ASTM A352 отлив стали

1. Введение

В технических средах, где производительность суб-номера имеет решающее значение, материальная надежность не может быть скомпрометирована.

ASTM A352 - широко признанная спецификация, разработанная ASTM International, которая решает эту проблему - укрытие отливать углерод и сплавные стали предназначен для Содержание давления детали это работает в низкотемпературные условия обслуживания.

Эти стали важны в таких отраслях, как СПГ, Криогеника, нефть и газ, и производство электроэнергии, где механическая целостность при холодном напряжении не подлежит обсуждению.

Эта статья содержит всесторонний анализ ASTM A352, Изучение его металлургических принципов, механические требования, приложения, и производственные последствия

Чтобы поддержать инженеров, спецификаторы, и специалисты по закупкам при выборе обоснованных материалов.

2. Объем и цель ASTM A352

ASTM A352 Covers отливки для деталей разработан для работы на низкие температуры до -50 ° F. (-46°С) или даже ниже, в зависимости от класса.

Это гарантирует, что литая сталь поддерживает пластичность, прочность, и сопротивление хрупкому перелому при воздействии этих требовательных средств.

В отличие от ASTM A216 (Для общего назначения литых углеродных сталей) или A351 (для устойчивых к коррозии аустениты из нержавеющей стали), A352 адаптирован к низкотемпературным приложениям.

Это часто двойное сертифицировано с ASME SA352, Сделать его подходящим для соблюдения давления и соблюдения кода трубопровода.

3. Классификация оценки ASTM A352

ASTM A352 включает в себя ряд отливать углеродные и низколежные стали специально разработано для низкотемпературное обслуживание в компонентах, содержащих давление.

Классификация основана на химический состав, механические характеристики, и Условия обслуживания.

Эти оценки широко сгруппированы в углеродные сталики, низкопластные стали, и мартенситные нержавеющие стали, Каждый из них адаптирован для удовлетворения конкретных оперативных требований.

Ниже приведена подробная классификация наиболее распространенных классов ASTM A352:

Сопоставление номера UNS

Каждый класс ASTM A352 также имеет соответствующий Объединенная система нумерации (НАС) Обозначение для поддержки отслеживания и стандартизации сплава:

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

Сравнение с эквивалентами кованых

В то время как ASTM A352 управляет бросать продукция, Многие из его оценок могут быть свободно по сравнению с спецификации кованой стали используется в аналогичных приложениях. Например:

• A352 LCC примерно параллели ASTM A350 LF2 (кованая углеродная сталь)
• CA6NM металлургически похож на кованые 13-4 нержавеющая сталь (АИСИ 410 с ни)

4. Химические требования

Таблица суммирует типичные максимальные и минимальные диапазоны композиции:

Влияние легирующих элементов на низкотемпературную жесткость

• Углерод (0.24–0,32%): Баланс между силой и прочности; чрезмерный углерод (> 0.32%) может увеличить твердость и уменьшить энергию Charpy при -50 ° F и ниже.
• Марганец (0.60–1,10%): Способствует окислению во время плавления и способствует укреплению твердого тела.
  MN также помогает уточнить смеси перлита/перлита-феррита во время термической обработки, Улучшение прочности.
• Никель (1.00–2,00%) (Только LCB-CR): Никель значительно усиливается Кривая сдвиг (Сдвиг NDT) В переходном регионе Чарпи, Позволяя сталям поддерживать пластичное поведение при более низких температурах.
• Хром (0.25–0,50%) и молибден (0.25–0,50%): Эти элементы объединяются, чтобы сформировать карбиды (Cr₇c₃, Mouitc) что замедляет рост зерна во время термической обработки и улучшается Закаленность,
  тем самым улучшая как прочность на растяжение, так и низкотемпературную прочность.
• Ванадий (0.05–0,15%): Действует как мощный зерновой нефтеперерабатывающий завод, образуя мелкие осадки VC, какие границы зерна аустенита во время литья и термической обработки.
  Более тонкий размер зерна (ASTM 6–8) непосредственно коррелирует с более высокой энергией v-notch при криогенных температурах.

5. Физические свойства

Плотность и теплопроводность

• Плотность: Примерно 7.80 г/см³ (0.283 фунт/дюйм³) Для всех классов A352, Поскольку легирующие дополнения (Мо, В, Кр, В) относительно незначительные (≤ 3% общий).
• Теплопроводность:

• • Ассоциация: ~ 30 Вт/м·К в 20 °С.
  • Нормализованный/закаленный: Слегка уменьшен (~ 28 Вт/м·К) Из -за более тонкой структуры зерна и закаленных карбидов.
  • Криогенный эффект: При -100 ° C., проводимость скромно повышается (к ~ 35 Вт/м·К) Потому что рассеяние фонона уменьшается,
    что может быть полезным для приложений, требующих быстрой теплопередачи (например, криогенные клапаны).

Коэффициент теплового расширения (КТР) при криогенных температурах

• КТР (20 ° C до -100 ° C): ~ 12 × 10⁻⁶ /° C.
• КТР (От -100 ° C до -196 ° C): ~ 11 × 10⁻⁶ /° C.

По сравнению с аустенитными нержавеющими сталями (≈ 16 × 10⁻⁶ /° C.), Листовая сталь A352 демонстрирует более низкое тепловое расширение, Что выгодно при закреплении или герметике с помощью материалов, имеющих аналогичные CTE (например, углеродные сталики).

Дизайнеры все еще должны учитывать дифференциальное расширение при спаривании с алюминий или медь сплавы, Особенно в криогенных приложениях.

6. Механические свойства ASTM A352 Cast Steels

Литые стали ASTM A352 специально разработаны для применений, требующих высокой прочности и превосходной вязкости при низких или криогенных температурах. Механические свойства незначительно различаются среди классов на основе химического состава и процессов термической обработки. Ниже сравнение нескольких часто используемых классов A352.

Типичные механические свойства по оценке

Примечания по специальным оценкам

• CA6NM: Широко используется в гидроэлектростанциях, корпуса клапанов, и насосные кожухи для его Отличное сопротивление кавитации, свариваемость, и ударная вязкость При температуре.
• CA15: Предлагает хорошую твердость и коррозионную стойкость, но более низкая ударная вязкость, чем CA6NM, сделать его более подходящим для среда умеренного давления.
• CF8M (316 эквивалент): Хотя обычно не является частью A352, это часто бросается под ASTM A743 и используется в Коррозий, но не низко-температура условия.
• CD4MCUN: Дуплексная нержавеющая среда с сильным балансом коррозионной стойкости, сила, и ударение производительности; идеально подходит для агрессивных средств, как хлоридные решения.

7. Процессы кастинга и изготовления сталей ASTM A352

Обзор процесса кастинга

Слисты ASTM A352 обычно производятся с использованием литье в песок или литье по выплавляемым моделям, с выбором в зависимости от сложности, размер, и требуют допусков части.

• Литье в песок: Это остается наиболее распространенным методом для производства больших клапанов, насосные корпусы, и фланцы, указанные под ASTM A352.
  Он обеспечивает экономически эффективную гибкость для сложных форм и толстых секций.
  Однако, Требуется тщательный контроль материалов плесени и параметров заливки, чтобы минимизировать дефекты, такие как пористость и усадка.
• Инвестиционное литье: Для меньшего, более сложные компоненты, требующие превосходной поверхности и размерной точности, Инвестиционное кастинг иногда используется.
  Этот метод дает меньше дефектов кастинга и уменьшает разрешения на обработку, хотя при более высоких затратах.

Термическая обработка

Пост-кассовый, Стали ASTM A352 подвергаются строгим нормализация и отпуск Для улучшения механических свойств:

• Нормализация: Обычно выполняется в 900–950 ° C., Нормализация уточняет структуру зерна, снимает внутренние стрессы, и улучшает прочность.
• Закалка: Выполнено в 600–700 ° C., Удерживание уравновешивает силу и пластичность, снижая при этом хрупкость.
• Циклы термообработки строго контролируются и задокументируются, чтобы обеспечить соответствие спецификациям ASTM и для достижения однородных механических свойств на протяжении всего литья.

Обработка и отделка

Из -за сложной геометрии, Компоненты ASTM ASTM A352 часто требуют механическая обработка для достижения окончательных измерений и допусков. Это включает в себя:

• обработка с ЧПУ Для сидений клапана, фланцы, и критические герметичные поверхности.
• Обработка поверхности такие как измельчение и полировка, чтобы повысить коррозионную стойкость и уплотнение.
• Параметры обработки оптимизированы на основе стали и твердости для минимизации износа инструмента и поверхностных дефектов.

8. Преимущества и ограничения ASTM A352 Cast Steels

Литые стали ASTM A352 широко используются в критических приложениях, где прочность, прочность, и сопротивление низкотемпературному охруптию необходима.

Преимущества литых сталей ASTM A352

Высшая низкотемпературная выносливость

Оценки ASTM A352 - особенно LCA, LCB, и LCC-специально предназначены для криогенного и суб-нулевого обслуживания.

С минимальным v-notch v-notch 27 J при -46 ° C., Эти материалы обеспечивают структурную целостность и снижают риск хрупкого перелома в экстремальных условиях.

Отличное удержание давления

Из -за их механической прочности и пластичности, Стали с лисовыми сталями A352 идеально подходят для Содержание давления детали, такие как клапаны, насосы, и фланцы.

Такие оценки, как CA6NM, также предлагают повышенную прочность на урожайность (>550 МПа), поддержка проектов системы более высокого давления.

Хорошая литья

Спецификация A352 покрывает бросать стальные компоненты, разрешение на сложную геометрию и производство вблизи сети.

Эта гибкость снижает необходимость в обширной обработке и позволяет производству сложных внутренних проходов или корпусов, которые в противном случае непрактичны для кузницы или машины.

Универсальность в разных отраслях

Отбросы A352 используются в разнообразных секторах, включая нефть & газ, нефтехимический, производство электроэнергии,

и криогеника - до их механической надежности, Точность размеров, и производительность в условиях низкотемпературного или высокого давления.

Коррозия и износостойкость (в легированных оценках)

Оценки сплава, как CA6NM предлагать комбинацию коррозионная стойкость и умеренная твердость (200–260 HBW),

сделать их подходящими для обслуживания в влажный, кислый, или соленая среда, например, подводное оборудование или химические установки.

Основанная на стандартах уверенность

Управляется Стандарты ASTM, Эти отливки подвергаются строгим контролю качества - покрыванию термической обработки, химический состав, и механические испытания, которые обеспечивают Глобальная надежность и отслеживание.

Ограничения ASTM A352 отличаются

Дефекты и изменчивость

Как и в любом процессе кастинга, усаживание полостей, пористость, или включения может произойти. Эти дефекты, Если не идентифицировано и не исправлено, может пойти на компромисс механические характеристики.

Передовые методы проверки, такие как рентгенография и ультразвуковое тестирование часто требуются для критических частей.

Более низкая прочность по сравнению с коваными материалами

Несмотря на хорошую пластичность, литые стали, как правило, показывают Нижняя прочность перелома чем кованые или поддельные эквиваленты из -за структуры зерна и потенциальных недостатков литья.

Это может ограничить их использование в ультра-критических условиях усталости.

Чувствительность к термической обработке

Правильный нормализация и отпуск необходимы для достижения требуемых механических свойств.

Неадекватная или неровная термообработка может привести к остаточное напряжение, искажение, или даже Микротрез- особенно в толстых или сложных отливках.

Сварные проблемы

Некоторые оценки, особенно легированные стали (например, CA6NM), может потребоваться Строгие сварки, включая предварительно нагреть, Посгипная термообработка (PWHT),

и Выбор металла наполнителя Чтобы избежать охрупции или деградации коррозионной устойчивости.

Ограниченная коррозионная стойкость в углеродных сортах

Такие оценки, как LCA, LCB, и LCC имеют ограниченную присущую коррозионную стойкость.

Они часто требуют покрытия, оболочка, или внешняя защита При использовании в агрессивной среде или для долгосрочного обслуживания.

Соображения стоимости в спланированных версиях

Высокие сплавные оценки, такие как CA6NM или LC3, включают Увеличение затрат Из -за легирования элементов (Кр, В, Мо) и более требовательные процессы кастинга и термообработки.

9. Приложения и тематические исследования

Криогенные сосуды и хранение СПГ

• LCB и LCC клапаны:

• • СПГ инфраструктура требует клапанов, которые остаются пластичными в −162 ° C. (−260 ° F.).
    В то время как рейтинг CVN от LCC -100 ° F не обеспечивает полную пластичность при -260 ° F, Он обеспечивает маржу безопасности над хрупким переходом.
  • Тематическое исследование: Терминал СПГ в Северной Европе заменил тела клапана A216 WCB (который сломался во время испытаний по восстановлению) с литьями A352 LCC.
    После установки, Не наблюдалось низкотемпературных трещин после 500 тепловые циклы.

Масло & Газ: Клапаны, Фланцы, и муфты

• Кислый сервис (H₂S Environment):

• • LCB-Cr отливки с 1.5% В, 0.35% Кр, и 0.30% МО демонстрирует улучшенную сопротивление сульфидное напряжение трещины (SSC).
  • Тематическое исследование: Оффшорные узел в Северном море перешли от 13% CR из нержавеющей стали для LCB-CR для некоторых компонентов низкого давления,
    снижение стоимости материала за счет 20% Без жертвы соблюдения кислого газа (NACE MR0175).

Производство электроэнергии: Компоненты пара и котла

• Корпуса насоса питательной воды:

• • Работа в −20 ° C. и пара низкого давления, Отливки LCB заменили старые фланцевые корпусы A216 WCB.
    Привел к 30% снижение веса и улучшенная усталостная жизнь из -за более тонкой микроструктуры.
  • Тематическое исследование: Электростанция комбинированного цикла в Японии сообщила о нулевых коленях или дефектах сдвига ядра после внедрения тщательного стробирования и традиционных методов охлаждения для турбинных клапанов A352 LCB.

Нефтехимические реакторы и сосуды давления

• Жидкие насосы в субъектном охлаждении:

• • Этиленовые растения хранят и накачивают этилен в −104 ° C..
    LCC насосные кожухи обеспечили достаточную маржу выше сертификации -73 ° C, поддержание энергии Чарпи 20 Дж в −104 ° C. Во время сторонней проверки.
  • Тематическое исследование: U.S.. Комплекс этиленового комплекса залива развернут форсунки реактора LCC.
    Над 150,000 Часы обслуживания без хрупких переломов, Даже когда во время обслуживания требовалась незапланированная прогрева до -50 ° C.

10. Сравнение с другими стандартами

При выборе материалов для критических применений, Понимание того, как ASTM A352 Cast Steels по сравнению с другими соответствующими стандартами имеет важное значение.

11. Новые тенденции и будущие события

Усовершенствованная металлургия: Чистое изготовление стали и уточнение зерна

• Микроплав с ниобиумом (Нб) и титан (Из):

• • Форма NB и TI (Нб,Из)С осаждает, что границы зерна более эффективно, чем v., ведущий к ASTM 9–10 Размеры зерна даже в отличных отливках.
  • Улучшенная криогенная прочность (CVN ≥ 30 J при -100 ° F для LCC) продемонстрировано в прототипах испытаниях.

• Вакуумная дуга переворачивает (НАШ):

• • Для критических ядерных или глубококриогенных отливок, VAR устраняет растворенные газы и снижает содержание включения в < 1 ppm—- > 45 J в −150 ° F. (−100 ° C.).

Аддитивное производство (ЯВЛЯЮСЬ) Для низкотемпературных стальных компонентов

• Электронно-лучевое плавление (ДМ) и Селективное лазерное плавление (УУЗР) никель-железо-хромий порошков позволяет производство в ближней форме,
  сложные компоненты (например, Криогенные датчики корпуса) Традиционно сделано из отливок A352.
• Гибридный кастинг - Ам: С использованием Я производство форм С конформными каналами охлаждения ускоряет время цикла и улучшает микроструктурную однородность в отливках.
  Испытания литейного производства показывают пониженную пористость и улучшенную CVN 15 %.

Цифровой кастинг: Моделирование и контроль качества

• Вычислительная динамика жидкости (CFD):

• • Виртуальный стробирующий дизайн для оптимизации металлического потока, Снижение дефектов, связанных с турбулентностью.
  • Прогноз усадка затвердевания и пористость с использованием Анализ конечных элементов (ВЭД).

• Мониторинг в реальном времени:

• • Внедрение термопары и Датчики давления в формах обеспечивает мгновенную обратную связь о температуре и давлении заливания, позволяя управлению с закрытой петлей для исправления аномалий на лету.

• Машинное обучение (Мл) для прогнозирования дефектов:

• • Алгоритмы ML, обученные историческим данным литья, прогнозируют дефектные отливки (> 90% точность) на основе входов датчиков в реальном времени (температурная градиент, стробирующее давление, выбросы печи).

Новые покрытия и обработка поверхности для экстремальных средств

• Нанокомпозитные покрытия:

• • Ти-Аль-Н. и КрН PVD -покрытия, нанесенные на внутренние проходы отливок A352, демонстрируют 300 % более длительный срок эрозии в криогенных потоках газа, содержащих частицы.

• Самовосстанавливающиеся эпоксидные лайнеры:

• • Включение Микрокапсулированные целительные агенты Этот высвобождающий полимеры при формировании микро-трещины, Запечатывание выходов в криогенные трубопроводы без ручного обслуживания.

• Алмазоподобный углерод (DLC):

• • Покрытия DLC на поверхностях работ насоса уменьшают трение и кавитация в насосах СПГ, Расширение MTBF BY 40%.

12. Заключение

ASTM A352 является важной спецификацией материала для инженеров, разрабатывающих компоненты, подверженные воздействию низкотемпературного и высокого давления обслуживания.

Будь то в криогенном терминале СПГ или в арктической оффшорной платформе, A352 Оценки, такие как LCC, LCB, и CA6NM обеспечивает силу, прочность, и надежность, требуемая современной инфраструктурой.

Понимая его металлургические нюансы, требования к изготовлению, и актуальность приложения, Профессионалы отрасли могут с уверенностью выбирать и указать правильный кастрюлю для Safe, Долгосрочная производительность.

 

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется ASTM A352?

ASTM A352 в основном используется для производства компонентов литой стали, таких как клапаны, насосы, и сосуды под давлением, предназначенные для низкотемпературного или криогенного обслуживания.

Его высокая прочность и сила делают его идеальным для требования промышленных сред, таких как химическая обработка и выработка электроэнергии.

Может быть сварена отливки ASTM A352?

Да, Стальные стали ASTM A352 могут быть сварены.

Правильное предварительное нагревание, контроль температуры между проходами, и термическая обработка после Weld рекомендуется для поддержания механических свойств и избегания растрескивания.

ASTM A352 CORSORSION CORROSION?

Стали ASTM A352 обеспечивают умеренную коррозионную стойкость, который можно улучшить с помощью поверхностных обработок или покрытий, в зависимости от среды обслуживания.