1. Zavedenie
CD4MCU (bežne dodávané podľa špecifikácií liatej ocele, ako je ASTM A890 Grade 1A pre duplexné odliatky s UNS číslom J93370) je účelovo skonštruovaný duplexný nerezový odliatok, ktorý kombinuje vysokú pevnosť, zvýšená odolnosť voči lokálnej korózii, a dobrá odolnosť proti erózii/kavitácii.
Jeho chémia (vysoký obsah chrómu, molybdén, meď a dusík s miernym obsahom niklu) a dvojfázové (ferit + Austenit) vďaka mikroštruktúre je CD4MCu obľúbenou voľbou pre náročné rotačné komponenty pre mokrú prevádzku (obaly, pump), ventily, a iný odlievaný hardvér, kde je vystavenie chloridom, erózia alebo mechanické zaťaženie.
2. Čo je CD4MCu nehrdzavejúca oceľ?
CD4MCu je a duplexný (feritický - austenitický) nehrdzavejúca oceľ akosť poskytovaná hlavne vo forme liateho výrobku.
Je formulovaný tak, aby poskytoval vyváženú duplexnú mikroštruktúru (≈ 35–55 % feritu typický pre dobre opracované odliatky) ktorý poskytuje vysokú medzu klzu, dobrá húževnatosť a výrazne zlepšená odolnosť voči jamkovej korózii, štrbinová korózia a chloridové napäťovo-korózne praskanie v porovnaní s konvenčnými austenitickými odlievanými druhmi (Napr., Odliatok CF8M/316).
„Cu“ v označení odráža zámerné pridanie medi (≈ 2,7 – 3,3 % hmotn.) ktorý zvyšuje odolnosť voči určitým redukčným a erozívnym chemikáliám a zlepšuje výkon v kavitačných alebo kalových prostrediach.
Funkcie
- Vysoká pevnosť (výťažok podstatne vyšší ako odliatky CF8M/316).
- Zvýšená odolnosť voči lokálnej korózii (Mo a N zvyšujú PREN; meď zlepšuje správanie v niektorých redukčných chemikáliách).
- Dobrá odolnosť proti erózii/kavitácii na otáčanie mokrých komponentov.
- Odlievateľnosť pre komplexné geometrie (obaly, zvitky, telá ventilu).
- Dobrú zvárateľnosť pri použití kvalifikovaných postupov a zodpovedajúcich plnív.
- Vyvážená duplexná mikroštruktúra poskytuje húževnatosť odolnú voči poškodeniu a zároveň zvyšuje odolnosť proti únave v porovnaní s mnohými austenitickými materiálmi.
3. Typické chemické zloženie nehrdzavejúcej ocele CD4MCu
| Prvok | Typický rozsah (wt.%) | Úloha / komentovať |
| C | ≤ 0.04 | Udržujte nízku hladinu, aby ste predišli zrážaniu karbidov |
| Cr | 24.5 - 26.5 | Primárny tvorca pasívneho filmu; kľúčom k všeobecnej odolnosti proti korózii |
| V | 4.5 - 6.5 | Pôvodca austenitu; pomáha duplexnej rovnováhe |
| Mí | 1.7 - 2.5 | Posilňuje odolnosť voči jamkám/štrbinám |
Cu |
2.7 - 3.3 | Zlepšuje odolnosť voči redukujúcim kyselinám, kavitačné/erózne správanie |
| N | 0.15 - 0.25 | Posilňovač a silný PREN booster |
| Mn | ≤ 1.0 | Deoxidátor/pomocný prostriedok na spracovanie |
| A | ≤ 1.0 | Odolnosť voči deoxidácii a oxidácii |
| P | ≤ 0.04 | Kontrola nečistôt |
| Siež | ≤ 0.03 | Nízke S pre spoľahlivosť |
| FE | Vyvážiť | Maticový prvok (ferit + Austenit) |
4. Mechanické vlastnosti — CD4MCu (ASTM A890 Stupeň 1A)
Nižšie je zameraná, technická prezentácia typického mechanického správania CD4MCu v bežných podmienkach dodávky (vrhnúť, roztok, vodná voda- alebo chladené vzduchom podľa špecifikácie zlievárne).
Teplota miestnosti (typický) mechanické vlastnosti — v roztoku žíhaný odliatok CD4MCu
| Majetok | Typický rozsah (A) | Typický rozsah (cisársky) | Komentujte |
| Pevnosť v ťahu, Rm | 650 - 780 MPA | 94 - 113 ksi | Závisí od veľkosti sekcie a zlievárenskej praxe; ťažšie úseky majú nižšiu tendenciu. |
| 0.2% dôkaz / Výnos, Rp0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 ksi | Pre výpočty prípustného napätia použite tepelne špecifickú hodnotu. |
| Predĺženie, A (%) | 15 - 25 % | - | Merané na štandardných skúšobných vzorkách; klesá s ťažšími sekciami a chybami odliatku. |
| Zmenšenie plochy, Z (%) | 30 - 40 % (typický) | - | Naznačuje tvárny lom, keď je kvalita odliatku vysoká. |
Tvrdosť podľa Brinella (Hbw) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | Vyššia tvrdosť koreluje s vyššou pevnosťou, ale môže signalizovať mikroštrukturálne problémy, ak sa to očakáva. |
| Modul pružnosti, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 × 10³ ksi | Na výpočty tuhosti použite ~200 GPa, pokiaľ sa údaje dodávateľa nelíšia. |
| Charpy, CVN (miestnosť T) | Zvyčajne dobrý; uveďte, či je kritická zlomenina (Napr., Cieľ ≥ 20–40 J) | - | CVN je teplo- a závislé od sekcie; vyžadovať test dodávateľa, ak je húževnatosť kritická. |
| Únava (vedenie) | Vytrvalosť (hladká vzorka) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Silne závislá od povrchovej úpravy, liatych defektov, zvyškové napätia a detailná geometria. Odporúča sa testovanie komponentov. |
5. Fyzikálne a tepelné vlastnosti nehrdzavejúcej ocele CD4MCu
| Majetok | Reprezentatívna hodnota |
| Hustota | ≈ 7.80 - 7.90 g·cm⁻3 |
| Tepelná vodivosť (20 ° C) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Špecifické teplo (20 ° C) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Koeficient tepelnej rozťažnosti (20–100 ° C) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ k⁻⁻ |
| Modul pružnosti (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Topenie/solidus (približne) | ~1375 – 1450 ° C (zliatinový) |
6. Výkonnosť korózie
- Jamka & štrbina: Mo. CD4MCu + N + vysoký Cr poskytuje silný odpor; PREN v nízkych 30 rokoch je vhodný pre brakické vody, mnohé systémy chladiacej vody a procesné prúdy obsahujúce chloridy pri miernych teplotách.
- Scc (chloridové stresovo-korózne praskanie): duplexná mikroštruktúra a frakcia nižšieho austenitu väčší odpor na chloridový SCC ako typické austenitické odlievané druhy;
však, SCC sa môže stále vyskytovať pri ťažkých kombináciách chloridov, teplotné a ťahové napätie. - Erózia-korózia / kavitácia: pridanie medi a vysoká pevnosť zlepšujú odolnosť proti korózii podporovanej eróziou a kavitácii; preto sa CD4MCu používa pre obežné kolesá a kalové čerpadlá.
- Zníženie kyselín: CD4MCu je tolerantnejší ako 316 v niektorých mierne redukujúcich tekutinách, ale koncentrované horúce redukčné kyseliny môžu vyžadovať materiály na báze vyššej zliatiny alebo niklu.
- Teplotné limity: pre dlhodobú chloridovú službu uprednostňujte expozície na úrovniach alebo pod úrovňou potvrdenou laboratórnym skríningom; pri zvýšených teplotách sa zvyšuje celková rýchlosť korózie a náchylnosť na lokalizované napadnutie.
7. Vlastnosti odlievania nehrdzavejúcej ocele CD4MCu
CD4MCu sa zvyčajne dodáva ako investícia alebo liaty do piesku komponenty.
Kľúčové aspekty obsadenia:
- Tuhnutie a zmršťovanie: očakávajte typické lineárne zmršťovanie rádovo ~ 1,2 – 2,0 % – na návrh vzoru použite faktory zmršťovania v zlievárni. Smerové tuhnutie a správne umiestnené stúpačky zabraňujú vzniku zmršťovacích dutín.
- Kontrola taveniny: riadené indukčné tavenie, odplyňovanie argónom a keramická filtrácia znižujú plyn a inklúzie; pre odliatky s najvyššou integritou možno použiť vákuové tavenie alebo ESR.
- Bežné chyby odliatku: pórovitosť, dutiny, nekovové inklúzie a studené uzávery – zamedzené správnym vtokom, filtrácia, kontrola odplynenia a nalievania.
- Tepelné spracovanie po odliatí: žíhanie (pozri časť 8) je potrebný na dosiahnutie požadovanej duplexnej rovnováhy a rozpustenie segregovaných fáz. Bedra (izostatické lisovanie za tepla) možno použiť na kritické, časti s vysokou integritou na uzavretie vnútornej pórovitosti.
- Obrábanie prídavky & tolerancia: poskytovať realistické obrábacie zásoby (Napr., 2– Prídavok na hrubovanie 6 mm; menej na investičné odliatky) a špecifikujte opracované kritické plochy.
8. Výroba, Tepelné spracovanie, a osvedčené postupy zvárania
Tepelné spracovanie
- Žíhanie po odliatí (typický teplotný rozsah okolo 1040–1100 °C; presné špecifikácie zlievarne, ktoré treba dodržiavať) s rýchlym ochladzovaním na zaistenie vyváženej duplexnej mikroštruktúry a rozpustenie nežiaducich precipitátov.
Niektoré zdroje odporúčajú tepelné spracovanie okolo ~1900 °F (~1038 °C) nasledované ochladením pre liate duplexné triedy; postupujte podľa údajového listu dodávateľa/zlievárne pre presnú teplotu/udržanie/ochladzovanie.
Zváranie
- Zvárateľnosť je dobrá, ale kontrola je nevyhnutná: používajte kvalifikované postupy zvárania (WPS/WPQ), zodpovedajúce prídavné kovy určené pre duplexnú chémiu, regulácia interpass teploty, a obmedziť prívod tepla na udržanie fázovej rovnováhy v HAZ.
- Roztokové žíhanie po zváraní: nie vždy použiteľné pre dokončené zostavy; ak to nie je možné, vyberte vhodné zliatiny plniva a minimalizujte rozsah HAZ, aby sa zachovala lokálna odolnosť proti korózii.
Obrábanie & formovanie
- Obrobiteľnosť CD4MCu je mierna; použite nástroje z tvrdokovu, vhodné krmivá a chladivo.
Duplexné triedy sú pevnejšie ako austenitické, takže očakávajte vyššie opotrebovanie nástroja. Tvárnenie za studena je v porovnaní s tvárnou austenitikou obmedzené; podľa toho konštrukčné výkresy.
Príprava povrchu & pasivácia
- Po zváraní/oprave odstráňte podľa potreby tepelný odtieň a morenie, a potom pasivujte procesmi pasivácie dusičnanom alebo citrónom, aby sa obnovil jednotný pasívny film.
9. Priemyselné aplikácie CD4MCu (ASTM A890 Stupeň 1A)
CD4MCu je široko používaný tam, kde odlievaná geometria, je potrebná zvýšená pevnosť a zlepšená odolnosť voči lokálnej korózii/erózii:
- Komponenty čerpadla: obaly, špirály a puzdrá na morskú vodu, brakická voda, služby chladiacej vody a kalov.
- Telá ventilu & vyvrhnúť: regulačné a izolačné ventily na mori, odsoľovanie, chemický, a elektrárenské systémy.
- Odsoľovanie & zariadenia na reverznú osmózu: rotujúce kovanie a armatúry vystavené chloridom a prechodným podmienkam.
- Križovatka & papierenské a banské zariadenia: kalové čerpadlá a komponenty náchylné na opotrebovanie.
- Chemický proces & chladiace systémy: kde sa kombinujú hladiny chloridov a mechanické zaťaženie.
10. Výhody & Obmedzenia
Hlavné výhody CD4MCu (ASTM A890 Stupeň 1A)
- Vyvážená pevnosť a odolnosť proti korózii: Medza klzu dvojnásobná ako 316L s porovnateľnou alebo lepšou odolnosťou proti korózii v chloridových a kyslých médiách.
- Vynikajúci výkon kyslých služieb: Vyhovuje NACE MR0175, vďaka čomu je ideálny pre prostredia obsahujúce H₂S.
- Vynikajúca odlievateľnosť: Vhodné pre súčiastky zložitých tvarov, ktoré sa ťažko vyrábajú kovaním.
- Nákladová efektívnosť: 30-50% lacnejšie ako zliatiny na báze niklu (Napr., Hastelloy C276) pričom ponúka podobnú odolnosť proti korózii v miernom prostredí.
- Odpor: Prídavok medi zvyšuje odolnosť proti oderu a erózii, predĺženie životnosti v aplikáciách na manipuláciu s kvapalinami.
Kľúčové obmedzenia CD4MCu (ASTM A890 Stupeň 1A)
- Zložitosť zvárania: Vyžaduje prísnu kontrolu prívodu tepla a povinné PWHT, zvýšenie výrobných nákladov v porovnaní s austenitickými oceľami.
- Obmedzenie teploty: Nevhodné pre nepretržitú prevádzku nad 450°C kvôli tvorbe σ fázy.
- Citlivosť na zvyškové prvky: Vysoká MN (>0.8%) alebo nečistoty Sn/Pb znižujú odolnosť proti korózii a zvyšujú riziko praskania.
- Nižšia ťažnosť ako austenitické ocele: Predĺženie (16–24 %) je nižšia ako 316 l (≥ 40%), obmedzujúce použitie v aplikáciách s vysokou deformáciou.
11. Porovnávacia analýza — CD4MCU oproti podobným zliatinám
Hodnoty sú reprezentatívne, len na skríning a návrh špecifikácií — vždy používajte MTR dodávateľa, údajových listov výrobcu a testovacích údajov špecifických pre aplikáciu pre konečný výber.
| Aspekt / Zliať | CD4MCU (liaty duplex) | CF8M / Vrhnúť 316 (austenitický) | Duplexný 2205 (vyvolaný) | Na báze niklu (Napr., C-276) |
| Zvýraznenie kompozície | Cr ~24,5–26,5; Pri ~4,5–6,5; Po ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~0,15–0,25 | Cr ~16–18; O ~10-14; Po ~2–3 (CF8M) | Cr ~21-23; V čase ~4–6,5; Po ~3; N ~0,08-0,20 | Veľmi vysoké Ni a Cr; podstatný Mo (a iné legovanie) |
| Typické PREN (skríning) | ~ 30–35 (závisí od Po/N) | ~24-27 | ~ 35–40 | >40 (líši sa z zliatiny) |
| Reprezentatívne mechanické (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 premenná (často 500–900 MPa); Rp0,2 závisí od triedy |
| Odolnosť voči chloridom SCC | Dobre (lepšie ako CF8M; duplexný benefit) | Stredná – náchylná na horúce/stresové podmienky | Veľmi dobrý (jedna z najlepších nerezových možností pre SCC) | Všeobecne vynikajúci (skonštruované pre extrémnu chémiu) |
Jamka / štrbina |
Vysoký (Mí + N + Cr; PREN ~30s) | Mierny | Veľmi vysoký | Vynikajúci |
| Erózia / kavitácia | Dobre (Cu + vyššia sila zlepšuje výkon) | Mierny | Dobre (pomáha vyššia sila) | Variabilné — závisí od ročníka; často sa vyberajú skôr na koróziu ako na eróziu |
| Odlievateľnosť / formy produktov | Vynikajúce ako odliatky (obaly, zvitky, telá ventilu) | Vynikajúci (liate formy široko dostupné) | Predovšetkým vyvolaný (tanier, bar, potrubie); nejaký cast duplex existuje, ale je zložitejší | Kované a odlievané; odliatky možné, ale nákladné |
| Zvárateľnosť & Správanie HAZ | Dobrý – vyžaduje kvalifikované postupy a kontrolu HAZ | Vynikajúci (316 je zhovievavý) | Zvárateľný, ale vyžaduje prísnu kontrolu na zachovanie duplexnej rovnováhy | Zvárateľné kvalifikovanými postupmi; kritický výber plniva |
| Typické nákladové pásmo (materiál) | Stredne vysoké (menej ako väčšina zliatin Ni) | Znížiť (ekonomický) | Stredne vysoké (podobné ako CD4MCu alebo vyššie pre vysokú špecifikáciu) | Vysoký (prémiové zliatiny) |
Typické aplikácie |
Obaly, pump, telesá ventilov pre brakickú/morskú vodu, kalcové čerpadlá, odsoľovanie, chladiaca voda | Všeobecné procesné potrubie, tanky, sanitárne vybavenie, mierna chloridová služba | Pobrežie, odsoľovanie, služby vysokopevnostných chloridov, tlakové systémy | Chemické reaktory, extrémna kyselinová/chloridová služba, veľmi vysoká závažnosť korózie |
| Kedy si vybrať | Potrebujete zložité liate diely s vysokou pevnosťou, dobrá odolnosť voči jamkovej/SCC a erózii za primeranú cenu | Nákladovo orientované projekty, kde je expozícia chloridom nízka – stredná a vyžaduje sa jednoduchosť výroby | Keď je požadovaná najvyššia odolnosť voči chloridom a pevnosť a tvárna forma je prijateľná | Keď servisná chémia alebo teplota presiahne nerezovú/duplexnú schopnosť a náklady na životný cyklus odôvodňujú prémiu |
12. Záver
CD4MCU (ASTM A890 Trieda 1A, ak je špecifikovaná v odlievanej duplexnej forme) je technicky atraktívna možnosť pre rotačné a tlakové liate komponenty v chloridovom ložisku, erozívne alebo kavitačné služby.
Jeho duplexná štruktúra, obsah molybdénu a dusíka poskytuje robustnú odolnosť proti jamkovej korózii a toleranciu SCC, zatiaľ čo meď a vysoká pevnosť zvyšujú odolnosť proti erózii a mechanickému poškodeniu.
Aby ste si uvedomili výhody zliatiny, disciplinovaná zlievarenská prax, zdokumentované rozpúšťacie žíhanie, kvalifikované zváranie a vhodné NDE sú nevyhnutné.
Tam, kde prevádzková chémia alebo teplota prekračuje kapacitu CD4MCu, mali by sa hodnotiť duplexné tvárnené triedy alebo zliatiny na báze niklu.
Časté otázky
Čo znamená „CD4MCu“.?
Označuje duplexnú triedu nehrdzavejúceho odlievania s vlastnosťami zloženia (Cr, Mí, Cu a N) vyladené pre vylepšené pitting, SCC a odolnosť proti erózii. Bežne sa dodáva ako ASTM A890 Grade 1A v špecifikáciách liateho duplexu.
Aký je rozdiel medzi CD4MCu a 2205 duplexná nehrdzavejúca oceľ?
CD4MCu je a vrhnúť duplexná zliatina optimalizovaná na výrobu zložitých komponentov, s prídavkom medi na zvýšenie zníženia odolnosti voči kyselinám.
2205 je a vyvolaný duplexná zliatina s vyšším obsahom dusíka (0.14-0,20 % hmotn.) na stabilizáciu austenitu.
Zatiaľ čo obe majú podobné hodnoty PREN (~34), Pre odliatky sa uprednostňuje CD4MCu, a 2205 sa používa na kované výrobky (taniere, potrubia).
Je CD4MCu vhodný pre morskú vodu?
Áno – CD4MCu je široko používaný pre morskú vodu, aplikácie v brakickej vode a chladiacej vode; však, špecifikujte laboratórne skríningy a prípustné hodnoty korózie pre dlhodobú prevádzku v ponorenom stave alebo v zóne rozstreku.
Je možné CD4MCu zvárať v teréne?
Áno, ale zváranie vyžaduje kvalifikované postupy, zodpovedajúce duplexné prídavné kovy, riadený prívod tepla a čistenie/pasivácia po zváraní. Pri kritických zostavách zvážte predbežnú kvalifikáciu a skúšky zváraných kupónov.
Ako je na tom CD4MCu v porovnaní s 316 odliatky?
CD4MCu ponúka vyššiu pevnosť a výrazne lepšiu odolnosť voči lokálnej korózii a SCC ako odliatky CF8M/316 – umožňuje dlhšiu životnosť v chloridových ložiskách, erozívne prostredie.
