1. 介绍
A217 Cast Steels WC6和WC9 (1¼cr–½mo和2¼cr– 1mo铸造等级的行业速记, 分别) 是专用设计的低合金CR-MO钢，用于高温服务中的压力损耗组件.
通常指定WC6，需要大致需要良好的韧性和适度的蠕变强度 〜520–540°C;
WC9提供更高的长期强度和氧化抗性，并在服务温度和蠕变需求方法的情况下使用 〜550–580°C.
这些材料的成功使用取决于 铸造实践, 热处理和焊接学科 就像在名义化学上一样 - 贫困处理是大多数场地故障的根本原因.
这篇评论比较了WC6与WC9从冶金和通过制造的属性, 服务使用, 竞争替代方案, 和实际采购指导.
2. 什么是A217合金Cast Steels WC6和WC9?
ASTM A217标准上下文
ASTM A217 / ASME SA217 是全球认可的规范 马氏体和奥氏体合金铸钢
用于 压力退休的组件 - 鹅, 法兰, 配件, 标题, 和反应堆 - 暴露于 高温服务 (≥343°C / 650 °f).
- 历史记录: 首次发行 1937, 该标准经过了连续的完善, 与 2024 修订 更新构图公差, 热处理要求,
机械性能范围与现代能源基础设施保持一致, 包括 超高关键的发电 并先进 石化反应堆. - 在标准内, WC6和WC9 属于 Martensitic CR – Mo合金家族.
与众不同 奥氏体等级 (例如。, C12, CN7M) 依靠高镍 (>9 wt％) 用于耐腐蚀性,
马氏体合金包含 低Ni (<0.5 wt％) 并主要来自 铬 (Cr) 和 钼 (莫) 加法.
这种基本区别使WC6/WC9更适合 高负载, 蠕变有限的环境, 奥氏体（尽管更具耐腐蚀性）将软化或失去力量.
3. A217 WC6与WC9的化学组成
这 性能区分 WC6和WC9合金之间主要在于 化学组成, 统治 微观结构的演变, 蠕变阻力, 氧化行为, 和可焊性.
名义组成范围 (ASTM A217)
| 元素 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) (wt％) | WC9 (2.25Cr – 1mo) (wt％) | 合金功能 |
| 碳 (c) | 0.15 - 0.30 | 0.15 - 0.30 | 提供马氏菌坚固性并形成碳化物以实现强度; 碳风险过多. |
| 锰 (Mn) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | 提高可硬度并充当脱氧剂; 太多降低了蠕变力量. |
| 硅 (和) | 0.50 - 1.00 | 0.50 - 1.00 | 增强氧化抗性 (Sio₂电影) 并增强铁氧体基质. |
| 铬 (Cr) | 1.00 - 1.50 | 2.00 - 2.50 | 改善氧化和耐腐蚀性; 稳定碳化物 (m₇c₃, m₂₃c₆). |
| 钼 (莫) | 0.44 - 0.65 | 0.90 - 1.20 | 提供蠕变抗性; 形成Mo₂c碳化物以抵抗晶界滑动. |
| 镍 (在) | ≤ 0.50 | ≤ 0.50 | 残留元素; 改善韧性，但有限以防止保留奥斯丁岩. |
| 硫 (s) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | 受控的杂质; 过量会导致铸造/焊接过程中的热开裂. |
| 磷 (p) | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 | 受控的杂质; 过度导致服役中的缓和互惠. |
| 铁 (铁) | 平衡 | 平衡 | 形成铁素体/马氏体矩阵. |
4. 机械性能 & A217 WC6与WC9的高温行为
室温机械性能
WC6和WC9合金均设计用于提供 高力量和韧性 在环境和适度的服务条件下.
以下值来自ASTM A217要求和标准热处理后的工业实践.
| 性能特性 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) | WC9 (2.25Cr – 1mo) | 评论 |
| 抗拉强度 (MPA) | 485 - 655 | 585 - 760 | WC9的CR较高 & mo→更强的碳化物加强. |
| 屈服强度 (0.2% 抵消, MPA) | ≥ 275 | ≥ 380 | WC9中较高的Cr/MO增加了抗屈服能力. |
| 伸长 (%) | 18 - 22 | 17 - 20 | WC6略带延展性; WC9稍强，但延性较低. |
| 硬度 (HB) | 150 - 190 | 170 - 220 | WC9往往更难, 反映较高的碳化物密度. |
| Charpy V-Notch冲击能量 (j, RT) | 40 - 60 | 35 - 50 | WC6在室温下保持韧性稍好. |
温度升高的强度 & 蠕变阻力
在高温服务中, 蠕变破裂特性是 关键设计参数 用于压力驱动组件（例如阀门）, 标题, 和管道.
| 性能特性 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) | WC9 (2.25Cr – 1mo) | 评论 |
| 最大连续服务温度 (°C) | 〜538°C (1,000 °f) | 〜595°C (1,100 °f) | WC9容忍由于 2.25% Cr + 1% 莫. |
| 100,000 h蠕变的破裂力量 @ 538 °C | 〜85 MPA | 〜120 MPA | WC9表现出约40％的蠕变破裂性. |
| 100,000 h蠕变的破裂力量 @ 595 °C | 不建议 (破裂 <50 MPA) | 〜75 MPA | WC9适合 595 °C; WC6失去了力量. |
| 氧化抗性 | 一般 | 高的 | CR内容 (2.25% 在WC9中) 形成更保护的cr₂o₃电影. |
5. A217 WC6与WC9的处理技术
成功的制造和部署 ASTM A217级WC6和WC9合金铸钢 取决于 精确控制的处理技术.
因为这些合金用于 批判的, 高温, 压力退休的组件 例如阀门, 标题, 涡轮机壳, 和反应堆外壳, 即使在处理方面的小偏差也会导致过早失败.
焊接: 防止脆弱的马氏体和破裂
- 预热: 厚部分需要预热 (通常 180–250°C) 缓慢冷却并减少氢诱导的和马氏体形成.
确切的预热取决于厚度, 部分约束, 和焊接程序资格. - 消耗品: 使用低水电极 / 填充金属专门用于CR -MO服务和蠕变应用.
选择与碱金属化学兼容的填充剂和所需的焊接后特性. - 间通温度控制: 保持在合格的极限范围内，以避免局部硬化.
- PWHT (后焊接热处理): 在大多数高温服务案例中.
PWHT恢复对HAZ的脾气并减少残余压力 - 常见的练习正在缓和/浸泡 600–700°C 范围 (程序必须有资格;
温度的时间取决于截面的厚度). 必须根据合格的WPS/PQR执行现场PWHT. - 避免脆弱的马氏体: 快速冷却可能形成危险中的无材料的马氏体 - 因此，预热和PWHT是必不可少的.
加工: 克服硬度和可行性
- HT之后的结构: 恢复的马氏体/贝氏体的强度相对较高; 使用适当的碳化物工具, 低切割速度和洪水冷却液.
- 失真控制: 消除约束时，加工应解释可能的失真 - 压力浮雕热处理测序和整理通行证最小.
- 表面完整性: 避免表面磨的温度可以重新磨碎.
铸造考虑
WC6和WC9通常被制造为 大型砂粒组件 (阀, 蒸汽箱, 涡轮仪表到达 10 吨).
铸件 需要细致的过程控制以避免冶金缺陷.
- 融化练习: 用于关键铸件, 使用vim/var或氩气熔融熔融来控制杂质和包容含量. 清洁融化减少疲劳和蠕变启动点.
- 门控和提升: 定向固化的设计, 足够的喂食和发冷以消除收缩孔隙度.
压力服务的铸件通常需要放射线学水平. - 铸造后的热处理: 标准化/退火循环缓解应力和精炼微观结构之前.
最终回火会产生期望的力量/韧性平衡. - NDT: 射线照相, 压力组件所需的超声测试和接受标准.
6. 热处理 & A217 WC6与WC9的表面处理
热处理
ASTM A217 WC6的性能 (1.25CR – 0.5mo) 和WC9 (2.25Cr – 1mo) 合金是 严重取决于热处理, 控制其微观结构, 机械性能, 和高温服务寿命.
| 步 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) | WC9 (2.25Cr – 1mo) | 目的 |
| 奥斯丁化 | 900–955°C (1,650–1,750°F), 保持2–4 h | 930–980°C (1,710–1,800°F), 保持2–4 h | 溶解碳化物, 化学均匀化, 精炼谷物 |
| 淬火 | 厚部分的空气冷却或油喷雾剂 | 空气冷却 (较小的铸件), 重截面的油/聚合物 | 避免保留奥斯丁矿, 最小化开裂 |
| 回火 | 660–705°C (1,220–1,300°F), 2 周期 | 675–740°C (1,245–1,360°F), 2 周期 | 沉淀次要碳化物, 提高蠕变抗性, 降低脆性 |
| PWHT (焊接) | 621–677°C (1,150–1,250°F) | 650–705°C (1,200–1,300°F) | 缓解压力, 脾气暴躁的马氏体 |
表面处理
尽管WC6和WC9提供固有的氧化和蠕变抗性, 表面工程 可以在腐蚀或侵蚀性环境中延长组件寿命.
| 治疗 | 方法 | 益处 | 典型的应用 |
| 射击 / 砂砾爆破 | 高速磨料颗粒 | 去除氧化量表, 改善表面清洁度, 增强疲劳生活 | 热治疗清洁 |
| 硝化 | 气体或血浆硝化物 (500–550°C) | 改善表面硬度 (到 900 HV), 戴阻力 | 阀座, 涡轮机中的运动部件 |
| 铝化 | 包装胶结或蒸气沉积 | 形成保护性al₂o₃层, 增加氧化抗性 >600 °C | 发电厂的超级转身, 石化反应堆 |
| 富含铬的叠加焊接 | 用高cr电极或带覆层的固定面 | 增强热腐蚀和耐腐蚀性 | 锅炉阀, 炼油厂设备 |
| 扩散涂层 (al, 和, Cr) | 高温扩散过程 | 改善热腐蚀和碳化力 | 炉子组件 |
| 热喷涂涂料 (HVOF, 等离子体) | WC-CO, cr₃c₂-nicr cermet涂料 | 抵抗侵蚀性浆液和蒸汽撞击 | 泵叶轮, 浆液阀 |
7. A217 WC6与WC9的典型应用
A217 WC6和WC9合金是 Martensitic CR-MO低合金钢 设计 高温, 高压服务.
他们的结合 钢结镜的马氏体微观结构, 蠕变力量, 和热稳定性 使它们必不可少 发电, 石化, 和过程行业.
发电行业
WC6 (1.25CR – 0.5mo):
- 亚临界蒸汽服务 (≤538°C)
- 成分:
-
- 锅炉标题和肘部
- 过热器和重为元件
- 中间压力的涡轮机套管
WC9 (2.25Cr – 1mo):
- 超临界且超高关键蒸汽 (538–595°C)
- 成分:
-
- 高压过热器和重新热门标头
- 蒸汽胸部阀
- 涡轮入口套管
石化和炼油设备
- WC6:
-
- 炉子组件 (管板, 燃烧室)
- 中等温度加热器 (≤538°C)
- WC9:
-
- 反应堆和加热器管 595 °C
- 催化剂床支撑结构
- 高压石化阀
蒸汽和传热设备
- 标题和歧管: WC6和WC9都广泛使用 蒸汽标头 温度和压力周期性波动.
- 热交换器组件: 管板, 挡板, 最终板需要 蠕变阻力 和 热疲劳耐受性, 使这些合金理想.
- 锅炉阀和配件: 摇摆, 门, 地球, 并检查阀使用WC6或WC9，具体取决于工作温度.
其他工业应用
- 压力容器: 中小船 亚临界/关键蒸汽 工业发电.
- 泵舱和涡轮组件: 石化和核应用中的高压泵.
- 炉子和窑炉零件: 支持和内部结构 长时间的温度升高.
比较服务信封
| 合金 | 最大连续服务温度 | 典型的压力 | 典型的组件 | 建议的表面处理 |
| WC6 | 538 °C (1,000 °f) | 30 MPA (4,350 psi) | 亚临界锅炉标头, 阀, 涡轮套管截面 | 硝化, 铝化, 射击 |
| WC9 | 595 °C (1,100 °f) | 30 MPA (4,350 psi) | 超临界锅炉/重新装饰头, 阀, 高压涡轮机 | 叠加焊接, 铝化, 射击 |
8. A217 WC6与WC9的优点和局限性
了解 优点和局限性 WC6和WC9对 工程师和设计师 选择材料 高温, 高压工业组件.
优点
| 特征 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) | WC9 (2.25Cr – 1mo) | 笔记 |
| 高温强度 | 出色的 538 °C | 优越 595 °C | WC9是超临界蒸汽的首选 |
| 钢结镜的马氏体微观结构 | 良好的韧性, 延性 | 强度略高, 延展性略低于WC6 | 确保在压力和热循环下的可靠性 |
| 蠕变阻力 | 适合亚临界服务 | 针对长期超临界应用优化 | WC9在升高温度下的蠕变破裂寿命高10-15％ |
| 成本效益 | 降低合金含量→降低成本 | 较高的合金含量→增加材料成本 | 预算敏感的应用可能有利于WC6 |
| 制造灵活性 | 由于CR/MO较低，更容易焊接和加工 | 更高的硬度和CR内容→需要更仔细的焊接和加工 | 两者都需要预热和PWHT, 但是WC9苛刻 |
| 腐蚀/氧化耐药性 | 足以适应中等蒸汽和化学环境 | 由于较高的CR含量而改善 | 表面处理进一步提高性能 |
限制
| 局限性 | WC6 | WC9 | 减轻 / 笔记 |
| 最高服务温度 | 限制为 538 °C | 595 °C最大 | 超过极限会加速蠕变，并可能导致变形 |
| 可焊性 | 一般; 需要预热和PWHT | 更敏感; 更高的硬度和CR需要更严格的焊接控制 | 使用低氢消耗品, 保持间距间温度 |
| 可加工性 | 适合热处理状况 | 由于硬度较高而略低 | 使用碳化物/CBN工具和优化的切割参数 |
| 应力腐蚀破裂 (SCC) | 在H₂或富含氯化物的环境中敏感 | 相似的敏感性, 略高的CR提供边际改进 | 避免使用H₂S >50 ppm或cl⁻ >100 ppm |
| 成本 | 经济 | 由于合金含量较高，因此更昂贵 | 当高温蠕变不是关键时，请使用WC6 |
9. 与竞争材料进行比较
选择时 高温, 压力供应材料, 工程师经常评估WC6和WC9 替代合金钢和不锈钢.
关键竞争材料
- 碳钢 (CS): 低合金, 经济, 适用于低到中度温度 (<400 °C), 但是不良的蠕变和耐腐蚀性.
- 铬粉钢板 (例如。, ASTM A335 P11/P22): 锻造或焊接压力管材料, 比CS更高的蠕变阻力, 比WC9铸件便宜.
- 奥氏体不锈钢 (304, 316, 321, 347): 优异的耐腐蚀性, 适用于中等温度 (≤650°C), 与WC9相比.
- 镍合金 (inconel 600/625, Hastelloy): 出色的腐蚀和高温强度 (高达700–1,000°C), 但是非常昂贵且难以制造.
- 其他低合金铸钢 (例如。, ASTM A217 C12级, CN7M): 奥氏体铸钢, 良好的耐腐蚀性，但高压服务的强度较低.
比较性能表
| 性能特性 / 特征 | WC6 (1.25CR – 0.5mo) | WC9 (2.25Cr – 1mo) | 碳钢 | CR-MO钢 (p22) | 奥氏体不锈钢 (316/321) | 镍合金 (inconel 625) |
| 最大服务温度 (°C) | 538 | 595 | 400 | 565 | 600 | 980 |
| 蠕变力量 | 一般 | 高的 | 低的 | 一般 | 低的 | 很高 |
| 抗拉强度 (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 |
| 氧化抗性 | 一般 | 良好 | 贫穷的 | 一般 | 良好 | 出色的 |
| 耐腐蚀性 | 一般 | 良好 | 贫穷的 | 一般 | 出色的 | 出色的 |
| 可焊性 | 一般 | 一般 (需要严格的预热/PWHT) | 出色的 | 良好 | 出色的 | 难的 |
| 成本 | 中等的 | 高的 | 低的 | 中等的 | 高的 | 很高 |
| 制造复杂性 | 一般 | 高的 | 低的 | 中等的 | 中等的 | 很高 |
| 典型的应用 | 锅炉, 阀, 亚临界/超临界标头 | 超临界/重型排气头, 涡轮机壳 | 低压容器, 管道 | 压力管道, 中等温度标头 | 腐蚀性服务, 温度中等 | 极端高温反应堆, 化学处理 |
10. 结论
A217 WC6 vs WC9是中高温压力系统的主力, 实现保险箱, 发电厂有效运行, 炼油厂, 和全球石化设施.
他们的成功源于:
- 有针对性的合金: CR和MO提供针对400–595°C服务量身定制的氧化和蠕变阻力, 工业高温压力应用的最常见范围.
- 经过验证的热处理: 恢复的马氏体微观结构平衡强度, 韧性, 和稳定性 - 通过数十年的ASTM/ASME测试和现场服务进行了验证.
- 成本效益: 低性能碳钢和高成本高级合金之间的中间立场, 在符合安全标准时最小化LCC.
而高级合金 (例如。, P91, 基于镍的超级合金) 正在将WC6/WC9取代以超高温度 (>600°C) 申请, WC6/WC9仍然无法替代400–595°C的服务 - 其性能, 织造性, 成本与工业需求保持一致.
对于工程师和采购团队, 通过严格遵守ASTM/ASME标准的WC6/WC9取得的成功, 热处理, 和制造 - 保证这些合金提供了整个15 - 25年的使用寿命.
常见问题解答
WC6和WC9可以焊接在一起还是碳钢?
是的, 但是关节必须设计: 使用兼容的填充金属, 预热, InterPass控制和PWHT.
不同的金属接头需要注意匹配的热膨胀, 电力问题和HAZ冶金. 遵循合格的WPS/PQR和代码要求.
焊接后典型的PWHT是什么?
现场练习通常在 600–700°C 范围.
确切的浸泡温度/时间取决于厚度，必须遵循合格的程序; 始终咨询供应商/代码.
WC9阀体将持续多长时间 550 °C?
服务寿命取决于压力, 循环, 环境和铸造质量.
WC9的设计比WC6在升高的温度下设计的寿命更长, 但是预测生命需要蠕变解剖数据和设计压力; 对关键组件进行健身服务分析.
WC6/WC9适合富含氯化物的环境?
它们不是严重氯化物腐蚀的最佳选择 (点数/SSC). 双链不锈钢或镍合金是在氯化应力腐蚀的情况下优选的.
哪些检查对于交货至关重要?
需要化学分析 (MTC), 拉伸和硬度 (如指定), 放射线照相/UT用于压力铸件, 尺寸检查和热处理记录. 适用的地方, 撞击测试和PMI谨慎.
