ASTM A352 Caste Steels

1. Wstęp

W środowiskach inżynieryjnych, w których wydajność sub-zero ma kluczowe znaczenie, Nie można zagrożić wiarygodności materialnej.

ASTM A352 to szeroko rozpoznana specyfikacja opracowana przez ASTM Internation odlewane stale węglowe i niskie przeznaczone dla części zawierające ciśnienie które działają w Warunki usług o niskiej temperaturze.

Te stali są niezbędne w branżach takich jak LNG, Kriogeniczne, ropę i gaz, i wytwarzanie energii, gdzie integralność mechaniczna pod naprężeniem zimnym nie jest negocjacyjna.

Ten artykuł zawiera kompleksową analizę ASTM A352, Odkrywanie zasad metalurgicznych, wymagania mechaniczne, aplikacje, i implikacje produkcyjne

Wsparcie inżynierów, specyfikatory, oraz profesjonaliści ds. Zamówień w dokonywaniu świadomych wyborów materialnych.

2. Zakres i cel ASTM A352

Okładki ASTM A352 Odlewy do części powstrzymujących ciśnienie zaprojektowany do działania w niskie temperatury do -50 ° F. (-46°C) a nawet niższe, w zależności od klasy.

Zapewnia, że ​​stal odlewana utrzymuje plastyczność, wytrzymałość, oraz odporność na kruche złamanie po wystawieniu na te wymagające środowiska.

W przeciwieństwie do ASTM A216 (dla odlewanych stali węglowych z odlewów ogólnych) lub A351 (dla odpornych na korozję austenityczne odlewy ze stali nierdzewnej), A352 jest dostosowany do zastosowań w niskiej temperaturze.

Jest często podwójny certyfikat ASME SA352, dzięki czemu jest odpowiednia do zgodności z naczyniem ciśnieniowym i kodu rurowego.

3. Klasyfikacja klas ASTM A352

ASTM A352 obejmuje szereg Gatunki stalowe odlewane i niskopomorowe specjalnie zaprojektowany dla Usługa o niskiej temperaturze w elementach zawierających ciśnienie.

Klasyfikacja opiera się na Skład chemiczny, Wydajność mechaniczna, I Warunki usług.

Oceny te są ogólnie pogrupowane w stale węglowe, Stale o niskiej płaszczyzny, I martenzytyczne stale nierdzewne, każdy dostosowany do określonych wymagań operacyjnych.

Poniżej znajduje się szczegółowa klasyfikacja najczęstszych klas ASTM A352:

Mapowanie liczb UNS

Każda klasa ASTM A352 ma również odpowiedni Ujednolicony system numeracji (NAS) Oznaczenie w celu wsparcia identyfikowalności i standaryzacji stopu:

• LCA - US J03000
• LCB - US J03001
• LCC - US J03002
• CA6NM - US J91540

Porównanie z odpowiednikami kutej

Podczas gdy ASTM A352 rządzi rzucać produkty, Wiele jego ocen można luźno porównać do Specyfikacje kutej stali używane w podobnych aplikacjach. Na przykład:

• A352 LCC z grubsza przypomina ASTM A350 LF2 (Kute stal węglowa)
• CA6NM jest metalurgicznie podobny do kutego 13-4 stal nierdzewna (AISI 410 z ni)

4. Wymagania chemiczne

Tabela podsumowuje typowe maksymalne i minimalne zakresy składu:

Wpływ elementów stopowych na wytrzymałość o niskiej temperaturze

• Węgiel (0.24–0,32%): Równowaga między siłą a wytrzymałością; Nadmierny węgiel (> 0.32%) może zwiększyć twardość i zmniejszyć energię charpy w -50 ° F i poniżej.
• Mangan (0.60–1,10%): Sprzyja deoksyzacji podczas topnienia i przyczynia się do wzmocnienia rozwiązywania stałego.
  MN pomaga również udoskonalić mieszanki perlitów/perlityk-ferryty podczas obróbki cieplnej, poprawa wytrzymałości.
• Nikiel (1.00–2,00%) (Tylko LCB-CR): Nikiel znacznie poprawia przesunięcie krzywej (NDT Shift) W regionie przejściowym Charpy, Umożliwianie stali utrzymania zachowań plastycznych w niższych temperaturach.
• Chrom (0.25–0,50%) i molibden (0.25–0,50%): Te elementy łączą się z tworzeniem węgliki (Cr₇c₃, Mouitc) że opóźniają wzrost ziarna podczas obróbki cieplnej i poprawia się Twardość,
  w ten sposób poprawiając zarówno wytrzymałość na rozciąganie, jak i wytrzymałość w niskiej temperaturze.
• Wanad (0.05–0,15%): Działa jak silna rafiner zboża poprzez tworzenie drobnych osadów VC, które przypina granice ziarna austenitu podczas odlewania i obróbki cieplnej.
  Drobniejszy rozmiar ziarna (ASTM 6–8) Bezpośrednio koreluje z wyższą energią V-notchu V w temperaturach kriogenicznych.

5. Właściwości fizyczne

Gęstość i przewodność cieplna

• Gęstość: Około 7.80 g/cm3 (0.283 funt/cal³) Dla wszystkich klas A352, Od stopów dodatkowych (Pon, W, Kr, V) są stosunkowo niewielkie (≤ 3% całkowity).
• Przewodność cieplna:

• • Jak cast: ~ 30 W/m·K Na 20 °C.
  • Znormalizowane/złagodzone: Nieznacznie zmniejszone (~ 28 W/m·K) z powodu drobniejszej struktury ziarna i hartowanych węglików.
  • Efekt kriogeniczny: W -100 ° C., Przewodność wzrasta skromnie (do ~ 35 W/m·K) ponieważ rozpraszanie fononu maleje,
    co może być korzystne dla zastosowań wymagających szybkiego przenoszenia ciepła (np., Zawory kriogeniczne).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) w temperaturach kriogenicznych

• CTE (20 ° C do -100 ° C): ~ 12 × 10⁻⁶ /° C.
• CTE (-100 ° C do -196 ° C): ~ 11 × 10⁻⁶ /° C.

W porównaniu do austenitycznych stali nierdzewnych (≈ 16 × 10⁻⁶ /° C.), A352 Cast Stael wykazuje niższą ekspansję cieplną, co jest korzystne podczas śrubowania lub uszczelnienia materiałami o podobnych komputerach CTE (np., stale węglowe).

Projektanci muszą nadal uwzględniać różnicową ekspansję podczas krycia aluminium Lub miedź stopy, szczególnie w zastosowaniach kriogenicznych.

6. Właściwości mechaniczne stali odlewu ASTM A352

Stale odlewane ASTM A352 są specjalnie zaprojektowane do zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości i doskonałej wytrzymałości w niskich lub kriogenicznych temperaturach. Właściwości mechaniczne różnią się nieznacznie w zależności od gatunków na podstawie składu chemicznego i procesów oczyszczania ciepła. Poniżej znajduje się porównanie kilku powszechnie używanych klas A352.

Typowe właściwości mechaniczne według klasy

Uwagi na temat klas specjalnych

• CA6NM: Powszechnie stosowane w turbinach hydroelektrycznych, ciała zaworów, i pompuj obudowy za to Doskonała odporność na kawitację, spawalność, I udarność w temperaturach Subzero.
• CA15: Oferuje dobrą twardość i odporność na korozję, ale niższa wytrzymałość wpływu niż CA6NM, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni dla środowiska umiarkowanego ciśnienia.
• CF8M (316 równowartość): Chociaż zwykle nie jest częścią A352, Często jest obsadzony pod ASTM A743 i używane w żrący, ale bez niskiej temperatury warunki.
• CD4MCUN: Dupleks stali nierdzewnej z silną równowagą odporności na korozję, wytrzymałość, i wydajność wpływu; Idealny do agresywnych środowisk, takich jak Rozwiązania zawierające chlorek.

7. Procesy odlewania i produkcji stali odlewu ASTM A352

Przegląd procesu obsady

Stale odlewane ASTM A352 są zwykle wytwarzane za pomocą za pomocą odlewanie piasku Lub casting inwestycyjny, z wyborem w zależności od złożoności, rozmiar, i wymagane tolerancje części.

• Odlewanie piasku: Pozostaje to najczęstszą metodą wytwarzania dużych ciał zastawek, pompowanie obudowa, i kołnierze określone w ASTM A352.
  Oferuje opłacalną elastyczność w skomplikowanych kształtach i grubych sekcjach.
  Jednakże, Wymaga skrupulatnej kontroli materiałów pleśniowych i parametrów nalewania, aby zminimalizować wady, takie jak porowatość i kurczenie się.
• Casting inwestycyjny: Dla mniejszych, Bardziej złożone komponenty wymagające doskonałego wykończenia powierzchni i precyzji wymiarów, Czasami stosuje się casting inwestycyjny.
  Ta metoda daje mniej wad odlewania i zmniejsza dodatki do obróbki, choć przy wyższych kosztach.

Obróbka cieplna

Post-casting, Stale ASTM A352 ulegają rygorystycznym Normalizacja i temperowanie w celu zwiększenia właściwości mechanicznych:

• Normalizowanie: Zwykle występowane w 900–950 ° C., Normalizacja udoskonalnia strukturę ziarna, łagodzi stres wewnętrzny, i poprawia wytrzymałość.
• Ruszenie: Przeprowadzone w 600–700 ° C., Symnowanie równoważy siłę i plastyczność, jednocześnie zmniejszając kruchość.
• Cykle obróbki cieplnej są ściśle monitorowane i udokumentowane w celu zapewnienia zgodności ze specyfikacjami ASTM oraz w celu uzyskania jednolitych właściwości mechanicznych podczas odlewu.

Obróbka i wykańczanie

Z powodu złożonych geometrii, Często wymagają często komponenty ASTM A352 obróbka Aby osiągnąć ostateczne wymiary i tolerancje. Obejmuje to:

• Obróbka CNC dla miejsc zaworów, kołnierze, i krytyczne powierzchnie uszczelniające.
• Obróbka powierzchni takie jak szlifowanie i polerowanie w celu zwiększenia odporności na korozję i wydajność uszczelnienia.
• Parametry obróbki są zoptymalizowane na podstawie oceny stalowej i twardości, aby zminimalizować zużycie narzędzia i wady powierzchniowe.

8. Zalety i ograniczenia stali astm A352

Stale odlewane ASTM A352 są szeroko stosowane w krytycznych zastosowaniach, w których siła, wytrzymałość, a odporność na kruchość w niskiej temperaturze jest niezbędna.

Zalety stali astm A352

Najwyższa wytrzymałość o niskiej temperaturze

Gatunki ASTM A352 - szczególnie LCA, LCB, i LCC-są specjalnie zaprojektowane do usługi kriogenicznej i sub-zerowej.

Z minimalnymi wymaganiami energetycznymi od wpływu V-notch 27 J w -46 ° C., Materiały te zapewniają integralność strukturalną i zmniejszają ryzyko kruchego złamania w ekstremalnych warunkach.

Doskonałe zatrzymywanie ciśnienia

Ze względu na ich mechaniczną siłę i plastyczność, A352 Stale odlewane są idealnie dostosowane części zawierające ciśnienie, takie jak zawory, lakierki, i kołnierze.

Oceny takie jak CA6NM oferują również zwiększoną granicę plastyczności (>550 MPa), Obsługowanie projektów systemów wyższego ciśnienia.

Dobra możliwość

Pokrowce specyfikacyjne A352 rzucać Stalowe elementy, Zezwalanie na złożone geometrie i produkcję w kształcie netto w kształcie netto.

Ta elastyczność zmniejsza potrzebę intensywnej obróbki i umożliwia produkcję skomplikowanych wewnętrznych przejść lub obudów, które w przeciwnym razie są niepraktyczne dla kucia lub maszyny.

Wszechstronność w różnych branżach

Odlewy A352 są stosowane w różnych sektorach - w tym olej & gaz, petrochemiczny, wytwarzanie energii,

i kriogeniczne - według ich mechanicznej niezawodności, dokładność wymiarowa, oraz wydajność w warunkach o niskiej temperaturze lub wysokim ciśnieniu.

Korozja i odporność na zużycie (w stopniach stopowych)

Gatunki stopu, takie jak CA6NM zaoferować kombinację odporność na korozję I Umiarkowana twardość (200–260 HBW),

czyniąc je odpowiednimi do obsługi mokry, kwaśny, lub środowiska zasolone, takie jak sprzęt podmorski lub rośliny chemiczne.

Zapewnienie standardów

Rządzony przez Standardy ASTM, Odlewy te są poddawane rygorystycznym kontrolom jakości - obróbce cieplnej, Skład chemiczny, i testy mechaniczne - które zapewniają Globalna niezawodność i identyfikowalność.

Ograniczenia stali astm A352

Wady rzucania i zmienność

Jak w przypadku każdego procesu odlewania, wnęki skurczowe, porowatość, Lub inkluzje może wystąpić. Te wady, Jeśli nie zostanie zidentyfikowane i skorygowane, może zagrozić wydajności mechanicznej.

Zaawansowane metody inspekcji, takie jak Radiografia i testy ultradźwiękowe są często wymagane dla krytycznych części.

Niższa wytrzymałość w porównaniu do kutych materiałów

Pomimo dobrej plastyczności, stale odlewa Niższa wytrzymałość złamań niż wykryte lub sfałszowane równoważniki ze względu na strukturę ziarna i potencjalne wady odlewania.

Może to ograniczyć ich zastosowanie w ultra krytycznych środowiskach zmęczeniowych.

Czułość obróbki cieplnej

Właściwy Normalizacja i temperowanie są niezbędne do osiągnięcia wymaganych właściwości mechanicznych.

Może prowadzić do nieodpowiedniego lub nierównomiernego obróbki cieplnej stres resztkowy, zniekształcenie, lub nawet Mikroczyza—Paktyczny w grubych lub złożonych odlewach.

Obawy związane z spawalnością

Niektóre oceny, Szczególnie stali stopowe (np., CA6NM), może wymagać ścisłe procedury spawania, w tym podgrzewanie, Po spalonym obróbce cieplnej (PWHT),

I Wybór metalu wypełniający Aby uniknąć kruchości lub degradacji odporności na korozję.

Ograniczony odporność na korozję w klasach węglowych

Oceny takie jak LCA, LCB, a LCC ma ograniczony nieodłączny odporność na korozję.

Często wymagają powłoki, podkład, Lub Ochrona zewnętrzna W przypadku agresywnych środowisk lub do długoterminowej obsługi.

Rozważania dotyczące kosztów w wersjach stopowych

Obejmują oceny o wysokim poziomie, takie jak CA6NM lub LC3 zwiększone koszty Z powodu elementów stopowych (Kr, W, Pon) oraz bardziej wymagające procesy odlewania i uzdatniania ciepła.

9. Zastosowania i studia przypadków

Naczynia kriogeniczne i przechowywanie LNG

• Ciała zaworów LCB i LCC:

• • LNG infrastruktura wymaga zaworów, które pozostają plastyczne w -162 ° C. (-260 ° F.).
    Podczas gdy ocena CVN LCC -100 ° F nie zapewnia pełnej plastyczności w temperaturze -260 ° F, zapewnia margines bezpieczeństwa powyżej kruchego -budowniowego przejścia.
  • Studium przypadku: Terminal LNG w Europie Północnej zastąpił ciała zaworów A216 WCB (które złamały się podczas testów odnowienia) z odlewami LCC A352.
    Poinstalacja, Nie zaobserwowano szczelin o niskiej temperaturze 500 Cykle termiczne.

Olej & Gaz: Zawory, Kołnierze, i sprzężenia

• Kwaśna usługa (Środowisko H₂s):

• • LCB-CR odlewy z 1.5% W, 0.35% Kr, I 0.30% MO wykazuje lepszą odporność na pękanie stresu siarczkowego (Ssc).
  • Studium przypadku: Zespoły nabrzeżu na morzu na Morzu Północnym przeszedł z 13% CR stal nierdzewna do LCB-CR dla niektórych komponentów niskiego ciśnienia,
    Zmniejszenie kosztu materiału przez 20% bez poświęcania zgodności z kwaśnym gazem (NACE MR0175).

Wytwarzanie energii: Elementy pary i kotła

• Obudowy pompy zasilającej:

• • Działający przy -20 ° C. i para niskociśnieniowa, Odlewy LCB zastąpiono starsze obudowy A216 WCB.
    Spowodowało 30% redukcja masy ciała oraz poprawa żywotności zmęczenia z powodu drobniejszej mikrostruktury.
  • Studium przypadku: Elektrownia o łącznym cyklu w Japonii zgłosiła zerowe stawy okrągłe lub wady zmiany rdzeniowej po wdrożeniu skrupulatnych praktyk bramkowania i chłodnic dla ciał zaworów zaworowych A352 LCB.

Reaktory petrochemiczne i naczynia ciśnieniowe

• Subdzolone ciekłe pompy etylenowe:

• • Zakład i pompowanie roślin etylenowych -104 ° C..
    Zakładki pompy LCC zapewniły wystarczający margines powyżej certyfikacji -73 ° C, Utrzymanie Charpy Energy of of 20 J Na -104 ° C. Podczas kontroli stron trzecich.
  • Studium przypadku: USA. Kompleks etylenu Gulf Coast rozmieszczony LCC Reactor Dysze.
    Nad 150,000 Godziny służby bez kruchych złamań, Nawet gdy podczas konserwacji wymagane było nieplanowane rozgrzewanie do -50 ° C.

10. Porównanie z innymi standardami

Przy wyborze materiałów do krytycznych aplikacji, Zrozumienie, w jaki sposób stale odlewy ASTM A352 porównują z innymi odpowiednimi standardami.

11. Pojawiające się trendy i przyszłe osiągnięcia

Zaawansowana metalurgia: Czystsze stalowe tworzenie i udoskonalenie ziarna

• Mikroalloying z niobium (NB) i tytan (Z):

• • Forma NB i Ti (NB,Z)C wytrąca się, że granice ziarna pinów bardziej skutecznie niż sam V, doprowadzający ASTM 9–10 Rozmiary ziarna nawet w odlewakach na duże.
  • Poprawa wytrzymałości kriogenicznej (CVN ≥ 30 J w -100 ° F dla LCC) wykazane w próbach prototypowych.

• Współczynnik próżniowy (NASZ):

• • Dla krytycznych odlewów jądrowych lub głębokich, Var eliminuje rozpuszczone gazy i zmniejsza zawartość włączenia do < 1 ppm—Seling prawie imponujących komponentów z CVN > 45 J at -150 ° F. (-100 ° C.).

Produkcja przyrostowa (JESTEM) dla stalowych składników o niskiej temperaturze

• Topienie wiązki elektronowej (EBM) I Selektywne topienie laserowe (SLM) proszków niklu-żelazo-chromowych umożliwia produkcję małych kształtów netto małego,
  skomplikowane komponenty (np., Cryogeniczne obudowy czujnika) Tradycyjnie wykonane z odlewów A352.
• Hybrydowe casting - AM: Używając Jestem produkować formy z konformalnymi kanałami chłodzenia przyspiesza czasy cyklu i poprawia jednorodność mikrostrukturalną w odlewach.
  Próby odlewni pokazują zmniejszoną porowatość i ulepszone CVN przez 15 %.

Cyfrowe casting: Symulacja i kontrola jakości

• Obliczeniowa dynamika płynów (CFD):

• • Wirtualna konstrukcja bramkowania w celu optymalizacji przepływu metalu, zmniejszenie defektów związanych z turbulencjami.
  • Prognozowanie Skurcz zestalania I porowatość używając Analiza elementów skończonych (MES).

• Monitorowanie w czasie rzeczywistym:

• • Osadzanie termopary I przetworniki ciśnieniowe w pleśniach zapewnia natychmiastowe informacje zwrotne na temat temperatury i ciśnienia w poleju, Umożliwianie kontroli zamkniętej pętli na skorygowanie anomalii w locie.

• Uczenie maszynowe (Ml) dla prognozowania wad:

• • Algorytmy ML wyszkolone w sprawie historycznych danych odlewów przewidują wadliwe odlewy (> 90% dokładność) na podstawie wejściów czujników w czasie rzeczywistym (gradient temperatury, presja bramkowania, Emisje pieca).

Nowe powłoki i zabiegi powierzchniowe dla ekstremalnych środowisk

• Powłoki nanokompozytowe:

• • Ti-al-N I CrN Pokryty PVD nałożone na wewnętrzne fragmenty odlewów A352 pokazują 300 % dłuższa żywotność erozji w kriogenicznych przepływach gazu zawierających cząstki cząstkowe.

• Samozwańcze wkładki epoksydowe:

• • Włączenie Mikroinokapsulowane środki lecznicze które uwalniają polimery po utworzeniu mikro-szaleństwa, Uszczelnienie dziur w kriogenicznych rurociągach bez ręcznej konserwacji.

• Węgiel podobny do diamentu (DLC):

• • Powłoki DLC na powierzchniach wirnika pompy Zmniejsz tarcie i kawitację w pompach LNG, Rozszerzanie MTBF o 40%.

12. Wniosek

ASTM A352 jest niezbędną specyfikacją materiału dla inżynierów projektujących komponenty narażone na usługi o niskiej temperaturze i wysokim ciśnieniu.

Niezależnie od tego, czy jest to kriogeniczny terminal LNG, czy na arktycznej platformie offshore, Klasy A352 takie jak LCC, LCB, a CA6NM zapewnia siłę, wytrzymałość, i niezawodność wymagana przez nowoczesną infrastrukturę.

Rozumiejąc jego metallurgiczne niuanse, Wymagania wytwarzania, i znaczenie aplikacji, Specjaliści od branży mogą pewnie wybrać i określić odpowiednią ocenę odlewów dla sejfu, Długoterminowe wyniki.

 

Często zadawane pytania

Do czego służy ASTM A352?

ASTM A352 służy przede wszystkim do produkcji odlewanych stalowych komponentów, takich jak zawory, lakierki, oraz naczynia ciśnieniowe zaprojektowane do usługi o niskiej temperaturze lub kriogenicznej.

Jego wysoka wytrzymałość i siła sprawiają, że idealnie nadaje się do wymagania środowisk przemysłowych, takich jak przetwarzanie chemiczne i wytwarzanie energii.

Czy odlewy ASTM A352 mogą być spawane?

Tak, Stale odlewane ASTM A352 można spawać.

Właściwe podgrzewanie, Kontrola temperatury międzypasowej, Zaleca się pourężenie cieplne po spawaniu w celu utrzymania właściwości mechanicznych i uniknięcia pękania.

Są astm a352 odlewane stali odporne na korozję?

Stale ASTM A352 oferują umiarkowaną odporność na korozję, które można poprawić poprzez zabiegi powierzchniowe lub powłoki, w zależności od środowiska usługowego.