不锈钢CF3M - 也以其EN指定而闻名 EN-JS 316LM (1.4408) 和ASTM等效 A351 CF3M - 作为耐腐蚀铸件中的基石材料.
为苛刻的环境设计, CF3M结合了奥氏体不锈钢的韧性与铸铁的多功能性.
在本文中, 我们探索其化学, 微观结构, 腐蚀行为, 机械性能, 铸造实践, 焊接协议, 申请, 以及与替代材料的比较.
1. 介绍
SA-351 CF3M不锈钢 属于奥氏体铸造不锈钢家族, 在20世纪中叶开发，将300系列不锈钢耐药性扩展到铸件.
而锻造的316升不锈钢主导着管道和床单应用, CF3M适应相同的低碳, 铸造的钼化学 - 泵外壳和阀体等复杂形状的理想.
与灰铁或304L铸造等级不同 (CF8), CF3M在富含氯化物的介质中抵抗斑点和缝隙腐蚀, 弥合铸铁和高合金钢之间的性能差距.
2. 化学组成 & 微观结构
| 元素 | 范围 (% wt) | 目的 |
|---|---|---|
| 碳 (c) | ≤ 0.03 | 防止碳化物降水 |
| 铬 (Cr) | 16.0 - 18.0 | 形成被动氧化物层; 原发性腐蚀屏障 |
| 镍 (在) | 10.0 - 14.0 | 稳定奥氏体基质; 增强韧性 |
| 钼 (莫) | 2.0 - 3.0 | 增强抗性并使Pren提高到≈ 25 |
| 锰 (Mn) | ≤ 2.0 | 提高热力; 抵消硫 |
| 硅 (和) | ≤ 1.0 | 充当脱氧剂; 提高流动性 |
| 磷 (p) | ≤ 0.045 | 最小化的联络 |
| 硫 (s) | ≤ 0.03 | 保持低调以避免纳入驱动的破裂 |
CF3M固化 完全奥氏体基质 在室温下, 避免铁氧体, Sigma阶段, 适当的热处理时或碳酸盐.
这 低碳 内容 (≤ 0.03%) 和 钼 添加协同工作以抑制沿晶界的碳化物形成,
即使焊接后，也可以保留晶间腐蚀性.
3. 耐腐蚀性
CF3M在激进媒体中表现出色:
- 一般腐蚀: 比率低至 0.05 MM/YR饮用水中的MM/YR 0.1 在海水中的mm/yr 25 °C
- 点蚀/缝隙腐蚀: 木材≈ 25 (取=％cr + 3.3×％mo + 16×％n) 提供操作 1 % 在环境温度下的氯化物溶液
- 酸性: 优于CF8 (304L演员) 在硫酸和磷酸中，由于MO含量
- 海军陆战队 & 离岸: 承受连续的盐喷雾剂，减轻体重 (< 0.02 g/m²·ASTM B117测试的日)
4. CF3M不锈钢的机械和物理特性
机械性能
在室温下, CF3M提供:
| 性能特性 | 价值 |
|---|---|
| 抗拉强度 (UTS) | 515 - 620 MPA |
| 屈服强度 (0.2% 抵消) | 205 - 275 MPA |
| 裂缝处伸长 | ≥ 35 % |
| Brinell硬度 (HBW) | 180 - 230 |
| 夏比的影响 (RT) | ≥ 80 j |
| 疲劳极限 (10⁷周期) | 〜 240 MPA |
物理特性
| 性能特性 | 价值 |
|---|---|
| 密度 | 〜7.98 g/cm³ |
| 导热率 (20°C) | 〜14.6 W/m·k |
| 热膨胀 (20–100°C) | 16.0–17.5 µm/m·k |
| 比热容量 (20°C) | 〜500 j/kg·k |
| 电阻率 (20°C) | 〜0.74 µΩ·m |
| 杨氏模量 (弹性模量) | 〜193 GPA |
| 相对磁渗透性 | 〜1.0–1.05 |
| 融化范围 | 1370–1400°C |
| 铸造率 | 〜1.5–2.0％ |
5. 铸造不锈钢CF3M的适用性
CF3M不锈钢, 低碳变体 316 不锈钢合金, 展示有利的铸造特性，这些特征支持其在耐腐蚀中广泛使用, 高融合成分.
关键适合性属性:
- 良好的流动性: 通常在倾倒温度之间 1550–1600°C, CF3M表现出足够的流动性 复杂的霉菌几何形状 和 薄壁部分 (>3–5毫米).
镍和钼的存在进一步支持熔体稳定性和霉菌填充性能. - 中等收缩 (〜1.5–2.0％): CF3M表现出可预测的固化收缩, 通过 模式津贴, 立管设计, 和使用 放热袖子.
可以使用现代热模拟工具对其收缩行为进行建模和管理. - 低热裂纹趋势: CF3M的完全奥氏体结构, 结合其低碳含量 (≤ 0.03%),
导致最小的凝固破裂, 即使在几何约束或截面铸件中. - 出色的可焊性: 可以使用标准的奥氏体填充金属（例如ER316L）焊接CF3M.
其低碳含量限制了焊接过程中的碳化物沉淀, 最小化晶间腐蚀的风险.
焊后溶液退火 通常用于恢复完全耐腐蚀性. - 适应热处理: CF3M的反应良好 解决方案退火 (1040–1100°C) 和 淬火,
哪个均匀的微观结构, 溶解残留的碳化物, 并最大化耐腐蚀性.
压力疗法 也可以用来减少大型铸件中的残留应力.
合适的铸造方法:
CF3M适应多种铸造方法, 每个提供独特的优势:
| 方法 | 优势 | 典型的公差 & 结束 |
|---|---|---|
| 沙子铸造 | 对大的成本效益, 简单的形状 | ±0.5 % 线性, RA 6–12 µm |
| 外壳成型 | 紧张的公差, 细节 | ±0.3 % 线性, RA 3-6 µm |
| 熔模铸造 | 复杂的几何形状, 薄壁 (<2 毫米) | ±0.2 % 线性, RA <3 µm |
| 离心铸件 | 高密度, 管状部分的最小孔隙度 | ±0.4 % 线性, RA 6-10 µm |
6. 焊接 & 不锈钢CF3M的热处理
不锈钢CF3M因其出色的可焊性和对热处理的反应而被广泛认可.
这些属性确保结构完整性, 耐腐蚀性, 以及施工后制造和服务中的机械性能.
CF3M的可焊性
CF3M的优势之一在于它的优秀 可焊性, 特别是与高碳或铁素体不锈钢相比.
低碳含量 (≤ 0.03%) 大大降低了碳化物降水的风险, 一种引起热影响区域晶间腐蚀的现象 (热影响区).
关键焊接特性:
- 预热: 通常由于奥氏体结构而不需要, 虽然预热 (〜100–150°C) 可用于较厚的部分以减少热梯度.
- 填充金属: 使用匹配或略有合金填充剂，例如 ER316L或ER317L 建议保持耐腐蚀性和延展性.
- 热输入控制: 受控的热输入对于避免热开裂至关重 (通常需要3–10％).
- 焊后清洁: 建议腌制或钝化以恢复焊接表面上的耐腐蚀性.
焊后热处理 (PWHT)
而CF3M的低碳降低了敏化风险, 某些应用（尤其是在侵略性化学环境中或需要最大耐腐蚀性的应用程序）中受益于焊接后 热处理.
解决方案退火:
- 温度范围: 1040–1100°C (1900–2010°F)
- 目的: 溶解在焊接过程中形成的任何富含铬的碳化物，并恢复完整的奥氏体微观结构
- 淬火: 快速水或空气淬火对于防止敏化和西格玛相的形成至关重要
缓解压力 (当解决方案退火不可行时):
- 温度范围: 300–400°C
- 影响: 减少残留应力而不显着改变腐蚀性
- 局限性: 不会溶解碳化物或反向敏化
7. CF3M不锈钢的关键应用
化学过程设备
- 泵: CF3M不锈钢非常适合用于腐蚀流体运输的泵, 特别是在涉及酸性或碱性溶液的应用中.
- 阀: 用于化学加工和制药行业, CF3M在高压和高温条件下提供耐用性和抵抗力.
- 热交换器: 它极好的耐腐蚀性和高温稳定性使CF3M成为处理积极媒体的热交换器的理想材料.
- 反应堆容器: 用于加工腐蚀化学物质的反应堆, CF3M提供长期耐用性并最大程度地减少维护成本.
海洋和离岸申请
- 离岸平台: 用于暴露于海水和海洋气氛的结构组件和管道系统.
- 海军陆战队 硬件: 阀, 泵, 以及其他需要高腐蚀性以承受连续暴露于盐水条件的成分.
- 造船: 关键部分，例如舵, 螺旋桨轴, 和船体组件受益于CF3M抵抗海水腐蚀和在机械应力下保持完整性的能力.
食品和制药行业组件
- 食品加工设备: CF3M用于处理侵略性清洁剂和极端温度的设备, 例如混合罐, 管道, 和阀.
- 药物生产: CF3M广泛用于反应堆和混合器等组件的制造, 需要无污染的环境.
- 装瓶和包装: 饮料生产线中的零件, 例如喷嘴和配件, 受益于CF3M对酸性和碱溶液的抗性.
发电 & 重工业
- 管道系统 在高温发电厂中处理蒸汽和化学液.
- 压力容器 和 涡轮零件 这需要对高温的抵抗力, 热循环, 和腐蚀性媒体.
- 热交换器 在处理热气或冷却水的发电厂中，可能含有侵略性污染物.
油气行业
- 井下设备: CF3M用于井口等组件, 阀, 和油管在萃取过程中需要特殊耐腐蚀和磨损.
- 管道系统: 它在两者中的出色表现 甜的 和 酸的 环境使其适用于高压油和天然气管道.
- 精炼设备: CF3M通常在 热交换器, 反应堆, 和 破裂单元 在处理酸气和其他腐蚀性材料的炼油厂中.
其他关键应用
- 压力容器和反应堆: CF3M对应力腐蚀开裂的抵抗力和出色的拉伸强度使其非常适合高压应用，例如化学反应器或高温容器.
- 涡轮和压缩机组件: 它们在升高温度下对氧化的抵抗可确保可靠性 涡轮机 和 压缩机 在航空航天和发电行业.
8. 标准, 等效物 & 规格
| 标准身体 | 指定 | 相等的 |
|---|---|---|
| 在 | EN-JS 316LM / 1.4408 | - |
| ASTM | A351 CF3M | - |
| ISO | ISO 1083 EN-GJN-316LM | - |
| 他是 | SUH316LM | SUS316L (锻) |
| Norsok | 从 17460 GG-316LM | - |
典型的购买规格要求 ASTM A351 CF3M 带有射线照相检查的铸件, 硬度限制 200 HB最大, 和MO含量的PMI验证.
9. CF3M不锈钢与替代材料的比较
| 性能特性 / 材料 | CF3M (316L演员) | CF8M (316 投掷) | CF3 (304L演员) | CF8C (317 投掷) | 316l (锻) |
|---|---|---|---|---|---|
| 碳含量 (最大限度, %) | 0.03 | 0.08 | 0.03 | 0.08 | 0.03 |
| 钼含量 (%) | 2–3 | 2–3 | 没有任何 | 3–4 | 2–3 |
| 点抗性 (木头) | 〜25 | 〜25 | 〜18 | 〜30 | 〜25–27 |
| 氯化物耐药性 | 高的 | 中高 | 低 - 中等 | 很高 | 高的 |
| 晶间腐蚀风险 | 非常低 | 一般 | 低的 | 一般 | 非常低 |
| 抗拉强度 (MPA) | 〜485–620 | 〜485–620 | 〜450–600 | >600 | 515–690 |
| 屈服强度 (MPA) | 〜170–300 | 〜170–300 | 〜170–275 | >300 | 205–310 |
| 伸长 (%) | ≥25 | ≥25 | ≥30 | 20–25 | ≥40 |
| 可焊性 | 出色的 | 良好 | 出色的 | 一般 | 出色的 |
| 高温阻力 | 一般 | 一般 | 低的 | 高的 | 良好 |
| 可铸性 | 出色的 | 出色的 | 出色的 | 一般 | 不适用 |
| 可加工性 | 一般 | 一般 | 良好 | 一般 | 良好 |
| 表面处理 (如提供) | 粗 (铸造) | 粗 | 粗 | 粗 | 光滑的 (滚动) |
| 成本水平 | 一般 | 一般 | 低的 | 高的 | 中高 |
| 典型的用例 | 化学泵, 阀, 制药, 海洋 | 一般工业和海洋 | 食物, 轻型化学物质 | 积极的化学物质, 高温服务 | 精密坦克, 管道, 建筑学 |
10. 结论
不锈钢CF3M站在铸造不锈钢合金的最前沿,
结婚316L等效腐蚀性, 强大的机械性能, 和铸件多功能性.
随着工业需求的增加, CF3M使工程师能够设计复杂,
耐受最苛刻化学的成本效益的成分, 海洋, 和处理环境.
通过遵守化学控制中的最佳实践, 铸造处理, 和焊后热处理,
制造商解锁CF3M的全部潜力, 确保长寿, 可靠性, 和生命周期价值.
