A216 WCB вуглецева сталь: Клапани, Фланці, Обладнання для тиску

Таблиця змісту Показувати

Вступ

ASTM A216 / ASME SA-216- Клас WCB -це стандартне позначення вуглецевої сталі, що зазвичай використовується в температурі тиску.

Історично прийнятий через нафтохімічну, Генерація живлення, водопровідні та загальні промислові сектори, Кастинги WCB з’являються у воротах, глобус, Перевірте та кульові клапани, фурнітура, КОЛОСИ ТА ТІЛИ ТА СУЗІ.

Він поєднує в собі низьку матеріальну вартість, Хороша кастота та обробка, і прийнятні механічні показники через широке вікно температури, що робить його стандартним вибором, коли корозійна атака та екстремальні температури не є первинними драйверами.

1. Що таке вуглецева сталь A216 WCB?

A216 WCB (ASTM A216 / ASME SA-216 клас WCB) є загальним призначенням касто вуглецева сталь вказано для відликів, що знаходять тиск, такі як тіла клапана, насосні корпуси, фланці та компоненти судна.

Він сформулюється як зварювання, "Низький вуглецевий" сталь (0.25–0,35% c) призначений для пропонування прагматичного балансу витрат, каста, обробка, Жорсткість і сила для обслуговування в навколишньому та помірному підвищеному температурі.

Типові наведення сервісу розміщують WCB в асортименті –29 ° C до ~ 427 ° C, Хоча точна допустима робоча температура залежить від проектного коду, Товщина та необхідні механічні/ударні властивості.

Розбивка оцінювання (Що означає "WCB")

ASTM A216 використовує компактні літерні коди для опису призначених послуг та відносних властивостей:

W - зварювальний: Хімія та практика плавлення контролюються для зменшення проблем із зварювальністю (Низька тенденція розтріскування водню та помірна загартованість).
C - вуглецева сталь: Не навмисно легований клас (Немає навмисного високого КР, НІ доповнення, як у сталі з нержавіючої/сплаву).
B - клас B: баланс сили/пластичності середнього класу в сім'ї A216. (Інші оцінки A216: WCA = Менда міцності вуглецю; WCC = Вищий вуглецевий/більш високий ступінь.)

2. Типова хімія ASTM A216 WCB Carbon Steel

Елемент	Типовий діапазон (WT%)	Роль / ефект
C (Вуглець)	0.25 - 0.35	Основна сила/водій загартовування. Вища C → Вища міцність і твердість, Але нижча зварюваність і міцність; сприяє перлітній фракції.
Мн (Марганець)	0.60 - 1.20	Дезоксидатор і зміцнювач; покращує загартованість та міцність на розрив; Надмірний MN з S може утворювати включення MNS.
І (Кремнію)	0.10 - 0.50	Дезоксидатор; Невеликі доповнення покращують силу та стійкість до окислення під час плавлення; Занадто багато може сприяти кричущості в деяких умовах.
С (Фосфор)	≤ 0.04 (тип. 0.02–0.04)	Нечистота - збільшує силу, але зменшує міцність і сприяє розливу; Зберігається низьким для деталей тиску.
S (Сірка)	≤ 0.05 (тип. 0.01–0.05)	Нечистота-покращує обробку як сульфіди, але викликає гарячу різницю та зменшує міцність; контрольовано/десульфурировано в танеах під тиском.
Куточок (Мідь)	Слід - ≤0,40	Часто присутній як залишковий; Невеликий Cu покращує атмосферну корозійну стійкість та силу.
У (Нікель)	Слід - ≤0,40	Як правило, низький у WCB; Невеликий NI покращує міцність, але не призначений як лежачий доповнення.
Cr (Хром)	Слід - ≤0,30	Як правило, дуже низький; Більш високий CR вказує на сплавну литну сталь, а не WCB.
Mo (Молібден)	Слід - ≤0,08	Зазвичай відсутній; Значний МО вказує на ступінь сплаву для високотемпературної послуги.
Феод (Прасувати)	Балансувати	Основний метал.
О, П., Інші елементи бродяги	Рівень проміле	Надлишок кисню, азот, або елементи бродяги (Напр., Sn, PB, Як) погіршення пластичності та міцності - керується практикою розплаву.

3. Механічні властивості A216 WCB вуглецевої сталі

Продуктивність ASTM A216 WCB від лиття вуглецю в обслуговуванні залежить від її механічні властивості, які контролюються хімією, Розмір секції, Якість кастингу, і термічна обробка.

Типові механічні властивості

(Як зазначено ASTM A216 / ASME SA-216, з типовими даними ливарних робіт)

Власність	Вимога (ASTM A216 WCB)	Типовий діапазон (нормалізований / термічно обробляється)	Нотатки
Сила на розрив (UTS)	≥ 485 MPA (70 KSI)	485–655 МПа (70–95 KSI)	Більш високі значення, досяжні при тонкій перлітній структурі.
Похідна сила (0.2% компенсація)	≥ 250 MPA (36 KSI)	250–450 МПа (36–65 KSI)	Збільшується з більш високою товщиною вуглецю та меншою.
Подовження (у 2 у / 50 мм)	≥ 22%	22–30%	Пластичність зменшується зі збільшенням розміру секції за рахунок швидкості охолодження.
Зниження площі	≥ 30%	30–40%	Вказує на пластичність та стійкість до крихкого перелому.
Твердість (Брінелл, HBW 10/3000)	Не вказано	130–180 год (неухильний) / 150–190 год (нормалізований)	Більш висока твердість після термічної обробки, Але обробка зменшується.
Вплив енергії (Charpy v-notch @ rt)	Не вимагається за стандартом (Часто визначається покупцем)	20–40 j Типовий на RT	Сильно залежати від чистоти, Вміст P/S, і термічна обробка.

Ефект розміру розділу: Кастинги з великою товщиною прохолодно повільніше, Виробництво більш грубих конструкцій перліту/феритів → нижня міцність на розрив та міцність.

Підвищені температури механічні властивості

Вуглецева сталь ASTM A216 WCB широко використовується в Застосування тиску середнього температури, Але як і всі вуглецеві сталі, його Механічна міцність зменшується у міру підвищення температури.

Температура (° C)	Сила на розрив (MPA)	Похідна сила (MPA)	Сила розриву повзання (10,000 h, MPA)
100	~ 530	~ 290	N/a
200	~ 500	~ 270	N/a
300	~ 460	~ 240	~ 180
400	~ 410	~ 210	~ 120
427	~ 390	~ 200	~ 100

4. Фізичний & Теплові властивості вуглецевої сталі A216 WCB

Окрім механічних властивостей, з фізичні та теплові властивості ASTM A216 WCB Cast Steel відіграє вирішальну роль в інженерному дизайні.

Ці значення визначають продуктивність за коливання температури, термічний цикл, і служба тиску, особливо у фланцевих суглобах, Тіла клапана, та компоненти трубопроводів.

А216 WCB вуглецева сталь фланцева кулька

Типові фізичні властивості

Власність	Типове значення	Нотатки & Актуальність
Щільність	~ 7,85 г/см³ (7850 кг/м³)	Стандарт для вуглецевих сталей; використовується для розрахунків ваги в трубопроводах та клапанах.
Модуль пружності (Модуль Янга, Е)	~ 200 ГПА (29,000 KSI)	Керує відхиленням і жорсткістю в тілах клапана та фланців.
Співвідношення Пуассона	0.27–0.30	Типовий для ферритських сталей; Важливо для аналізу напруги кінцевих елементів.
Магнітна проникність	~ 200–600 (відносний)	WCB є феримагнітним завдяки феритовій/перлітній матриці.
Електричний опір	~ 0,15 мкО · м при 20 ° C	Низький опір, Типовий вуглецевий сталей.

Теплові властивості

Власність	Діапазон значень	Інженерні наслідки
Теплопровідність	45–54 Вт/м · k (при 20–100 ° C)	Ефективна передача тепла в котельні та насосних корпусах; вище нержавіючої сталі (~ 15 Вт/м · k).
Конкретна теплоємність (Cp)	~ 480 Дж/кг · k (20 ° C)	Керує зберіганням тепла та реакцією на теплову цикліку.
Коефіцієнт теплового розширення (CTE)	~ 11,0–12,5 × 10⁻⁶ /k (20–300 ° C)	Нижчий, ніж аустенітна нержавіюча сталь (~ 17 × 10⁻⁶ /k), зменшення невідповідності теплового розширення в болтових суглобах.
Термічна дифузійність	~ 14–17 мг²/с	Впливає на стійкість до теплового удару та швидкість охолодження.
Діапазон плавлення	~ 1425–1540 ° C	Визначає кастинг затвердіння поведінки.

5. Процеси лиття вуглецевої сталі A216 WCB

ASTM A216 WCB Компоненти найчастіше виробляються кастинг, Через чудову кастота сплаву та його широке використання в клапани, фланці, насос кожухів, та обладнання для тиску.

Вибір методу лиття залежить від Розмір частини, складність, вартість, і необхідна розмірна точність.

ASTM A216 WCB Butterfly Check Check Components

Пісочний кастинг (Зелений пісок / Пісок, пов'язаний з смолою)

Використання: Домінуючий процес (>80% виробництва WCB). Підходить для великий, важкий, і складні частини наприклад, тіла клапанів, Корпуси тиску, і фланці.
Ліплення матеріалів:

- Зелений пісок (глинистий): Низька вартість, Висока продуктивність, але нижча розмірна точність.
- Пісок, пов'язаний з смолою (фуран/фенольний): Краща сила, розмірний контроль, і поверхнева обробка для критичних тіл клапана.

Можливості:

- Діапазон ваги: 10 кг до >10 тонн.
- Розмірна толерантність: КТ 9–11 (ISO 8062).
- Поверхнева обробка: РА 12,5-25 мкм.

Переваги: Економічно для великих кастингів; вміщує складні внутрішні проходи з ядрами.
Обмеження: Потрібна більш висока обробка (3–6 мм); схильний до поверхневих дефектів (Включення піску, шорсткість).

Інвестиційне кастинг (Процес загубленого воску)

Використання: Застосовуватися менші або середні компоненти де точність та якість поверхні є критичними, Напр., деталі обробки клапана, Крильдери насосів, невелика арматура.
A216 WCB розширює ворота
Потік процесу: Вершковий візерунок → Будівля керамічної оболонки → Девакс → Металева заливка → Видалення оболонки.
Можливості:

- Діапазон ваги: 50 G - 50 кг.
- Розмірна толерантність: КТ 5–7 (ISO 8062).
- Поверхнева обробка: РА 3,2-6,3 мкм.

Переваги: Зменшує обробку, досягає майже мережі, Відмінне відтворення деталей.
Обмеження: Вища вартість проти піску лиття, обмежена середньою/малі частинами.

Кастинг цвілі з оболонки

Використання: Середній розмір, Помірно складні кастинги WCB. Часто використовується для Корпуси передач, насос кожухів, і клапани.
Обробка: Тонкий пісок, покритий термореактивною смолою, скидається на нагрітий металевий малюнок → утворює тонкий, Сильна форма оболонки → Множинні шари створюють половинки цвілі → затиснуті разом для заливання.
Можливості:

- Розмірна толерантність: Ct 6–8.
- Поверхнева обробка: РА 6,3-12,5 мкм.

Переваги: Більш висока точність, ніж кастинг піску, Менш обробка, Хороша повторюваність.
Обмеження: Більш висока вартість інструментів; Не економічний для дуже великих кастингів.

Відцентрове кастинг

Використання: Циліндричні або кільцеподібні компоненти WCB, наприклад трубопровідні секції, рукава, і кілець клапана.
Обробка: Розплавлена сталь вилилася в обертова цвіль, Відцентрова сила приводить метал до стінки форми, виробляючи щільно, структура без дефектів.
Можливості:

- Рівномірність товщини стіни: відмінний.
- Контроль дефектів: Мінімальна пористість або усадка.

Переваги: Висока металургійна цілісність, Тонка структура зерна, Відмінно підходить під тиском компонентів.
Обмеження: Обмежений циліндричною геометрією.

Порівняльний підсумок процесів кастингу

Обробка	Типовий діапазон розмірів	Розмірна толерантність (ISO 8062)	Поверхнева обробка (Ra мкм)	Типові програми
Пісочний кастинг	10 кг - >10 тонн	КТ 9–11	12.5–25	Великі тіла клапана, Корпуси тиску, фланці
Інвестиційне кастинг	50 G - 50 кг	КТ 5–7	3.2–6.3	Невеликі частини клапана, спонука, точні фітинги
Кастинг цвілі з оболонки	1 - 200 кг	Ct 6–8	6.3–12.5	Насосні корпуси, клапанні йок, Корпуси передач
Відцентрове кастинг	Діаметр: 50–1000 мм	КТ 7–9	6.3–12.5	Трубопровідні секції, кільця, Кільця клапана
Безперервний кастинг	Заготовки & брус	КТ 11–13	>25	Напівфабрика (рідкісні для клапанів WCB)

6. Термічна обробка & Теплова обробка вуглецевої сталі A216 WCB

Термічна обробка відіграє вирішальну роль у контролі механічні властивості, міцність, і розмірна стабільність A216 WCB кастинг.

Цілі термічної обробки

Вдосконалити мікроструктуру → Коефіцієнт балансу фериту/перліт, Розчиняти сегрегації.
Посилити механічні властивості → збільшити міцність, Поліпшення пластичності, Стабілізуйте силу.
Полегшення залишків → Зменшити ризик розтріскування під час обробки чи обслуговування.
Покращити зварюваність → Покладна термічна обробка (Pwht) Відновлює пластичність у зварених стиках.

Типові процеси термічної обробки

Нормалізація

Обробка: Опалювання до 900–950 ° C, повітряне охолодження.
Мета:

- Уточнює розмір зерна.
- Виробляє рівномірна мікроструктура перліту/фериту.
- Покращує міцність та обробку.

Застосування: Стандартне лікування тіл клапана, фурнітура, і компоненти тиску.

Відпал

Обробка: Опалювання до 850–900 ° C, Повільне охолодження печі.
Мета:

- Зменшує твердість і залишкові напруги.
- Підвищує обробку (корисно для складних або сильно оброблених кастинг).

Застосування: Рідше поширений, ніж нормалізація; застосовується там, де потрібна максимальна пластичність.

Зняття стресу

Обробка: Опалювання до 580–620 ° C, проведення протягом 1–2 годин, Повільне охолодження в печі.
Мета:

- Зменшує залишкові напруги від лиття або зварювання.
- Запобігає спотворенню під час обробки.

Застосування: Великі клапани та зварні ремонти.

Гасіння & Загартовування (Необов’язковий)

Обробка:

- Аустенітизація в 880–920 ° C, з подальшим ухеманням води/масла.
- Загартовування в 600–700 ° C.

Мета:

- Збільшує силу та твердість.
- Забезпечує покращену стійкість до зносу для конкретних застосувань (Хоча рідше для WCB порівняно зі стабами сплавів).

Вплив на механічні властивості

Термічна обробка	Сила на розрив (MPA)	Похідна сила (MPA)	Подовження (%)	Вплив міцність (J, при 20 ° C)
Неухильний	415–485	205–240	18–20	15–20
Нормалізований	485–585	240–310	20–25	25–35
Відпалений	415–485	205–240	22–28	20–25
Стрес полегшений	Подібно до AS-Cast	Подібно до AS-Cast	Злегка ↑	Злегка ↑
Гасіння & Вдача	585–655	310–380	15–18	20–25

7. Обробка, Зварювання & Виготовлення

Обробка:

WCB відносно мачінний порівняно з низьколегованими сталей. Використовуйте обладнання для карбіду з помірними швидкостями; Важкі перервані скорочення виграють від жорстких налаштувань.
Типова швидкість повороту залежить від інструментів та розділу: Напр., ~ 100–250 м/хв з вставками карбіду (змінюється залежно від поперечного перерізу та теплоносія).

Керівництво з зварювання:

Попереднє нагрівання/інтерпас: Рекомендується уникати розтріскування водню та контролювати швидкість охолодження; Типовий попередній розігрій 100–250 ° C залежно від товщини.
Наповнювачі метали: Використовуйте відповідність або відповідні витрачені матеріали з низьколегованим сталевими матеріалами (Напр., Серія ER70 або визначений клас на проект).
Післяопрез (Pwht): Використовується, де це вимагається кодом або для зменшення залишкового стресу (Типовий PWHT 550–650 ° C для литого вуглецевого сталі; Дотримуйтесь процедури зварювання та коду).
Ремонт зварювання: прийнятні з кваліфікованими процедурами та подальшою NDT/перевіркою.

8. Корозія, Захист поверхні & Покриття

Корозійна поведінка:

WCB - це основна вуглецева сталь - схильний до загальної корозії у вологих умовах, Піттинг у застійних водах, багатих на хлорид, і гальванічна атака, коли поєднана з більш благородними металами.
Він працює адекватно у воді, нафта, та неагресивні хімічні послуги при захисті.

Стратегії захисту:

Зовнішні покриття: епоксидний, епоксидний епоксид, поліуретан, або бітумні фарби для захисту від атмосфери.
Гальванування: можливий для деяких фітингів, але обмежений для деталей тиску з обробленими обличчями.
Внутрішні накладки: гумовий, PTFE, скляні або епоксидні накладки для агресивних рідин (Поширені для клапанів у корозійних послугах).
Катодний захист: можливо на закопаних або занурених структурах, але врахуйте, коли існують поєднані метали.

9. Неруйнівне тестування & Контроль якості

Загальний NDT для кастингу WCB:

Візуальний огляд (VT): Перевірка першої лінії наявності поверхневих дефектів.
Рентгенографічне тестування (RT): Для виявлення внутрішньої пористості, усадка. Часто необхідні для відливу тиску.
Ультразвукове тестування (ЮТ): Ефективна для плоских дефектів та об'ємної оцінки в товстих секціях.
Магнітна частинка (Mt) & Рідкий проник (Pt): поверхневі розриви.
Твердість & Тести на розтяг: за планами відбору проб ASTM/ASME. Тестування впливу (Чарпі) може знадобитися для визначених послуг (особливо низькотемпературна послуга).

10. Застосування вуглецевої сталі A216 WCB

A216 GR WCB Carbon Steel - одна з найбільш широко використовувані литі сталі в галузі обладнання для тиску та промисловості.

Промисловість клапана

Продукти: Клапани воріт, Глобусна клапани, кулькові клапани, контрольні клапани, і тіла клапана метеликів.
Умови обслуговування:

- Температура: -29° С до 427 ° C (за ASTM/ASME).
- Тиск: до Клас 150–2500 залежно від товщини стіни.

Приклад: API 600 Клапани воріт для служби НПЗ часто вказують A216 WCB для варіантів вуглецевої сталі.

Трубопроводи & Фланці

Продукти: Лікті, трійник, редуктори, сліпі фланці, фланці шва шийки.

Насос & Компресори

Продукти: Насос кожухів, спонука (Низький накладний сплав іноді вимагає), корпуси компресора.
Приклад: Насоси кормової води котла в електростанціях зазвичай використовують корпуси WCB з внутрішніми покриттями для стійкості до ерозії.

Судна тиску & Технологічне обладнання

Продукти: Судна реактора, Фільтри тиску, сепаратори, парні барабани (компоненти, Не цілі судна).

Енергія & Нафтогазова інфраструктура

Клапани трубопроводу: API 6D кулькові клапани, свинячі клапани.
Служба нафтопереробного заводу: Каталітичні клапани розтріскування, компоненти поїздів дистиляції.
Електростанції: Парові ізоляційні клапани, насосні корпуси, Виливки одиниці десульфуризації.
Потреба в продуктивності: Жистка при запуску Subzero (-29° C) і міцність під циклічні теплові навантаження.

Промислова техніка & Загальна інженерія

Заявки: Корпуси важкого обладнання, кожухівки передач, муфти, підтримує.

Обмеження обслуговування (Коли не використовувати WCB)

Корозійні медіа: Не підходить для агресивного хлориду, кислот, або експозиція морської води (Замість цього використовуйте нержавіючий cf8m).
Високі температури (>427° C): Потрібні сталі -кістки, такі як ASTM A217 WC6, WC9 для опору повзучості.
Кріогенні програми (< -46° C): WCB втрачає міцність; низькотемпературні оцінки (Напр., LCB, LCC) потрібні.

11. Порівняння з альтернативами

Критерії	A216 WCB вуглецева сталь	A217 Alloy Cast Steals (WC6/WC9)	Нержавіючі сталі (CF8/CF8M)	Пластичне залізо
Вартість	★★★★ ☆ (низький)	★★ ☆☆☆ (високий)	★ ☆☆☆☆ (дуже високий)	★★★★★ (дуже низький)
Корозійна стійкість	★★ ☆☆☆ (бідний, потреби покриття)	★★ ☆☆☆ (помірний, деяка стійкість до окислення)	★★★★★ (відмінний)	★★ ☆☆☆ (помірний, вдосконалено покриттями)
Максимум. Температура	~ 427 ° C	~ 593 ° C	~ 550 ° C	~ 300 ° C
Кріогенна служба	Не підходить (< -29 ° C)	Обмежений	Відмінний (Варіанти CF8M/CF3M)	Бідний
Сила на розрив (MPA)	485–550	550–620	450–600	400–500
Твердість (HB)	140–180	180–220	150–200	120–160
Міцність & Міцність	★★★ ☆☆ (адекватний)	★★★★ ☆ (Сила високої температури)	★★★ ☆☆ (адекватний, нижчий, ніж кований)	★★ ☆☆☆ (опускатися)
Зварюваність / Ремонт	★★★★ ☆ (добрий)	★★★ ☆☆ (вимагає попереднього нагрівання/pwht)	★★★ ☆☆ (більш складний)	★ ☆☆☆☆ (обмежений)
Найкраще підходить додатки	Клапани загального призначення, фланці, насос кожухів	Котли, Парові турбіни, Служба з високою температурою	Хімічна/нафтохімічна, морська вода, корозійна служба	Системи води/газу низького тиску

12. Висновок

Вуглецева сталь WCB A216-основа систем, що містять промисловий тиск-його економічна ефективність, зварюваність, і збалансовані властивості роблять це незамінним для некорозійної, Помірні температури.

Від нафтопереробних заводів до електростанцій, Це дозволяє в безпеці, Надійна робота компонентів, які є занадто великими або складними для виробництва за допомогою кованих процесів.

Поширені запитання

Q1: Чи можна зварювати a216 wcb?

A: Так - A216 WCB призначений для зварювання. Використовуйте E7018 Низькомодрові електроди для товстих секцій (>25 мм) щоб запобігти холодному розтріску; Для тонких секцій не потрібно попереднього нагрівання (<25 мм).

Постійне стресове зняття (595–650 ° C) рекомендується для зварних суден тиску.

Q2: A216 WCB підходить для кислого обслуговування (H₂s)?

A: Ні-A216 WCB сприйнятливий до індукованих воднею розтріскування (Гайка) У середовищах H₂s.

Для кислого обслуговування (≥50 проміле H₂s), Використовуйте A350 LF2 (низьколегований) або A217 WC9 (Хром-молібдена сталь) відповідає NACE MR0175.

Q3: Яка максимальна температура A216 WCB може впоратися?

A: ASTM A216 обмежує A216 WCB до 427 ° C. Вище цієї температури, Деформація повзучості прискорюється (0.1% за 1000 години при 450 ° C), Ризикуючи з ладу судна тиску.

для >427° С, Використовуйте A217 WC9 (593° C Макс) або 316 л (870° C Макс).

Q4: Як довго триває A216 WCB у службі прісної води?

A: З епоксидним покриттям, A216 WCB має термін служби 15–20 років у прісній воді (Швидкість корозії 0,01–0,05 мм/рік). Безплідний, це триває 5–8 років (Швидкість корозії 0,1–0,3 мм/рік).

Q5: Яка різниця між A216 WCB та A516 GR 70?

A: A216 WCB - це кастинг (Для складних форм, таких як тіла клапана), в той час як A516 гр 70 є Крупана сталь (для плоских пластин, що використовуються в зварених посудинах).

Обидва мають подібну міцність на розрив, але A516 гр 70 має кращу низькотемпературну міцність (-46° C проти. -29° C для WCB).

Навчитися

Інструменти

Компанія