 0.50 | ≤ 0.50 | Остаточный элемент; Улучшает прочность, но ограничен, чтобы предотвратить оставленный аустенит. |
| Сера (С) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | Контролируемая нечистота; Избыток вызывает горячие растрескивания во время литья/сварки. |
| Фосфор (П) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | Контролируемая нечистота; Избыток приводит к характеру охрупции в обслуживании. |
| Железо (Фей) | Баланс | Баланс | Формирует ферритная/мартенситная матрица. |
4. Механические свойства & Повышенное температурное поведение A217 WC6 против WC9
Комната-температурные механические свойства
Сплавы как WC6, так и WC9 предназначены для предоставления Высокая сила и прочность в окружающих и умеренных условиях обслуживания.
Приведенные ниже значения из требований ASTM A217 и промышленной практики после стандартной термообработки.
| Свойство | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) | WC9 (2.25Cr - 1mo) | Замечания |
| Предел прочности (МПА) | 485 - 655 | 585 - 760 | WC9 имеет более высокий CR & МО → Укрепление карбида более сильнее. |
| Предел текучести условный (0.2% компенсировать, МПА) | ≥ 275 | ≥ 380 | Более высокий Cr/MO в WC9 повышает сопротивление урожайности. |
| Удлинение (%) | 18 - 22 | 17 - 20 | WC6 немного более пластичный; WC9 немного сильнее, но менее пластичный. |
| Твердость (HB) | 150 - 190 | 170 - 220 | WC9 имеет тенденцию быть сложнее, отражение более высокой плотности карбида. |
| Charpy v-notch Empact Energy Energy (Дж, Rt) | 40 - 60 | 35 - 50 | WC6 сохраняет немного лучшую жесткость при комнатной температуре. |
Повышенная температурная сила & Сопротивление ползучести
В высокотемпературном обслуживании, Свойства разрыва полза Параметр критического дизайна Для такого давления компонентов, как клапаны, заголовки, и трубопровод.
| Свойство | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) | WC9 (2.25Cr - 1mo) | Замечания |
| Макс непрерывная температура обслуживания (° C.) | ~ 538 ° C. (1,000 ° F.) | ~ 595 ° C. (1,100 ° F.) | WC9 переносит более высокие температуры из -за 2.25% Герметичный + 1% МО. |
| 100,000 H Creep Rupture Sinter @ 538 ° C. | ~ 85 МПа | ~ 120 МПа | WC9 демонстрирует устойчивость к разрыву ползучести на 40%. |
| 100,000 H Creep Rupture Sinter @ 595 ° C. | Не рекомендуется (разрыв <50 МПА) | ~ 75 МПа | WC9 подходит для 595 ° C.; WC6 теряет силу. |
| Устойчивость к окислению | Умеренный | Высокий | CR Контент (2.25% в WC9) формирует более защитный фильм Cr₂o₃. |
5. Технология обработки A217 WC6 против WC9
Успешное производство и развертывание ASTM A217 Grade WC6 и WC9 Сплав сплав зависит от точно контролируемая технология обработки.
Потому что эти сплавы используются в критический, высокотемпературная, Создание давления компоненты такие как клапаны, заголовки, турбинные кожухи, и корпуса реактора, Даже небольшие отклонения в обработке могут привести к преждевременному сбою.
Сварка: Предотвращение хрупкого мартенсита и растрескивания
- Разогреть: Толстые участки требуют предварительного нагрева (обычно 180–250 ° C.) для замедления охлаждения и уменьшения индуцированного водородом и образования мартенсита.
Точное предварительное нагрев зависит от толщины, сдержанность секции, и квалификация процедуры сварки. - Расходные материалы: Используйте электроды с низким содержанием гидрогена / Металлы заполнителей, специально имеющиеся для приложений CR -MO Service и Creep Applications.
Выберите наполнители, совместимые с химией базовых металлов и необходимыми после Weld Properties. - Межпроходное контроль температуры: Поддерживать в квалифицированных пределах, чтобы избежать локального упрочнения.
- PWHT (Пост -сварная термообработка): Обязательно в большинстве случаев высокотемпературных услуг.
PWHT восстанавливает характер в HAZ и уменьшает остаточный стресс - кольцевая практика - это отпуск/замачивание в 600–700 ° C. диапазон (процедура должна быть квалифицирована;
Время при температуре зависит от толщины секции). Полевая PWHT должна быть выполнена в соответствии с квалифицированным WPS/PQR. - Избегая хрупкого мартенсита: Быстрое охлаждение может образовываться с неверным мартенситом в HAZ - да, предварительно разогрев и PWHT необходимы.
Обработка: Преодоление твердости и работоспособности
- Структура после HT: Закаленный мартенсит/банит обладает относительно высокой прочностью; Используйте соответствующий карбид, Низкая скорость резки и охлаждающая жидкость от наводнения.
- Управление искажением: Обработка должна учитывать возможное искажение при удалении сдержанности-секвенирование термообработки с ограничением..
- Целостность поверхности: Избегайте температур измельчения поверхности, которые могут повторно застраховать поверхности.
Соображения кастинга
WC6 и WC9 часто производятся как Большие песчаные компоненты (клапаны, паровые сундуки, турбинные оболочки до 10 тонны).
Кастинг Требуется тщательный контроль процесса, чтобы избежать металлургических дефектов.
- Практика плавления: Для критических отливок, Используйте плавление Vim/var или аргона, чтобы контролировать примеси и содержание включения. Чистые таяния уменьшают усталость и сайты инициации ползучесть.
- Стробирование и повышение: Дизайн для затвердевания направления, адекватное кормление и озноб для устранения пористости усадки.
Отливки для службы давления часто требуют рентгенографических уровней принятия. - Термическая обработка после литья: Нормализовать/циклы отжига облегчает напряжения и уточняйте микроструктуру перед отпуском.
Окончательный отпуск дает желаемый баланс силы/прочности. - Непрерывный: Рентгенография, Ультразвуковые критерии тестирования и принятия на код, необходимые для компонентов давления.
6. Термическая обработка & Поверхностная обработка A217 WC6 против WC9
Термическая обработка
Производительность ASTM A217 WC6 (1.25CR - 0,5 МО) и WC9 (2.25Cr - 1mo) Сплавы есть критически зависит от термообработки, который регулирует их микроструктуру, механические свойства, и высокотемпературная срок службы.
| Шаг | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) | WC9 (2.25Cr - 1mo) | Цель |
| Austenitizing | 900–955 ° C. (1,650–1,750 ° F.), Держать 2–4 часа | 930–980 ° C. (1,710–1800 ° F.), Держать 2–4 часа | Растворить карбиды, гомогенизируя химия, уточнить зерна |
| Гашение | Воздушная охлаждаем | Воздушный прохладный (Меньшие отливки), масло/полимер для тяжелых срезов | Избегайте сохраняемого аустенита, минимизировать растрескивание |
| Отпуск | 660–705 ° C. (1,220–1,300 ° F.), 2 цикл | 675–740 ° C. (1,245–1,360 ° F.), 2 цикл | Осадить вторичные карбиды, улучшить сопротивление ползучести, уменьшить хрупкость |
| PWHT (сварка) | 621–677 ° C. (1,150–1,250 ° F.) | 650–705 ° C. (1,200–1,300 ° F.) | Снять стрессы, Demper zaz Martensite |
Поверхностная обработка
Хотя WC6 и WC9 обеспечивают неотъемлемое окисление и устойчивость к ползучести, поверхностная инженерия может продлить срок службы компонентов в коррозийных или эрозивных средах.
| Уход | Метод | Выгода | Типичное применение |
| Выстрел в взрыв / Грит взрыва | Высокоскоростные абразивные частицы | Удаляет оксидную шкалу, улучшает чистоту поверхности, Улучшает усталостную жизнь | Очистка после уклонения |
| Нитринг | Газовое или плазма. (500–550 ° C.) | Улучшает поверхностную твердость (до 900 Hv.), износостойкость | Клапаны сиденья, движущиеся части в турбинах |
| Алюминизирование | Упаковка цементация или отложение паров | Формы защитный слой al₂o₃, Увеличивает устойчивость к окислению >600 ° C. | Силовая установка Сверхнегиторов, нефтехимические реакторы |
| Обогащенная хрома наложная сварка | Хардфакция с электродами с высоким CR или облицовками полосы | Усиливает горячую коррозию и устойчивость к эрозии | Котловые клапаны, нефтеперерабатывающее оборудование |
| Диффузионные покрытия (Ал, И, Герметичный) | Высокотемпературный процесс диффузии | Улучшает горячую коррозию и устойчивость к карбинизации | Компоненты печи |
| Тепловые распылительные покрытия (HVOF, Плазма) | WC-Co, Cr₃c₂-nicr Cermet Coatings | Сопротивляется эрозивной суспензии и паровам | Насосные буйства, Спешние клапаны |
7. Типичные применения A217 WC6 против WC9
Сплавы A217 WC6 и WC9 Мартенситный CR-MO с низким содержанием сплавных сталей спроектировано для высокотемпературная, Служба высокого давления.
Их комбинация Микроструктура смягченной мартенсит, Сила ползучести, и тепловая стабильность делает их незаменимыми в Производство электроэнергии, нефтехимический, и процесс промышленности.
Индустрия производства электроэнергии
WC6 (1.25CR - 0,5 МО):
- Подкритическое паровое обслуживание (≤538 ° C.)
- Компоненты:
-
- Котлы и локтя
- Элементы перегревателя и повторения
- Срезы турбинного корпуса для промежуточного давления
WC9 (2.25Cr - 1mo):
- Суперкритический и ультра-суперкритический пара (538–595 ° C.)
- Компоненты:
-
- Высокопрехищение высокого давления
- Паровые грудные клапаны
- Турбинные входные кожухи
Нефтехимическое и нефтеперерабатывающее оборудование
- WC6:
-
- Компоненты печи (простыни, камеры сжигания)
- Промежуточные температурные обогреватели (≤538 ° C.)
- WC9:
-
- Пробирки реактора и обогревателя, работающие до 595 ° C.
- КАТАЛИСТИКА
- Нефтехимические клапаны высокого давления
Оборудование для парового и теплопередачи
- Заголовки и коллекторы: Как WC6, так и WC9 широко используются в паровые заголовки где температура и давление колеблются циклически.
- Компоненты теплообменника: Простыни, перегородки, и конечные пластины требуют сопротивление ползучести и термическая устойчивость к усталости, сделать эти сплавы идеальными.
- Котелные клапаны и фитинги: Качать, ворота, глобус, и проверьте клапаны, используйте WC6 или WC9 в зависимости от рабочей температуры.
Другие промышленные применения
- Суда давления: Мелкие и средние сосуды для субкритический/критический пара в промышленном производстве электроэнергии.
- Насосные оболочки и компоненты турбины: Насосы высокого давления в нефтехимических и ядерных применениях.
- Компоненты печи и печи: Поддержки и внутренние структуры, подверженные воздействию Повышенные температуры для длительных продолжительности.
Сравнительный сервисный конверт
| Сплав | Макс непрерывная температура обслуживания | Типичное давление | Типичные компоненты | Рекомендуемая обработка поверхности |
| WC6 | 538 ° C. (1,000 ° F.) | 30 МПА (4,350 пса) | Подкритические заголовки котлов, клапаны, Секции турбинного корпуса | Нитринг, алюминизирование, выстрел в взрыв |
| WC9 | 595 ° C. (1,100 ° F.) | 30 МПА (4,350 пса) | Суперкритический котел/заголовки переигрывателя, клапаны, турбины высокого давления | Наложения сварки, алюминизирование, выстрел в взрыв |
8. Преимущества и ограничения A217 WC6 против WC9
Понимание преимущества и ограничения WC6 и WC9 имеют решающее значение для инженеры и дизайнеры Выбор материалов для высокотемпературная, Промышленные компоненты высокого давления.
Преимущества
| Особенность | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) | WC9 (2.25Cr - 1mo) | Примечания |
| Высокотемпературная сила | Отлично до 538 ° C. | Верхний до 595 ° C. | WC9 предпочтительна для суперкритического пара |
| Микроструктура смягченной мартенсит | Хорошая прочность, пластичность | Немного более высокая сила, Немного ниже пластичности, чем WC6 | Обеспечивает надежность под давлением и термическим велосипедом |
| Сопротивление ползучести | Подходит для субкритического обслуживания | Оптимизирован для долгосрочных суперкритических приложений | WC9 демонстрирует на 10–15% выше срок службы разрыва ползучести при повышенных температурах |
| Экономическая эффективность | Более низкое содержание сплава → снижение стоимости | Более высокое содержание сплава → увеличение стоимости материала | Удовлетворенные бюджетными приложениями могут предположить WC6 |
| Гибкость изготовления | Более легкая сварка и обработка из -за более низкого CR/MO | Более высокая твердость и содержание CR → требуют более тщательной сварки и обработки | Предварительно разогреть и PWHT, необходимые для обоих, Но WC9 более требовательна |
| Коррозия/устойчивость к окислению | Адекватно для умеренных паров и химических средств | Улучшено из -за более высокого содержания CR | Поверхностные обработки еще больше повышают производительность |
Ограничения
| Ограничение | WC6 | WC9 | Смягчение / Примечания |
| Максимальная температура обслуживания | Ограничен 538 ° C. | 595 ° C Макс | Превышение пределов ускоряет ползучесть и может привести к деформации |
| Сварка | Умеренный; предварительно нагреть и PWHT требуется | Более чувствительный; Более высокая твердость и CR требуют более строгого контроля сварки | Используйте расходные материалы с низким гидрогенами, Поддерживать межпроходную температуру |
| Механизм | Хорошо для теплообработанного состояния | Немного ниже из -за более высокой твердости | Используйте инструменты карбида/CBN и оптимизированные параметры резки |
| Коррозия стресса (SCC) | Восприимчиво в средах H₂S или богатых хлоридом | Подобная восприимчивость, немного более высокий CR предлагает незначительное улучшение | Избегайте обслуживания с H₂S >50 ppm или cl⁻ >100 ppm |
| Расходы | Экономичный | Более дорогим из -за более высокого содержания сплава | Используйте WC6, когда высокотемпературный ползучий не критичен |
9. Сравнение с конкурирующими материалами
При выборе высокотемпературная, Материалы с давлением, Инженеры часто оценивают WC6 и WC9 против Альтернативные сплавные стали и нержавеющие стали.
Ключевые конкурирующие материалы
- Углеродистая сталь (CS): Низкоплавенный, экономичный, подходит для низко-средней температуры (<400 ° C.), Но плохая ползучий и коррозионная стойкость.
- Хром-молибденовые стальные пластины (НАПРИМЕР., ASTM A335 P11/P22): Кованая или сварная труба, более высокая сопротивление ползучести, чем CS, дешевле, чем отливки WC9.
- Аустенитные нержавеющие стали (304, 316, 321, 347): Отличная коррозионная стойкость, Подходит для умеренных температур (≤650 ° C.), меньшая сила и сопротивление ползучести по сравнению с WC9.
- Никелевые сплавы (Insonel 600/625, Хастеллой): Выдающаяся коррозия и высокая температурная сила (до 700–1000 ° C), но очень дорого и трудно изготовить.
- Другие сплавные литые стали (НАПРИМЕР., ASTM A217 Grade C12, CN7M): Аустенитные литые стали, Хорошая коррозионная стойкость, но меньшая прочность на услуги высокого давления.
Сравнительная таблица производительности
| Свойство / Особенность | WC6 (1.25CR - 0,5 МО) | WC9 (2.25Cr - 1mo) | Углеродистая сталь | CR-MO Сталь (P22) | Остенитное нержавеющее (316/321) | Никелевые сплавы (Insonel 625) |
| Максимальный сервис темп (° C.) | 538 | 595 | 400 | 565 | 600 | 980 |
| Сила ползучести | Умеренный | Высокий | Низкий | Умеренный | Низкий | Очень высоко |
| Предел прочности (МПА) | 500–600 | 550–650 | 400–500 | 500–600 | 500–600 | 700–900 |
| Удар воздействия @ 20 ° C (Дж) | >40 | >40 | 30–50 | 40–50 | 40–80 | 50–100 |
| Устойчивость к окислению | Умеренный | Хороший | Бедный | Умеренный | Хороший | Отличный |
| Коррозионная стойкость | Умеренный | Хороший | Бедный | Умеренный | Отличный | Отличный |
| Сварка | Умеренный | Умеренный (Требуется строгий предварительный нагрев/PWHT) | Отличный | Хороший | Отличный | Трудный |
| Расходы | Середина | Высокий | Низкий | Середина | Высокий | Очень высоко |
| Сложность изготовления | Умеренный | Высокий | Низкий | Середина | Середина | Очень высоко |
| Типичные приложения | Котлы, клапаны, субкритические/суперкритические заголовки | Суперкритические/перепойдетели, турбинные кожухи | Сосуды низкого давления, трубопровод | Давление трубопроводы, Умеренные временные заголовки | Коррозийный сервис, Умеренная температура | Экстремальные реакторы с высокой температурой, химическая обработка |
10. Заключение
A217 WC6 против WC9 являются рабочими лошадями систем давления в средней температуре, обеспечивает сейф, Эффективная работа электростанций, нефтеперерабатывающие заводы, и нефтехимические средства по всему миру.
Их успех связан с:
- Целенаправленное легирование: CR и MO обеспечивают окисление и сопротивление ползучести, адаптированные к обслуживанию 400–595 ° C, Наиболее распространенный диапазон для промышленных высокотемпературных применений давления.
- Проверенная термообработка: Микроструктура с мерым, стойкость, и стабильность - по значимости за десятилетиями тестирования ASTM/ASME и полевого обслуживания.
- Экономическая эффективность: Средняя земля между низкоэффективными углеродными сталями и дорогостоящими передовыми сплавами, Минимизация LCC при соблюдении стандартов безопасности.
В то время как продвинутые сплавы (НАПРИМЕР., P91, На основе никеля суперсплавы) вытесняют WC6/WC9 в сверхвысокой температуре (>600° C.) приложения, WC6/WC9 остаются незаменимыми для сервиса 400–595 ° C, где их производительность, Изготавливаемость, и стоимость соответствует промышленным потребностям.
Для инженеров и команд закупок, Успех с WC6/WC9 зависит от строгого приверженности стандартам ASTM/ASME для композиции, термическая обработка, и изготовление - потерю этих сплавов обеспечивает свой полный 15–25 -летний срок службы.
Часто задаваемые вопросы
Могут ли WC6 и WC9 быть сварены вместе или в углеродичную сталь?
Да, Но суставы должны быть разработаны: Используйте совместимые металлы наполнителя, разогреть, InterPass Controls и PWHT.
Разнообразные металлические суставы требуют внимания к соответствующему термическому расширению, Гальванические проблемы и металлургия HAZ. Следуйте квалифицированным требованиям WPS/PQR и кода.
Что типично после сварки?
Полевая практика обычно использует падающие PWHT в 600–700 ° C. диапазон.
Точная температура/время замачивания зависит от толщины и должна следовать квалифицированной процедуре; Всегда консультируйтесь с поставщиком/код.
Как долго будет длиться корпус клапана WC9 550 ° C.?
Срок службы зависит от стресса, цикл, Качество окружающей среды и кастинга.
WC9 предназначен для более длительного срока ползучести, чем WC6 при повышенных температурах, Но прогнозирование жизни требует данных с подпрыжением ползучести и расчетного напряжения; Выполнить анализ фитнеса для обслуживания для критических компонентов.
Подходят ли WC6/WC9 для среды, богатые коррозиями, богатые хлоридом?
Они не лучший выбор для тяжелой коррозии хлорида (Ямка/SSC). Дуплексные нержавеющие стали или никелевые сплавы предпочтительнее, где коррозия хлоридного напряжения вызывает беспокойство.
Какие инспекции необходимы для доставки?
Требовать химического анализа (Mtc), Растяжение и твердость (как указано), рентгенография/UT для отливок давления, Проверки размеров и записи о тепловой обработке. Где применимо, ударное тестирование и PMI разумны.
