1. Introduktion
A217 Cast Steels WC6 och WC9 (Industry kort för 1¼cr - ½mo och 2¼cr - 1mo gjutna betyg, respektive) är specialdesignade låglegering CR-MO-stål för tryckbehandlingskomponenter i förhöjd temperaturtjänst.
WC6 anges vanligtvis där god seghet och måttlig krypstyrka krävs upp till ungefär ~ 520–540 ° C;
WC9 ger högre långsiktig styrka och oxidationsmotstånd och används där servicetemperaturer och krype efterfrågan tillvägagångssätt ~ 550–580 ° C.
Framgångsrik användning av dessa material beror lika mycket på gjuteripraxis, Värmebehandling och svetsdisciplin as on the nominal chemistry—poor processing is the root cause of most field failures.
This review compares WC6 vs WC9 from metallurgy and properties through fabrication, service use, competing alternatives, and practical procurement guidance.
2. Vad är A217 Alloy Cast Steels WC6 och WC9?
ASTM A217 Standardsammanhang
ASTM A217 / ASME SA217 is the globally recognized specification governing martensitic and austenitic alloy cast steels
som används i pressure-retaining components—valves, flänsar, beslag, headers, and reactors—exposed to high-temperature service (≥343 °C / 650 ° F).
- Historical Note: First issued in 1937, the standard has undergone continuous refinement, med 2024 revision updating composition tolerances, Värmebehandlingskrav,
and mechanical property ranges to align with modern energy infrastructure, inklusive ultra-supercritical power generation and advanced petrochemical reactors. - Within the standard, WC6 and WC9 fall under the Martensitic CR - MO -legeringsfamilj.
Till skillnad från austenitiska betyg (TILL EXEMPEL., C12, Cn7m) som förlitar sig på hög nickel (>9 wt%) för korrosionsmotstånd,
Martensitiska legeringar innehåller låg ni (<0.5 wt%) och härleda deras prestanda främst från krom (Cr) och molybden (Mo) tillägg.
Denna grundläggande skillnad gör WC6/WC9 mer lämplig för högbelastad, krypbegränsade miljöer, Där austenitics - även om det är mer korrosionsbeständigt - skulle mjuka upp eller förlora styrka.
3. Kemisk sammansättning av A217 WC6 vs WC9
De prestationskillnad mellan WC6 och WC9 -legeringar ligger främst i deras kemisk sammansättning, som reglerar mikrostrukturutveckling, krypmotstånd, oxidationsbeteende, och svetsbarhet.
Nominella sammansättningar (ASTM A217)
| Element | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) (wt%) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) (wt%) | Funktion i legering |
| Kol (C) | 0.15 - 0.30 | 0.15 - 0.30 | Ger martensitisk härdbarhet och bildar karbider för styrka; Överdriven kolrisker sprödhet. |
| Mangan (Mn) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Förbättrar härdbarhet och fungerar som en deoxidisator; För mycket minskar krypstyrkan. |
| Kisel (Och) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | Förbättrar oxidationsmotståndet (Sio₂ film) och stärker ferritmatris. |
| Krom (Cr) | 1.00 - 1.50 | 2.00 - 2.50 | Förbättrar oxidation och korrosionsmotstånd; stabiliserar karbider (M₇c₃, M₂₃c₆). |
| Molybden (Mo) | 0.44 - 0.65 | 0.90 - 1.20 | Ger krypmotstånd; Former Mo₂C -karbider för att motstå korngränsskjutning. |
| Nickel (I) | ≤. 0.50 | ≤. 0.50 | Restelement; förbättrar seghet men begränsad för att förhindra behållen austenit. |
| Svavel (S) | ≤. 0.030 | ≤. 0.030 | Kontrollerad orenhet; Överskott orsakar varm sprickor under gjutning/svetsning. |
| Fosfor (P) | ≤. 0.030 | ≤. 0.030 | Kontrollerad orenhet; Överskott leder till temperament i tjänst i tjänsten. |
| Järn (Fe) | Balans | Balans | Bildar den ferritiska/martensitiska matrisen. |
4. Mekaniska egenskaper & Förhöjd temperaturbeteende för A217 WC6 vs WC9
Mekaniska egenskaper
Både WC6- och WC9 -legeringar är utformade för att tillhandahålla hög styrka och seghet vid omgivnings- och måttliga servicevillkor.
Värdena nedan är från ASTM A217 Krav och industriell praxis efter standard värmebehandling.
| Egendom | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) | Anmärkningar |
| Dragstyrka (MPA) | 485 - 655 | 585 - 760 | Wc9 har högre cr & MO → Starkare karbidstärkning. |
| Avkastningsstyrka (0.2% offset, MPA) | ≥ 275 | ≥ 380 | Högre CR/MO i WC9 ökar avkastningsmotståndet. |
| Förlängning (%) | 18 - 22 | 17 - 20 | WC6 något mer duktil; WC9 något starkare men mindre duktil. |
| Hårdhet (Hb) | 150 - 190 | 170 - 220 | WC9 tenderar att vara svårare, återspeglar högre karbidäthet. |
| Charpy V-Notch Impact Energy (J, Rt) | 40 - 60 | 35 - 50 | WC6 behåller något bättre seghet vid rumstemperatur. |
Förhöjd temperatur & Krypmotstånd
I högtemperaturtjänst, Creep Crupture -egenskaper är kritisk designparameter för tryckbehandlingskomponenter som ventiler, headers, och rörledningar.
| Egendom | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) | Anmärkningar |
| Max kontinuerlig servicetemp (° C) | ~ 538 ° C (1,000 ° F) | ~ 595 ° C (1,100 ° F) | WC9 tolererar högre temperaturer på grund av 2.25% Cr + 1% Mo. |
| 100,000 H CREPE CRUPTURE STYRKE @ 538 ° C | ~ 85 MPa | ~ 120 MPa | WC9 visar ~ 40% högre krypbrott motstånd. |
| 100,000 H CREPE CRUPTURE STYRKE @ 595 ° C | Rekommenderas inte (brista <50 MPA) | ~ 75 MPA | WC9 är lämplig upp till 595 ° C; WC6 förlorar styrka. |
| Oxidationsmotstånd | Måttlig | Hög | CR -innehåll (2.25% i WC9) bildar mer skyddande cr₂o₃ -film. |
5. Bearbetningsteknologi för A217 WC6 vs WC9
Den framgångsrika tillverkningen och distributionen av ASTM A217 GRADE WC6 och WC9 -legeringsstål beror på exakt kontrollerad bearbetningsteknik.
Eftersom dessa legeringar används i kritisk, högtemperatur, pressure-retaining components som ventiler, headers, turbinhöljen, och reaktorhus, Även små avvikelser i bearbetningen kan leda till för tidigt misslyckande.
Svetsning: Förhindrar spröd martensit och sprickbildning
- Förvärma: Tjocka sektioner kräver förvärmning (allmänt 180–250 ° C) För att bromsa kylning och minska väteinducerad och martensitbildning.
Exakt förvärmning beror på tjocklek, sektionsbegränsning, och svetsprocedurkvalificering. - Förbrukningsvaror: Använd lågväteelektroder / Fillermetaller är specifikt kvalificerade för CR - MO -service och krypapplikationer.
Välj fyllmedel som är kompatibla med basmetallkemi och krävda egenskaper efter svets. - Interpass temperaturkontroll: Upprätthålla inom kvalificerade gränser för att undvika lokal härdning.
- Pht (Efter svetsvärmebehandling): Obligatoriskt i de flesta högtemperaturfall.
PWHT återställer humöret till HAZ och minskar reststress - vanlig praxis härdar/blötlägg i 600–700 ° C räckvidd (proceduren måste vara kvalificerad;
tid vid temperaturen beror på sektionens tjocklek). Fält PWHT måste utföras per kvalificerad WPS/PQR. - Undvik spröd martensit: Snabb kylning kan bilda otalad martensit i Haz - därmed förvärm och PWHT är oumbärliga.
Bearbetning: Övervinna hårdhet och användbarhet
- Struktur efter ht: Tempererad martensit/bainit har relativt hög styrka; Använd lämpligt karbidverktyg, low cutting speeds and flood coolant.
- Distortion control: Machining should account for possible distortion when removing restraint—stress-relief heat treatment sequencing and finishing passes minimize warpage.
- Surface integrity: Avoid surface grinding temperatures that can re-harden surfaces.
Casting överväganden
WC6 and WC9 are often manufactured as large sand-cast components (ventiler, steam chests, turbine casings up to 10 massor).
Gjutning requires meticulous process control to avoid metallurgical defects.
- Melting practice: For critical castings, use VIM/VAR or argon-shielded melting to control impurities and inclusion content. Clean melts reduce fatigue and creep initiation sites.
- Gating and risering: Design for directional solidification, adequate feeding and chills to eliminate shrinkage porosity.
Castings for pressure service often require radiographic acceptance levels. - Värmebehandling efter gjutning: Normalisera/glödgningscykler lindrar spänningar och förfina mikrostruktur före härdning.
Slutlig härdning ger den önskade balansen mellan styrka/seghet. - Ndt: Radiografi, Ultraljudstestning och acceptanskriterier per kod som krävs för tryckkomponenter.
6. Värmebehandling & Ytbehandling av A217 WC6 vs WC9
Värmebehandling
Prestanda för ASTM A217 WC6 (1.25CR - 0,5MO) och wc9 (2.25Cr - 1mo) legeringar är kritiskt beroende av värmebehandling, som styr deras mikrostruktur, mekaniska egenskaper, och högtemperaturen i tjänsten.
| Steg | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) | Ändamål |
| Austenitiserande | 900–955 ° C (1,650–1 750 ° F), håll 2–4 timmar | 930–980 ° C (1,710–1 800 ° F), håll 2–4 timmar | Lösa karbider, homogenisera kemi, förfina korn |
| Släckning | Luftkyl eller oljespray för tjocka sektioner | Luftkyl (Mindre gjutningar), olja/polymer för tunga sektioner | Undvik behållen austenit, minimera sprickan |
| Härdning | 660–705 ° C (1,220–1 300 ° F), 2 cykler | 675–740 ° C (1,245–1,360 ° F), 2 cykler | Fälla ut sekundära karbider, förbättra krypmotståndet, minska sprödheten |
| Pht (svetsning) | 621–677 ° C (1,150–1 250 ° F) | 650–705 ° C (1,200–1 300 ° F) | Relieve stresses, temper HAZ martensite |
Ytbehandling
Although WC6 and WC9 provide inherent oxidation and creep resistance, ytteknik can extend component life in corrosive or erosive environments.
| Behandling | Metod | Förmån | Typisk applikation |
| Skjutblåsning / Grusblastning | High-velocity abrasive particles | Removes oxide scale, improves surface cleanliness, enhances fatigue life | Post-heat treatment cleaning |
| Nitrering | Gas or plasma nitriding (500–550 ° C) | Improves surface hardness (fram till 900 Hv), slitbidrag | Ventilsäten, moving parts in turbines |
| Aluminizing | Pack cementation or vapor deposition | Forms protective Al₂O₃ layer, increases oxidation resistance >600 ° C | Power plant superheaters, petrochemical reactors |
| Chromium-Rich Overlay Welding | Hardfacing with high-Cr electrodes or strip cladding | Enhances hot corrosion and erosion resistance | Boiler valves, refinery equipment |
| Diffusion Coatings (Al, Och, Cr) | High-temperature diffusion process | Improves hot corrosion and carburization resistance | Furnace components |
| Termisk spraybeläggningar (Hvof, Plasma) | Wc-co, Cr₃C₂-NiCr cermet coatings | Resists erosive slurry and steam impingement | Pump impellers, slurry valves |
7. Typiska tillämpningar av A217 WC6 vs WC9
A217 WC6 and WC9 alloys are martensitic Cr-Mo low-alloy steels engineered for högtemperatur, high-pressure service.
Their combination of tempered martensite microstructure, krypstyrka, och termisk stabilitet makes them indispensable in kraftproduktion, petrokemisk, and process industries.
Kraftproduktionsindustri
Wc6 (1.25CR - 0,5MO):
- Subcritical steam service (≤538 °C)
- Komponenter:
-
- Boiler headers and elbows
- Superheater and reheater elements
- Turbine casing sections for intermediate pressures
Wc9 (2.25Cr - 1mo):
- Supercritical and ultra-supercritical steam (538–595 ° C)
- Komponenter:
-
- High-pressure superheater and reheater headers
- Steam chest valves
- Turbine inlet casings
Petrokemisk och raffinaderiutrustning
- Wc6:
-
- Furnace components (tube sheets, förbränningskamrar)
- Intermediate-temperature heaters (≤538 °C)
- Wc9:
-
- Reactor and heater tubes operating up to 595 ° C
- Catalyst bed support structures
- High-pressure petrochemical valves
Ång- och värmeöverföringsutrustning
- Headers and Manifolds: Both WC6 and WC9 are widely used in steam headers where temperature and pressure fluctuate cyclically.
- Heat Exchanger Components: Tube sheets, baffles, and end plates require krypmotstånd och thermal fatigue tolerance, making these alloys ideal.
- Pannventiler och beslag: Swing, gate, klot, and check valves use WC6 or WC9 depending on operating temperature.
Andra industriella tillämpningar
- Tryckkärl: Small to medium vessels for subcritical/critical steam in industrial power generation.
- Pump Casings and Turbine Components: High-pressure pumps in petrochemical and nuclear applications.
- Furnace and Kiln Components: Supports and internal structures exposed to elevated temperatures for extended durations.
Jämförande servicehölje
| Legering | Max kontinuerlig servicetemp | Typical Pressure | Typiska komponenter | Recommended Surface Treatment |
| Wc6 | 538 ° C (1,000 ° F) | 30 MPA (4,350 psi) | Subcritical boiler headers, ventiler, turbine casing sections | Nitrering, aluminizing, skjutblåsning |
| Wc9 | 595 ° C (1,100 ° F) | 30 MPA (4,350 psi) | Supercritical boiler/reheater headers, ventiler, high-pressure turbines | Overlay welding, aluminizing, skjutblåsning |
8. Fördelar och begränsningar av A217 WC6 vs WC9
Förstå den Fördelar och begränsningar of WC6 and WC9 is critical for ingenjörer och designers selecting materials for högtemperatur, high-pressure industrial components.
Fördelar
| Särdrag | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) | Anteckningar |
| Högtemperatur | Utmärkt upp till 538 ° C | Superior up to 595 ° C | WC9 is preferred for supercritical steam |
| Tempered martensite microstructure | Bra seghet, duktilitet | Slightly higher strength, slightly lower ductility than WC6 | Ensures reliability under pressure and thermal cycling |
| Krypmotstånd | Suitable for subcritical service | Optimized for long-term supercritical applications | WC9 exhibits 10–15% higher creep rupture life at elevated temperatures |
| Cost-effectiveness | Lower alloy content → reduced cost | Higher alloy content → increased material cost | Budget-sensitive applications may favor WC6 |
| Fabrication flexibility | Easier welding and machining due to lower Cr/Mo | Higher hardness and Cr content → requires more careful welding and machining | Preheat and PWHT required for both, but WC9 is more demanding |
| Corrosion/oxidation resistance | Adequate for moderate steam and chemical environments | Improved due to higher Cr content | Surface treatments further enhance performance |
Begränsningar
| Begränsning | Wc6 | Wc9 | Minskning / Anteckningar |
| Maximum service temperature | Begränsad till 538 ° C | 595 ° C max | Exceeding limits accelerates creep and may lead to deformation |
| Svetbarhet | Måttlig; preheat and PWHT required | More sensitive; higher hardness and Cr require stricter welding control | Use low-hydrogen consumables, maintain interpass temperature |
| Bearbetbarhet | Good for heat-treated condition | Slightly lower due to higher hardness | Use carbide/CBN tooling and optimized cutting parameters |
| Stresskorrosionsprickor (SCC) | Susceptible in H₂S or chloride-rich environments | Similar susceptibility, slightly higher Cr offers marginal improvement | Avoid service with H₂S >50 ppm or Cl⁻ >100 ppm |
| Kosta | Ekonomisk | More expensive due to higher alloy content | Use WC6 when high-temperature creep is not critical |
9. Jämförelse med konkurrerande material
When selecting högtemperatur, pressure-retaining materials, engineers often evaluate WC6 and WC9 against alternative alloy steels and stainless steels.
Nyckel konkurrerande material
- Kolstål (CS): Low-alloy, ekonomisk, suitable for low-to-moderate temperatures (<400 ° C), but poor creep and corrosion resistance.
- Chromium-Molybdenum Steel Plates (TILL EXEMPEL., ASTM A335 P11/P22): Forged or welded pressure pipe material, higher creep resistance than CS, less expensive than WC9 castings.
- Austenitiska rostfria stål (304, 316, 321, 347): Utmärkt korrosionsmotstånd, suitable for moderate temperatures (≤650 °C), lower strength and creep resistance compared with WC9.
- Nicklegeringar (Ocny 600/625, Hastelloy): Outstanding corrosion and high-temperature strength (up to 700–1,000 °C), but very expensive and difficult to fabricate.
- Other Low-Alloy Cast Steels (TILL EXEMPEL., ASTM A217 Grade C12, Cn7m): Austenitic cast steels, good corrosion resistance but lower strength for high-pressure service.
Jämförande prestationsbord
| Egendom / Särdrag | Wc6 (1.25CR - 0,5MO) | Wc9 (2.25Cr - 1mo) | Kolstål | Cr-Mo Steel (P22) | Austenitic Stainless (316/321) | Nicklegeringar (Ocny 625) |
| Max Service Temp (° C) | 538 | 595 | 400 | 565 | 600 | 980 |
| Krypstyrka | Måttlig | Hög | Låg | Måttlig | Låg | Mycket hög |
| Dragstyrka (MPA) | 500–600 | 550–650 | 400–500 | 500–600 | 500–600 | 700–900 |
| Charpy Impact @ 20°C (J) | >40 | >40 | 30–50 | 40–50 | 40–80 | 50–100 |
| Oxidationsmotstånd | Måttlig | Bra | Dålig | Måttlig | Bra | Excellent |
| Korrosionsmotstånd | Måttlig | Bra | Dålig | Måttlig | Excellent | Excellent |
| Svetbarhet | Måttlig | Måttlig (requires strict preheat/PWHT) | Excellent | Bra | Excellent | Svår |
| Kosta | Medium | Hög | Låg | Medium | Hög | Mycket hög |
| Tillverkningskomplexitet | Måttlig | Hög | Låg | Medium | Medium | Mycket hög |
| Typiska applikationer | Panna, ventiler, subcritical/supercritical headers | Supercritical/reheater headers, turbinhöljen | Low-pressure vessels, rör | Pressure piping, moderate temp headers | Corrosive service, moderate temp | Extreme high-temp reactors, kemisk bearbetning |
10. Slutsats
A217 WC6 vs WC9 are the workhorses of mid-high-temperature pressure systems, enabling the safe, efficient operation of power plants, raffinaderier, and petrochemical facilities worldwide.
Their success stems from:
- Targeted Alloying: Cr and Mo deliver oxidation and creep resistance tailored to 400–595°C service, the most common range for industrial high-temperature pressure applications.
- Proven Heat Treatment: Tempered martensite microstructure balances strength, seghet, and stability—validated by decades of ASTM/ASME testing and field service.
- Kostnadseffektivitet: A middle ground between low-performance carbon steels and high-cost advanced alloys, minimizing LCC while meeting safety standards.
While advanced alloys (TILL EXEMPEL., P91, nickelbaserade superlegeringar) are displacing WC6/WC9 in ultra-high-temperature (>600° C) ansökningar, WC6/WC9 remain irreplaceable for 400–595°C service—where their performance, tillämpbarhet, and cost align with industrial needs.
For engineers and procurement teams, success with WC6/WC9 hinges on strict adherence to ASTM/ASME standards for composition, värmebehandling, and fabrication—ensuring these alloys deliver their full 15–25 year service life.
Vanliga frågor
Kan WC6 och WC9 svetsas ihop eller till kolstål?
Ja, but joints must be engineered: use compatible filler metals, förvärma, interpass controls and PWHT.
Dissimilar metal joints require attention to matching thermal expansion, galvanic issues and HAZ metallurgy. Follow qualified WPS/PQR and code requirements.
Vad PWHT är typiskt efter svetsning?
Field practice commonly uses tempering PWHT in the 600–700 ° C räckvidd.
Exact soak temperature/time depends on thickness and must follow qualified procedure; always consult supplier/code.
Hur länge kommer en WC9 -ventilkropp att hålla på 550 ° C?
Service life depends on stress, cykel, environment and casting quality.
WC9 is designed for longer creep life than WC6 at elevated temperatures, but predicting life requires creep-rupture data and design stress; perform fitness-for-service analyses for critical components.
Är WC6/WC9 lämpliga för frätande kloridrika miljöer?
They are not the best choice for severe chloride corrosion (pitting/SSC). Duplex stainless steels or nickel alloys are preferable where chloride stress corrosion is a concern.
Vilka inspektioner är viktiga vid leveransen?
Require chemical analysis (Mtc), tensile and hardness (as specified), radiography/UT for pressure castings, dimensional checks and heat-treatment records. Where applicable, impact testing and PMI are prudent.
