1. Giới thiệu
CD4mcu (thường được cung cấp cho các thông số kỹ thuật của thép đúc như ASTM A890 Lớp 1A để đúc song công với số UNS J93370) là vật đúc không gỉ song công được thiết kế có mục đích kết hợp độ bền cao, tăng khả năng chống ăn mòn cục bộ, và khả năng chống xói mòn / xâm thực tốt.
Hóa học của nó (crom cao, Molypden, đồng và nitơ với niken vừa phải) và hai pha (Ferrite + Austenite) cấu trúc vi mô làm cho CD4MCu trở thành lựa chọn phổ biến cho các bộ phận quay dịch vụ ướt có yêu cầu cao (người thúc đẩy, Vỏ bơm), Van, và phần cứng đúc khác nơi tiếp xúc với clorua, hiện tượng xói mòn hoặc tải trọng cơ học.
2. Thép không gỉ CD4MCu là gì?
CD4MCu là một song công (Ferritic Austenitic) thép không gỉ lớp được cung cấp chủ yếu ở dạng sản phẩm đúc.
Nó được xây dựng để tạo ra một cấu trúc vi mô song công cân bằng (≈ 35–55% ferrite điển hình trong vật đúc được xử lý tốt) mang lại sức mạnh năng suất cao, độ dẻo dai tốt và cải thiện đáng kể khả năng chống rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt do ăn mòn ứng suất clorua so với các loại đúc austenit thông thường (VÍ DỤ., Đúc CF8M/316).
“Cu” trong ký hiệu phản ánh việc bổ sung đồng có chủ ý (≈ 2,7–3,3% trọng lượng) giúp tăng cường khả năng chống lại một số hóa chất khử và ăn mòn nhất định và cải thiện hiệu suất trong môi trường tạo bọt hoặc bùn.
Đặc trưng
- Sức mạnh cơ học cao (năng suất cao hơn đáng kể so với vật đúc CF8M/316).
- Tăng khả năng chống ăn mòn cục bộ (Mo và N tăng cường PREN; đồng cải thiện hành vi trong một số hóa chất khử).
- Khả năng chống xói mòn/xâm thực tốt để quay các bộ phận ướt.
- Khả năng đúc cho hình học phức tạp (người thúc đẩy, cuộn, thân van).
- Khả năng hàn tốt khi sử dụng các quy trình đủ tiêu chuẩn và chất bổ sung phù hợp.
- Cấu trúc vi mô song công cân bằng cung cấp độ dẻo dai có khả năng chịu thiệt hại đồng thời tăng khả năng chống mỏi so với nhiều loại austenit.
3. Thành phần hóa học điển hình của thép không gỉ CD4MCu
| Yếu tố | Phạm vi điển hình (wt.%) | Vai trò / bình luận |
| C | ≤ 0.04 | Giữ ở mức thấp để tránh kết tủa cacbua |
| Cr | 24.5 - 26.5 | Phim thụ động sơ cấp trước đây; chìa khóa cho khả năng chống ăn mòn nói chung |
| TRONG | 4.5 - 6.5 | Austenit trước đây; giúp cân bằng song công |
| MO | 1.7 - 2.5 | Tăng cường khả năng chống rỗ/kẽ hở |
Cu |
2.7 - 3.3 | Cải thiện khả năng chống lại axit khử, hiện tượng xâm thực/xói mòn |
| N | 0.15 - 0.25 | Tăng cường và tăng cường PREN mạnh mẽ |
| Mn | ≤ 1.0 | Chất khử oxy/hỗ trợ xử lý |
| Và | ≤ 1.0 | Khử oxy và chống oxy hóa |
| P | ≤ 0.04 | Kiểm soát tạp chất |
| S | ≤ 0.03 | Low S cho âm thanh ổn định |
| Fe | Sự cân bằng | Phần tử ma trận (Ferrite + Austenite) |
4. Tính chất cơ học - CD4MCu (ASTM A890 Lớp 1A)
Dưới đây là một tập trung, trình bày ở cấp độ kỹ thuật về hoạt động cơ học điển hình của CD4MCu trong điều kiện cung cấp thông thường (dàn diễn viên, Giải pháp được trao, Nước- hoặc được làm nguội bằng không khí theo quy định của xưởng đúc).
Nhiệt độ phòng (đặc trưng) tính chất cơ học - CD4MCu được ủ trong dung dịch
| Tài sản | Phạm vi điển hình (VÀ) | Phạm vi điển hình (đế quốc) | Bình luận |
| Độ bền kéo, RM | 650 - 780 MPA | 94 - 113 KSI | Phụ thuộc vào kích thước phần và thực hành đúc; phần nặng hơn có xu hướng thấp hơn. |
| 0.2% bằng chứng / Năng suất, RP0.2 | 450 - 550 MPA | 65 - 80 KSI | Sử dụng giá trị nhiệt dung riêng để tính toán ứng suất cho phép. |
| Kéo dài, MỘT (%) | 15 - 25 % | - | Đo trên mẫu thử tiêu chuẩn; giảm với các phần nặng hơn và khuyết tật đúc. |
| Giảm diện tích, Z (%) | 30 - 40 % (đặc trưng) | - | Dấu hiệu gãy dẻo khi chất lượng vật đúc cao. |
độ cứng Brinell (HBW) |
220 - 280 HB | ≈ 85 - 110 HRB | Độ cứng cao hơn tương ứng với cường độ cao hơn nhưng có thể báo hiệu các vấn đề về cấu trúc vi mô nếu cao hơn dự kiến. |
| Mô đun đàn hồi, E | ≈ 190 - 205 GPA | ≈ 27.6 - 29.7 ×10³ ksi | Sử dụng ~200 GPa để tính toán độ cứng trừ khi dữ liệu của nhà cung cấp khác nhau. |
| Charpy v-notch, CVN (phòng T) | Tiêu biểu Tốt; chỉ định nếu gãy xương nghiêm trọng (VÍ DỤ., ≥ 20–40 J mục tiêu) | - | CVN là nhiệt- và phụ thuộc vào phần; yêu cầu nhà cung cấp kiểm tra nếu độ dẻo dai là quan trọng. |
| Mệt mỏi (hướng dẫn) | sức bền (mẫu vật mịn) ≈ 0,30–0,45 × Rm | - | Phụ thuộc nhiều vào độ hoàn thiện bề mặt, Khiếm khuyết, ứng suất dư và hình học chi tiết. Khuyến nghị thử nghiệm thành phần. |
5. Tính chất vật lý và nhiệt của thép không gỉ CD4MCu
| Tài sản | Giá trị đại diện |
| Tỉ trọng | ≈ 7.80 - 7.90 g · cm⁻³ |
| Độ dẫn nhiệt (20 ° C.) | ≈ 12 - 16 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Nhiệt dung riêng (20 ° C.) | ≈ 430 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ |
| Hệ số giãn nở nhiệt (20Mạnh100 ° C.) | ≈ 12.0 - 13.5 × 10⁻⁶ K⁻ |
| Mô đun đàn hồi (E) | ≈ 190 - 205 GPA |
| Nóng chảy/chất rắn (khoảng.) | ~1375 – 1450 ° C. (phụ thuộc vào hợp kim) |
6. Hiệu suất ăn mòn
- Rỗ & kẽ hở: CD4MCu Mo + N + Cr cao cho sức đề kháng mạnh; PREN ở nhiệt độ thấp 30 phù hợp với nước lợ, nhiều hệ thống nước làm mát và dòng xử lý chứa clorua ở nhiệt độ vừa phải.
- SCC (vết nứt do ăn mòn ứng suất clorua): vi cấu trúc song công và phần austenite thấp hơn tạo ra sức đề kháng lớn hơn clorua SCC hơn các loại đúc austenit điển hình;
Tuy nhiên, SCC vẫn có thể xảy ra dưới sự kết hợp nghiêm trọng của clorua, nhiệt độ và ứng suất kéo. - Xói mòn-ăn mòn / Cavites: bổ sung đồng và độ bền cao cải thiện khả năng chống ăn mòn do xói mòn và tạo bọt; đây là lý do tại sao CD4MCu được sử dụng cho cánh quạt và máy bơm bùn.
- Giảm axit: CD4MCu có khả năng chịu đựng cao hơn 316 trong một số chất lỏng có tính khử nhẹ, nhưng axit khử nóng đậm đặc có thể yêu cầu vật liệu hợp kim cao hơn hoặc gốc niken.
- Giới hạn nhiệt độ: đối với dịch vụ clorua dài hạn, ưu tiên phơi nhiễm ở mức bằng hoặc thấp hơn mức được xác nhận bằng sàng lọc trong phòng thí nghiệm; ở nhiệt độ cao tốc độ ăn mòn tổng quát và độ nhạy cảm tấn công cục bộ tăng lên.
7. Đặc tính đúc của thép không gỉ CD4MCu
CD4MCu thường được phân phối dưới dạng sự đầu tư hoặc đúc cát các thành phần.
Những cân nhắc về việc truyền chính:
- Sự đông đặc và co ngót: mong đợi độ co rút tuyến tính điển hình ở mức ~1,2–2,0% - sử dụng hệ số co rút của xưởng đúc để thiết kế mẫu. Quá trình đông đặc theo hướng và các ống nâng được đặt đúng cách sẽ tránh được các lỗ rỗng bị co lại.
- Kiểm soát tan chảy: nóng chảy cảm ứng có kiểm soát, khử khí argon và lọc gốm làm giảm khí và tạp chất; nóng chảy chân không hoặc ESR có thể được sử dụng cho vật đúc có tính toàn vẹn cao nhất.
- Các lỗi đúc thường gặp: Độ xốp khí, SHROWAGE CAUNIDE, tạp chất phi kim loại và đóng ngắt nguội - được ngăn chặn bằng cách đặt cổng chính xác, lọc, kiểm soát khử khí và đổ.
- Xử lý nhiệt sau đúc: Giải pháp ủ (xem phần 8) là cần thiết để đạt được sự cân bằng song công mong muốn và hòa tan các pha tách biệt. HÔNG (ép đẳng nhiệt nóng) có thể được sử dụng cho quan trọng, các bộ phận có tính toàn vẹn cao để đóng độ xốp bên trong.
- Gia công phụ cấp & dung sai: cung cấp kho gia công thực tế (VÍ DỤ., 2–6 mm phụ cấp gia công thô; ít hơn cho đúc đầu tư) và chỉ định các mặt quan trọng được gia công.
8. Sự chế tạo, Điều trị nhiệt, và các phương pháp hàn tốt nhất
Điều trị nhiệt
- Giải pháp ủ sau khi đúc (phạm vi nhiệt độ điển hình khoảng 1040–1100 ° C; đặc điểm kỹ thuật đúc chính xác phải được tuân theo) với khả năng làm nguội nhanh để khóa cấu trúc vi mô song công cân bằng và hòa tan các kết tủa không mong muốn.
Một số nguồn khuyên nên xử lý nhiệt khoảng ~1900 ° F (~1038°C) tiếp theo là dập tắt cho các lớp song công đúc; theo bảng dữ liệu của nhà cung cấp/nhà máy đúc để biết nhiệt độ/giữ/làm nguội chính xác.
Hàn
- Khả năng hàn tốt, nhưng kiểm soát là điều cần thiết: sử dụng quy trình hàn đủ tiêu chuẩn (WPS/WPQ), kim loại phụ phù hợp được thiết kế cho hóa học song công, kiểm soát nhiệt độ giữa các, và hạn chế nhiệt đầu vào để duy trì cân bằng pha trong HAZ.
- Ủ dung dịch sau hàn: không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được đối với việc lắp ráp hoàn chỉnh; nếu không thể, chọn hợp kim phụ thích hợp và giảm thiểu mức độ HAZ để duy trì khả năng chống ăn mòn cục bộ.
Gia công & hình thành
- Khả năng gia công của CD4MCu ở mức vừa phải; sử dụng dụng cụ cacbua, thức ăn và chất làm mát thích hợp.
Các lớp song công bền hơn austenit nên độ mòn dụng cụ cao hơn. Việc tạo hình nguội bị hạn chế so với austenit dẻo; bản vẽ thiết kế phù hợp.
Chuẩn bị bề mặt & thụ động
- Sau khi hàn/sửa chữa loại bỏ vết nhiệt và vết ngâm theo yêu cầu, và sau đó thụ động hóa bằng quy trình thụ động nitric hoặc citric để khôi phục màng thụ động đồng nhất.
9. Ứng dụng công nghiệp của CD4MCu (ASTM A890 Lớp 1A)
CD4MCu được sử dụng rộng rãi ở những nơi đúc hình học, Cần tăng cường độ bền và cải thiện khả năng chống ăn mòn/ăn mòn cục bộ:
- Các thành phần bơm: người thúc đẩy, dây xoắn và vỏ đựng nước biển, nước lợ, dịch vụ nước làm mát và bùn.
- Thân van & Cắt: van điều khiển và cách ly ở ngoài khơi, khử muối, hóa chất, và hệ thống nhà máy điện.
- Khử muối & thiết bị thẩm thấu ngược: phần cứng và phụ kiện quay tiếp xúc với clorua và các điều kiện nhất thời.
- Bột giấy & giấy và thiết bị khai thác mỏ: máy bơm bùn và các bộ phận dễ bị mài mòn.
- Quá trình hóa học & hệ thống làm mát: nơi nồng độ clorua và tải trọng cơ học kết hợp.
10. Thuận lợi & Giới hạn
Ưu điểm cốt lõi của CD4MCu (ASTM A890 Lớp 1A)
- Sức mạnh cân bằng và khả năng chống ăn mòn: Năng suất gấp đôi so với 316L với khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc vượt trội trong môi trường clorua và axit.
- Hiệu suất dịch vụ chua vượt trội: Phù hợp với NACE MR0175, khiến nó trở nên lý tưởng cho môi trường chứa H₂S.
- Khả năng đúc tuyệt vời: Thích hợp cho các bộ phận có hình dạng phức tạp, khó chế tạo thông qua quy trình rèn.
- Hiệu quả chi phí: 30–Rẻ hơn 50% so với hợp kim gốc niken (VÍ DỤ., Hastelloy C276) đồng thời cung cấp khả năng chống ăn mòn tương tự trong môi trường vừa phải.
- Đang đeo điện trở: Bổ sung đồng giúp tăng cường khả năng chống mài mòn và xói mòn, kéo dài tuổi thọ dịch vụ trong các ứng dụng xử lý chất lỏng.
Hạn chế chính của CD4MCu (ASTM A890 Lớp 1A)
- Độ phức tạp của hàn: Yêu cầu kiểm soát đầu vào nhiệt nghiêm ngặt và PWHT bắt buộc, tăng chi phí chế tạo so với thép austenit.
- Hạn chế nhiệt độ: Không thích hợp cho hoạt động liên tục ở nhiệt độ trên 450°C do hình thành pha σ.
- Độ nhạy với các yếu tố còn lại: MN cao (>0.8%) hoặc tạp chất Sn/Pb làm giảm khả năng chống ăn mòn và tăng nguy cơ nứt vỡ.
- Độ dẻo thấp hơn thép austenit: Kéo dài (16–24%) thấp hơn 316L (≥40%), hạn chế sử dụng trong các ứng dụng có độ biến dạng cao.
11. Phân tích so sánh - CD4mcu so với các hợp kim tương tự
Các giá trị mang tính đại diện, chỉ để sàng lọc và soạn thảo thông số kỹ thuật — luôn sử dụng MTR của nhà cung cấp, bảng dữ liệu của nhà sản xuất và dữ liệu thử nghiệm dành riêng cho ứng dụng để lựa chọn cuối cùng.
| Diện mạo / Hợp kim | CD4mcu (đúc song công) | CF8M / Dàn diễn viên 316 (Austenitic) | Song công 2205 (rèn) | gốc niken (VÍ DỤ., C-276) |
| Điểm nổi bật của bố cục | Cr ~24,5–26,5; Ở mức ~4,5–6,5; Mo ~1,7–2,5; Cu ~2,7–3,3; N ~ 0,15–0,25 | Cr ~16–18; Ở mức ~10–14; Mo ~2–3 (CF8M) | Cr ~21–23; Ở mức ~4–6,5; Mơ ~3; N ~ 0,08–0,20 | Ni và Cr rất cao; Mo đáng kể (và hợp kim khác) |
| PREN điển hình (sàng lọc) | ~ 30 trận35 (phụ thuộc vào Mo/N) | ~24–27 | ~ 35 trận40 | >40 (thay đổi theo hợp kim) |
| Cơ khí đại diện (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 | Biến Rm (thường 500–900 MPa); Rp0,2 tùy thuộc vào cấp độ |
| Kháng SCC clorua | Tốt (tốt hơn CF8M; lợi ích kép) | Trung bình - dễ bị tổn thương trong điều kiện nóng/căng thẳng | Rất tốt (một trong những lựa chọn không gỉ tốt nhất cho SCC) | Nói chung là xuất sắc (được thiết kế cho các ngành hóa học khắc nghiệt) |
Rỗ / Kháng thể kẽ hở |
Cao (MO + N + Cr; TRƯỚC ~30 giây) | Vừa phải | Rất cao | Xuất sắc |
| Xói mòn / Điện trở xâm thực | Tốt (Cu + sức mạnh cao hơn cải thiện hiệu suất) | Vừa phải | Tốt (sức mạnh cao hơn giúp) | Thay đổi - phụ thuộc vào lớp; thường được chọn để ăn mòn hơn là xói mòn |
| Khả năng đúc / hình thức sản phẩm | Tuyệt vời như vật đúc (người thúc đẩy, cuộn, thân van) | Xuất sắc (mẫu đúc có sẵn rộng rãi) | Chủ yếu rèn (đĩa, thanh, đường ống); một số diễn viên song công tồn tại nhưng phức tạp hơn | Rèn và đúc; có thể đúc nhưng tốn kém |
| Khả năng hàn & hành vi HAZ | Tốt - yêu cầu các quy trình đủ tiêu chuẩn và kiểm soát HAZ | Xuất sắc (316 đang tha thứ) | Có thể hàn nhưng yêu cầu kiểm soát chặt chẽ để duy trì sự cân bằng song công | Có thể hàn với các quy trình đủ tiêu chuẩn; sự lựa chọn phụ quan trọng |
| Khoảng chi phí điển hình (vật liệu) | Trung bình cao (ít hơn hầu hết các hợp kim Ni) | Thấp hơn (tiết kiệm) | Trung bình cao (tương tự CD4MCu hoặc cao hơn cho cấu hình cao) | Cao (hợp kim cao cấp) |
Các ứng dụng điển hình |
Người thúc đẩy, Vỏ bơm, thân van cho nước lợ/nước biển, Bơm bùn, khử muối, nước làm mát | Đường ống quy trình chung, xe tăng, thiết bị vệ sinh, dịch vụ clorua vừa phải | Ngoài khơi, khử muối, dịch vụ clorua cường độ cao, Hệ thống áp lực | Lò phản ứng hóa học, dịch vụ axit/clorua cực mạnh, mức độ ăn mòn rất cao |
| Khi nào nên chọn | Cần các chi tiết đúc phức tạp có độ bền cao, khả năng chống rỗ/SCC tốt và chống xói mòn với chi phí vừa phải | Các dự án định hướng chi phí trong đó mức độ tiếp xúc với clorua ở mức thấp-trung bình và mong muốn sự đơn giản trong chế tạo | Khi yêu cầu độ bền và độ bền clorua cao nhất và dạng rèn được chấp nhận | Khi hóa chất hoặc nhiệt độ dịch vụ vượt quá khả năng không gỉ/song công và chi phí vòng đời cao hơn mức phí bảo hiểm |
12. Phần kết luận
CD4mcu (ASTM A890 Lớp 1A khi được chỉ định ở dạng song công đúc) là một lựa chọn hấp dẫn về mặt kỹ thuật cho các bộ phận đúc quay và chịu áp lực trong ổ chứa clorua, dịch vụ ăn mòn hoặc tạo hang.
Cấu trúc song công của nó, Hàm lượng molypden và nitơ mang lại khả năng chống rỗ mạnh mẽ và khả năng chịu SCC trong khi đồng và độ bền cao tăng cường khả năng chống xói mòn và hư hỏng cơ học.
Để nhận ra lợi thế của hợp kim, thực hành đúc kỷ luật, tài liệu giải pháp ủ, hàn có trình độ và NDE thích hợp là rất cần thiết.
Trường hợp hóa chất hoặc nhiệt độ dịch vụ vượt quá khả năng của CD4MCu, nên đánh giá các lớp rèn song công hoặc hợp kim gốc niken.
Câu hỏi thường gặp
“CD4MCu” nghĩa là gì?
Nó biểu thị loại đúc không gỉ song công với các tính năng thành phần (Cr, MO, Cu và N) được điều chỉnh để cải thiện độ rỗ, SCC và khả năng chống xói mòn. Nó thường được cung cấp dưới dạng ASTM A890 Lớp 1A với thông số kỹ thuật song công.
Sự khác biệt giữa CD4MCu và 2205 Thép không gỉ song công?
CD4MCu là một dàn diễn viên hợp kim song công được tối ưu hóa cho chế tạo thành phần phức tạp, với việc bổ sung đồng để tăng cường giảm khả năng kháng axit.
2205 là a rèn hợp kim song công có hàm lượng nitơ cao hơn (0.14–0,20% trọng lượng) để ổn định austenit.
Mặc dù cả hai đều có giá trị PREN tương tự nhau (~34), CD4MCu được ưa thích để đúc, Và 2205 được sử dụng cho các sản phẩm rèn (tấm, Ống).
CD4MCu có phù hợp với nước biển không?
Có - CD4MCu được sử dụng rộng rãi cho nước biển, ứng dụng nước lợ và nước làm mát; Tuy nhiên, quy định mức cho phép sàng lọc và ăn mòn trong phòng thí nghiệm đối với dịch vụ ngâm nước hoặc vùng bắn nước trong thời gian dài.
CD4MCu có thể hàn ngoài hiện trường được không??
Có - nhưng hàn yêu cầu quy trình đủ tiêu chuẩn, phù hợp với kim loại phụ song công, kiểm soát nhiệt đầu vào và làm sạch/thụ động sau hàn. Đối với các cụm lắp ráp quan trọng, hãy xem xét các thử nghiệm đánh giá sơ bộ và kiểm tra phiếu hàn.
CD4MCu so sánh với 316 đúc?
CD4MCu mang lại độ bền cao hơn, khả năng chống ăn mòn cục bộ và SCC tốt hơn đáng kể so với vật đúc CF8M/316 - cho phép tuổi thọ dài hơn trong môi trường chứa clorua, môi trường ăn mòn.
