1. 導入
ASTM A216 WCBは、産業機器製造で最も一般的に使用される鋳造炭素鋼の1つです, 特に、中程度から高圧力と温度にさらされるコンポーネントで.
ASTM A216標準は、バルブ用の炭素鋼鋳物を管理します, フランジ, 継手, その他の圧力含有部品.
標準の3つのグレードの中で、WCA, WCB, とWCC—WCB (錬鉄製のグレードb) 機械的強度のバランスが優れているために際立っています, 溶接性, キャスト性, そして費用対効果.
2. ASTM A216 WCBの化学組成
ASTM A216グレードWCBはaです 炭素鋼 中程度に設計された鋳造材料- および高温サービス.
その化学組成は強度のバランスを取ります, 延性, キャスト性, 溶接性.
| 要素 | 標準制限 (%wt) | 典型的なコンテンツ (%wt) | 関数 / 合金の役割 |
| 炭素 (C) | ≤ 0.30 | 〜0.25 | 強度と硬さを高めます; 過剰な炭素は、靭性と溶接性を低下させます. |
| マンガン (ん) | 0.60 – 1.00 | 〜0.80 | 引張強度と硬化性を高めます; デオキシ酸剤として機能し、熱い作業特性を改善します. |
| シリコン (そして) | 0.25 – 0.60 | 〜0.45 | 原発性デオキシジ剤; 鋳造中に強度を向上させ、流動性を向上させます. |
| リン (P) | ≤ 0.04 | 〜0.020 | 有害な不純物; 過剰な量は、腹立ちと靭性の低下につながります. |
| 硫黄 (S) | ≤ 0.04 | 〜0.015 | また、不純物; 少量は機械加工性を向上させることができます, しかし、高レベルは脆性と熱い亀裂を引き起こします. |
| 銅 (銅) (オプション) | ≤ 0.50 | ≤ 0.30 | 残差として存在する場合があります; 耐性抵抗が改善されますが、過度のレベルは靭性に影響する可能性があります. |
| ニッケル (で) (オプション) | 必要ありません | ≤ 0.30 | 低温靭性を改善するために時々追加されます. |
| モリブデン (モー) (オプション) | ≤ 0.20 | ≤ 0.15 | 高温強度と耐食性を改善します, ただし、標準のWCBでは一般的には追加されていません. |
3. ASTM A216 WCBの機械的特性
ASTM A216グレードWCBは、そのバランスの取れた機械的特性で広く認識されています, バルブなどの圧力含有アプリケーションに適しています, フランジ, 継手, および圧力容器成分.
重要な機械的特性
| 財産 | 代表値 | テスト条件 | 備考 |
| 抗張力 | 485–655 MPa (70–95 ksi) | 室温 (RT) | 力に対する抵抗を測定します; 構造的完全性に適しています. |
| 降伏強さ | ≥ 250 MPa (36 クシ) | RT | 永続的な変形を引き起こすために必要な最小応力. |
| 伸長 (で 50 mm) | ≥ 22% | RT | 延性と骨折前に変形する能力を示します. |
| 面積の削減 | ≥ 30% | RT | 延性行動と脆性骨折に抵抗する能力を反映しています. |
| 衝撃靱性 | 〜20–27 j 20°Cで | シャルピーv-notch (オプションのテスト) | 軽度の気候での衝撃負荷と脆性骨折に対する耐性を保証します. |
| 硬度 (ブリネル) | 143–197 HB | 正規化後 | 耐摩耗性を示します; 過度の硬度は、機械加工性を低下させる可能性があります. |
| 弾性率 | 〜200 gpa (29 ×10³ksi) | RT | 剛性を反映します; エンジニアリングストレス - ストレイン計算に役立ちます. |
熱および機械的安定性
A216 WCBは、高温でその機械的特性を適切に保持します 425℃ (800°F).
これを超えて, 引張強度や靭性などの特性は劣化し始めます, Chrome-Moly SteelsやAustenitic Stainless鋼などの高級材料の使用が必要.
4. 材料の指定が説明されました
ASTM A216 WCBの指定を理解することは、エンジニアにとって不可欠です, 仕様, 圧力保持鋳造コンポーネントの材料を選択する際の調達専門家.
指定の各部分は、製造プロセスに関する特定の情報を伝えます, 機械的性能, サービスの適合性.
ASTM A216グレードWCBとは何ですか?
用語 WCB ASTMでは、A216 WCBは、米国試験および材料協会によって定義されたグレードの指定です (ASTM). 次のように分解されます:
- W - 材料があることを示します 溶接可能 炭素鋼.
- C - 材料が使用することを目的としていることを示します 鋳造 (鍛造とは対照的に).
- B - を指します 機械的プロパティ範囲 ASTM A216標準内. 具体的には, WCBにはあります 中程度の引張強度 WCAやWCCなどの他のサブグラードと比較してください.
要約すれば, WCB =溶接可能なキャストグレードB炭素鋼.
ASTM A216内の分類
ASTM A216には、高温サービスで使用される鋳造コンポーネント用の3つの主要な炭素鋼グレードが含まれています:
| 学年 | 抗張力 (MPa) | 降伏強さ (MPa) | 典型的なアプリケーション |
| WCA | 415–585 | ≥ 205 | 低ストレス部品, 汎用 |
| WCB | 485–655 | ≥ 250 | バルブと圧力部品の標準グレード |
| WCC | 485–655 | ≥ 275 | より高いタフネス; 多くの場合、厳しいサービスで使用されます |
- WCA: 強度と費用対効果が低い, あまり一般的ではありません.
- WCB: 強度のバランスのために最も人気があります, 延性, 溶接性, と経済.
- WCC: より強く、やや延性があります; 追加の機械的完全性が必要な場合に使用されます.
5. ASTM A216 WCBの製造および熱処理
ASTM A216 WCBの生産には、正確な鋳造慣行が含まれます, その後、制御された熱処理が続きます, 機械加工, 厳密な品質管理.
WCBの鋳造
ASTM A216 WCB 主に鋳造を通じて製造されています, 鍛造または機械加工によって達成が困難な複雑な幾何学を生成するのに適したプロセス.
このプロセスは、溶融WCBスチールが注がれている金型の準備 - 典型的には砂または金属を使用することから始まります. 固化時, キャスティングはカビの空洞の形をします.
いくつかの鋳造技術を採用できます, 含む 砂型鋳物, インベストメント鋳造, そして シェルモールディング, 部品の複雑さに応じて, 必要な精度, そして生産量.
砂型鋳造 大規模なコンポーネントの費用対効果と適合性により、WCBで最も一般的に使用される方法です.
しかし, それは、より洗練された方法と比較して、精度と表面の仕上げの品質が低下します インベストメント鋳造, これは、複雑なまたは高耐性部品よりも好まれます.
WCBの熱処理
キャスティング後の熱治療はです 必須 ASTM A216 WCBの場合、望ましい機械的特性を確保します, 内部ストレスを緩和します, 粒子構造を微細化する.
最も一般的な熱処理には含まれます:
| プロセス | 温度範囲 (℃) | 目的 |
| 正規化 | 890–950 | 粒サイズを洗練します, 構造を均質化します |
| アニーリング | 815–870 | 残留応力を緩和します, 加工性が向上します |
| テンパリング | 540–650 (必要に応じて) | 正規化または消光後の靭性を高めます |
| ストレス緩和 | 600–680 | 大幅な強度の変化なしに残留応力を最小限に抑えます |
注記: 熱処理サイクルは、炉チャートまたは熱電対データごとに正確に制御および検証する必要があります ASTM A961 要件.
WCBの機械加工と仕上げ
熱処理後, WCBキャスティングが受ける 精密加工 シーリング面などの最終的な寸法と機能的な表面を達成する, スレッド, および茎の穴.
主要な機械加工操作:
- 旋回, 掘削, つまらない, そしてタップする
- 複雑なプロファイル用のCNCミリング
- フランジ面と座席の表面研削
バランスの取れた炭素含有量のため (〜0.25％), WCBは中程度に機械加工可能です. 適切なツールと切断液が表面仕上げとツールの寿命を高める.
WCBの品質管理と検査
A216 WCBコンポーネントは包括的です 非破壊的で破壊的なテスト ASMEなどの設計コードへのコンプライアンスを検証する, API, およびASTM.
一般的な検査と品質管理の手順:
| テスト | 目的 |
| ビジュアル & 寸法チェック | 鋳造欠陥を特定します, 許容範囲を確認します |
| 静水圧テスト | 圧力封じ込めの完全性を確認します |
| 放射線検査 (RT) | 内部の欠陥と多孔性を検出します |
| 超音波検査 (ユタ州) | 地下の不連続性を評価します |
| 磁粉検査 (MPI) | 表面亀裂検出 (鉄のみ) |
| 硬度テスト | 熱処理の有効性を確認します |
| 機械試験 | 引張, 収率, 伸長 (ASTM A370ごと) |
| 化学分析 (分光測定) | ASTM A216化学のコンプライアンスを確保します |
6. バルブおよび圧力含有コンポーネントのWCB
ASTM A216グレードWCB (錬鉄製の炭素鋼, グレードb) 圧力保持部品のために最も広く使用されている鋳造炭素の1つです, 特に バルブ そして配管業界.
その機械的堅牢性, 中程度の腐食抵抗, 優れたキャスティブ性により、高圧および温度条件下で動作するさまざまな産業コンポーネントを製造するための選択の材料になります.
バルブでWCBが好まれる理由
WCBは、バルブボディとボンネットに理想的に適しています。:
- 優れた圧力封じ込め: クラスまでの高圧サービスに適しています 2500 (ASME B16.34ごと).
- 優れた溶接性と機密性: 製造とメンテナンスの容易さを保証します.
- 高温耐性: 通常、-29°Cの範囲の温度で使用されます (-20°F) 最大425°C (800°F).
- 経済的コストパフォーマンス比: 合金やステンレス鋼のオプションよりも手頃な価格, しかし、汎用サービスに対して信頼できます.
A216 WCBを使用した典型的なバルブタイプ
| バルブタイプ | アプリケーションの役割 | WCBが使用される理由 |
| ゲートバルブ | パイプラインのオン/オフフロー制御 | 高強度と剛性; フルオープン/フルクロースアプリケーションに適しています |
| グローブバルブ | フローレギュレーションとスロットリング | 複雑なフローパスの優れたキャスティブ; 中程度のスロットルの下で信頼できます |
| バルブを確認してください | 配管システムの逆流を防ぎます | 耐摩耗性は逆流れから影響を与えます; 圧力下でシーリングの完全性を維持します |
| ボールバルブ | クイックシャットオフと分離 | 球状のコンポーネントを簡単に機械処理できます; タイトなシーリングと圧力抵抗を提供します |
| バタフライバルブ | 大径のフロー制御, 低から中程度の圧力ライン | 軽量, 大規模なサイズでキャストする場合の費用対効果の高いオプション |
| Plug Valve | オン/オフおよびフロー迂回アプリケーション | キャスティブと機械性により、信頼できるシーリングジオメトリが可能になります |
| 圧力リリーフバルブ (体のみ) | 過剰な液体を排出することにより、システムを過圧から保護します | バルブ本体の構造耐久性と圧力封じ込め |
圧力と温度下でのWCBパフォーマンス
ASTM A216 WCBは準拠しています ASME B16.34 そして API 600 圧力 - 温度評価とバルブ性能の基準. 典型的なサービス評価には含まれます:
- 圧力クラス: 150, 300, 600, 900, 1500, そして 2500.
- 温度範囲: -29°C〜425°C (-20°F〜800°F), 必要に応じて、より高いパフォーマンスのための潜在的な変更があります.
- 許容応力: ASMEセクションIIに基づいています, パートd (例えば, 〜20,000 psi設計の周囲温度で).
バルブを超えた圧力含有コンポーネント
バルブは別として, A216 WCBも一般的に使用されます:
- 圧力容器成分 (マンウェイやフランジなどの非コード部品)
- ポンプハウジングとインペラ
- コンプレッサーケーシング
- パイプラインフィッティングとフランジ付き接続
これらのコンポーネントは、内圧下で構造の安定性を必要とします, 温度変動, および機械的負荷 - WCBが確実に機能する条件.
7. ASTM A216 WCBの溶接性と腐食抵抗
溶接性
ASTM A216 WCB, 比較的低い合金含有量を持つ炭素鋼であること, 展示 良好な溶接性, 野外での製造と修理に適しています.
しかし, 最適な溶接の完全性を確保し、亀裂やハードゾーンの形成を防ぐため, 特定の予防措置を講じる必要があります:
- 予熱: 素材の予熱 (通常、150〜250°Cまたは300〜480°Fまで) 推奨されています, 特に厚いセクションの場合, 水素誘発性亀裂のリスクを減らすため.
- 溶接後の熱処理 (PWHT): 一部の圧力含有アプリケーションで (ASME B31.3やAPIなどのコードで指定されています 598), PWHTは、残留ストレスを緩和し、延性を回復するために実行されます.
- フィラー金属選択: 炭素鋼互換充填材 (例えば, SMAWのE7018) 通常、機械的特性を一致させ、冶金の不一致を最小限に抑えるために使用されます.
全体, WCBの溶接中の予測可能な動作, 構造的靭性と組み合わされています, 溶接された圧力保持部品に信頼できる選択肢になります, バルブやフランジなど.
耐食性
A216 WCBはその強度と機械性について評価されていますが, その 耐食性は比較的限られています, 特に積極的な環境で.
これはそのためです 低クロムおよび合金含有量, それはそれを脆弱にします:
- 一般的な腐食 湿度または海洋環境で
- ピッティングと隙間の腐食 塩化物が豊富な状態で
- 酸化 長期にわたる曝露よりも上昇した温度で
腐食緩和戦略:
- 内部コーティングとライニング: エポキシコーティング, ゴムの裏地, またはガラスフレークライニングは、バルブと容器に内部的に塗布できます.
- 陰極保護: 地下または水没したシステムで使用されます.
- 表面処理: 亜鉛メッキまたは塗装は、腐食抵抗を外部から強化する可能性があります.
- 合金オーバーレイまたはクラッディング: 非常に腐食性のアプリケーションで, ステンレス鋼のクラッディングまたは溶接オーバーレイは、腐食耐性の表面を提供するために使用されます
ベース材料としてWCBの強度と費用対効果を維持しながら.
8. A216 WCB対. 偽造およびその他の鋳造材料
ASTM A216グレードWCBは、圧力保持アプリケーションで最も一般的に使用される鋳造炭素鋼の1つです, しかし、それが利用可能な唯一のオプションではありません.
比較表:
| 財産 | A216 WCB(炭素鋼を鋳造します) | A105(鍛造炭素鋼) | A352 LCB(低温鋳造鋼) | A351 CF8(キャスト 304 SS) | A351 CF8M(キャスト 316 SS) |
| 製造方法 | 鋳造 (通常、砂鋳造) | 鍛造 | 鋳造 (砂鋳造) | 鋳造 | 鋳造 |
| 温度範囲 (℃) | -29 to +425 | -29 to +425 | -46 to +345 | -196 to +870 | -196 to +870 |
| 耐食性 | 適度 | 適度 | 適度 | 良い | 素晴らしい |
| 低温靭性 | 公平 | 良い | 素晴らしい | 適度 | 適度 |
| 抗張力 (MPa) | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 |
| 降伏強さ (MPa) | 250以上 | 250以上 | 250以上 | ≥205 | ≥205 |
| 溶接性 | 良い | 素晴らしい | 良い | 良い | 良い |
| 寸法精度 | 適度 | 高い | 適度 | 高い | 高い |
| 表面仕上げ | 適度 | 素晴らしい | 適度 | 素晴らしい | 素晴らしい |
| 料金 | 低い | 中くらい | 高い | 高い | 非常に高い |
| 一般的なアプリケーション | バルブ, フランジ, ポンプボディ | 鍛造フランジ, 小さなバルブ部品 | 極低温バルブ, LPG/LNGサービス | 食べ物, 製薬, きれいな化学物質 | 海洋, 塩水, 化学薬品 |
| 標準/仕様 | ASTM A216 / ASME SA216 | ASTM A105 / ASME SA105 | ASTM A352 / ASME SA352 | ASTM A351 / SA351 | ASTM A351 / SA351 |
注意事項:
- WCB: 一般的な圧力と温度用途に適した鋳造炭素鋼材料. 優れたコストパフォーマンスバランスを提供します.
- A105: 優れた機械的強度と寸法精度を持つ鍛造炭素鋼材料, 高強度の小さなコンポーネントに最適です.
- LCB: 低温環境向けに設計されています, LNG施設など, サブゼロ温度での優れた衝撃靭性.
- CF8 / CF8M: に相当するステンレス鋼を鋳造します 304 そして 316 それぞれ, 高耐食性抵抗を必要とするアプリケーションで使用されます.
9. ASTM A216 WCBのアプリケーション
ASTM A216 WCBは、そのバランスの取れた機械的特性により、複数の産業で広く使用されている多用途の鋳造炭素鋼グレードです, 良好な溶接性, そして費用対効果.
その主要なアプリケーションは、圧力含有コンポーネントに焦点を当てています, 特にバルブの製造および配管システムで.
石油およびガス産業
- バルブとフィッティング: A216 WCBは、GATEに広く使用されています, グローブ, チェック, 上流のボールバルブボディ, 中流, および下流セクター.
高圧や中程度の温度に耐える能力は、原油の流れを制御するのに理想的です, 天然ガス, 洗練された製品. - 圧力容器とフランジ: WCBから作られた鋳物は、機械的強度と圧力の完全性が重要な圧力容器とパイプラインフランジで提供されます.
- ポンプケースとマニホールド: その靭性と機械加工性のため, 多くの場合、複雑な配管システムでポンプハウジングと多様体に選択されます.
発電
- 蒸気バルブとコンポーネント: WCBバルブは、蒸気発電所で一般的です, 中程度から高圧力蒸気ラインの処理.
材料の熱安定性は、繰り返しの熱サイクリングをサポートします. - 給水および冷却システム: バルブボディなどのコンポーネント, ポンプケース, WCBから製造されたフランジは、冷却水路と給水システムに使用されます.
石油化学および化学処理
- プロセスバルブ: A216 WCBバルブは、多くのプロセス流体に適しています, 特に腐食が極端ではない場合.
それらの強度と溶接性により、カスタマイズされたコンポーネントの製造が可能になります. - 熱交換器ハウジング: WCBから作られた鋳鋼熱交換器コンポーネントは、耐久性と圧力封じ込めを提供します.
水と廃水の処理
- パイプラインバルブ: ゲート, グローブ, WCBから作られたチェックバルブは、地方自治体の水道と廃水処理プラントで一般的です, 信頼できるシャットオフとフロー制御が不可欠です.
- ポンプおよびバルブコンポーネント: WCBの費用対効果は、水処理アプリケーションの大型バルブとポンプ部品に好ましい選択肢となります.
構造的および機械的使用
- 重機鋳物: バルブと配管を超えて, A216 WCBは、タフネスと疲労抵抗を必要とする重機の鋳造部品に使用されます.
- 海洋成分: 海洋アプリケーションの特定の非腐食環境も構造鋳物にWCBを使用します.
9. ASTM A216 WCBの利点と制限
ASTM A216 WCBの利点
高温と圧力抵抗:
A216 WCBは、高温と圧力の下で確実に機能するように設計されています,
熱応力や機械的応力が一般的なバルブや圧力容器などの重要な産業用途に最適になります.
優れた機械的特性:
強度のバランスの取れた組み合わせを提供します, 延性, そして靭性, コンポーネントが負荷に耐えることができるようにします, 変形に抵抗します, エネルギーを効果的に吸収します.
これらのプロパティは、広い温度範囲で安定したままです, 信頼できるパフォーマンスを確保します.
費用対効果:
高合金または特別な材料と比較して, A216 WCBは比較的経済的です.
その広範な可用性と簡単なキャスティングおよび機械加工プロセスは、必須パフォーマンスを損なうことなく、その手頃な価格に貢献しています.
優れた機械性と製造:
標準機器を使用して材料機械をうまく使用しており、適切な技術で溶接できます, 鋳造セクションからの複雑なバルブボディと圧力含有部品の製造を促進する.
幅広い可用性:
多くの鋳造所やサプライヤーによって世界的に生産されています, A216 WCBは、さまざまな産業のリードタイムを安定させ、削減することを保証します.
ASTM A216 WCBの制限
腐食しやすさ:
炭素鋼として, A216 WCBは、湿気の腐食に対して脆弱です, 酸素が豊富, または化学的に攻撃的な環境.
これには保護コーティングが必要です, 裏地, またはカソード保護, システムのコストと複雑さが増加する可能性があります.
低温靭性の低下:
材料の耐衝撃性は低温で減少します, 脆性骨折のリスクを高める.
極低温またはコールドサービスアプリケーション用, 代替資料 (A352 LCBのように) または、多くの場合、追加の熱処理が必要です.
溶接の課題:
A216 WCBの溶接には、熱に影響を受けたゾーンでの硬化と割れのリスクがあるため、注意が必要です。 (危険有害性).
予熱, 溶接後の熱治療 (PWHT), フィラー金属の慎重な選択と溶接パラメーターが必要です, 製造と修理に複雑さと費用を追加します.
11. 関連する標準と仕様
| 標準/仕様 | 関連性 |
| ASTM A216 / ASME SA216 | WCB化学および機械的特性を管理します |
| ASME B16.34 | バルブの圧力温度評価 |
| API 600 / API 598 | バルブの構造とテスト |
| ASME B31.1 / B31.3 | 圧力配管設計コード |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | 硬度が制御されていない限り、酸っぱいサービスには一般的に推奨されていません |
12. 結論
ASTM A216 WCB 工業用鋳物の基礎的な材料です, 特にバルブと圧力成分で.
それはを提供します 機械性能の堅牢なバランス, 製造, 手頃な価格.
耐食性と低温サービスは限られていますが, WCBは、多くの一般的なアプリケーションでは比類のないままです.
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よくある質問
ASTM A216グレードWCBとは何ですか?
ASTM A216グレードWCBは、バルブボディに一般的に使用される鋳造炭素鋼仕様です, 継手, 中程度から高温および圧力サービス用に設計された圧力含有部品.
WCBは鉄鋼グレードで何を意味しますか?
WCBは、「鍛造炭素Bグレード」の略です,」定義された化学組成と機械的特性を備えたASTM A216の下での特定の炭素鋼鋳造グレードを示す.
A216 WCBは炭素鋼を殺しました?
はい, A216 WCBは通常、殺害された炭素鋼です, つまり、ガスの多孔度を防ぎ、健全性を改善するために、鉄鋼メーキング中に完全に脱酸化されます.
A216同等の材料とは何ですか?
同等の材料には、低温用途向けのASTM A352 LCBと鍛造炭素鋼用のASTM A105が含まれます, A105にはさまざまな機械的特性があり、鋳造されるのではなく偽造されていますが.
A216 WCBが偽装または鋳造されています?
A216 WCBは鋳造炭素鋼です, 砂の鋳造や投資キャスティングなどの鋳造プロセスによって生産される.
WCBメタルとは何ですか?
WCB金属は、ASTM A216の下でWCBとして指定された炭素鋼合金を指します, 圧力およびバルブアプリケーションで鋳鉄製コンポーネントの製造に広く使用されています.
