ASTM A352 Döküm Steels

1. giriiş

Zero alt performansının kritik olduğu mühendislik ortamlarında, Malzeme güvenilirliği tehlikeye giremez.

ASTM A352, ASTM International tarafından geliştirilen ve bu kaygıyı ele alan yaygın olarak tanınan bir spesifikasyondur. Döküm karbon ve alçak çelikler için tasarlanmış basınç içeren parçalar faaliyet gösteren Düşük sıcaklık hizmet koşulları.

Bu çelikler LNG gibi endüstrilerde gereklidir, Kriyojenik, petrol ve gaz, ve enerji üretimi, Soğuk stres altında mekanik bütünlüğün pazarlık edilemez olduğu yerlerde.

Bu makale ASTM A352'nin kapsamlı bir analizini sunmaktadır., Metalurji ilkelerini keşfetmek, mekanik gereksinimler, uygulamalar, ve üretim sonuçları

Mühendisleri desteklemek için, belirleyiciler, ve bilinçli maddi seçimler yapma profesyonelleri.

2. ASTM A352'nin kapsamı ve amacı

ASTM A352 Kapaklar Basınç alan parçalar için dökümler çalışacak şekilde tasarlanmış düşük sıcaklıklar -50 ° F'ye kadar (-46°C) veya hatta daha düşük, derecesine bağlı olarak.

Döküm çeliğin sünekliği korumasını sağlar, dayanıklılık, ve bu zorlu ortamlara maruz kaldığında kırılgan kırığa direnç.

ASTM A216'nın aksine (Genel amaçlı döküm karbon çelikler için) veya A351 (Korozyona dayanıklı östenitik paslanmaz dökümler için), A352, düşük sıcaklık uygulamalarına göre uyarlanmıştır.

ASME SA352 ile sıklıkla çift sertifikalıdır, Basınçlı kap ve boru kodu uyumluluğu için uygun hale getirmek.

3. ASTM A352 sınıflarının sınıflandırılması

ASTM A352 Döküm karbon ve alçak çelik kaliteleri Özellikle tasarlanmış düşük sıcaklık hizmeti Basınç içeren bileşenlerde.

Sınıflandırma, kimyasal bileşim, mekanik performans, Ve Hizmet Koşulları.

Bu notlar genel olarak gruplandırılmıştır. karbon çelikler, alçak alaşım çelikler, Ve martensitik paslanmaz çelikler, Her biri belirli operasyonel talepleri karşılamak için tasarlandı.

Aşağıda en yaygın ASTM A352 notlarının ayrıntılı bir sınıflandırması:

UN SAYI SAYI ETME

Her ASTM A352 sınıfı da karşılık gelen bir Birleşik numaralandırma sistemi (BİZ) İzlenebilirliği ve alaşım standardizasyonunu desteklemek için atama:

• LCA - ABD J03000
• LCB - ABD J03001
• LCC - ABD J03002
• Ca6nm - ABD J91540

Werred eşdeğerlerle karşılaştırma

ASTM A352 yönetirken döküm ürünler, notlarının çoğu, Forduped Çelik Özellikleri Benzer uygulamalarda kullanılır. Örneğin:

• A352 LCC kabaca paralellikler ASTM A350 LF2 (dövme karbon çeliği)
• Ca6nm Metalurjik olarak ferforje benzer 13-4 paslanmaz çelik (AISI 410 Ni ile)

4. Kimyasal Gereksinimler

Tablo tipik maksimum ve minimum bileşim aralıklarını özetliyor:

Alaşım elemanlarının düşük sıcaklıklı tokluk üzerindeki etkisi

• Karbon (0.24–0.32%): Güç ve tokluk arasında bir denge; aşırı karbon (> 0.32%) sertliği artırabilir ve −50 ° F ve altındaki charpy enerjisini azaltabilir.
• Manganez (0.60–%1,10): Eritme sırasında deoksidasyonu teşvik eder ve katı çözelti güçlendirmeye katkıda bulunur.
  MN ayrıca ısıl işlem sırasında inci/inci-ferrit karışımlarını hassaslaştırmaya yardımcı olur, Sertliğin iyileştirilmesi.
• Nikel (1.00–2.00%) (Yalnızca LCB-CR): Nikel önemli ölçüde arttırır eğri kayması (NDT vardiyası) Charpy geçiş bölgesinde, Çeliklerin daha düşük sıcaklıklarda sünek davranışı sürdürmesine izin vermek.
• Krom (0.25–0.50) ve Molibden (0.25–0.50): Bu unsurlar oluşmak için birleşir karbürler (Cr₇c₃, Mouitc) bu ısı işlemi sırasında tahıl büyümesini geciktirir ve iyileştirir Sertleşebilirlik,
  böylece hem gerilme mukavemetini hem de düşük sıcaklık tokluğunu iyileştirmek.
• Vanadyum (0.05–0.15%): İnce VC çökeltileri oluşturarak güçlü bir tane rafineri görevi görür, Döküm ve ısıl işlem sırasında hangi pin östenit tane sınırları.
  Daha ince tahıl boyutu (ASTM 6–8) Kriyojenik sıcaklıklarda daha yüksek vppy v-çentik enerjisi ile doğrudan ilişkilidir.

5. Fiziksel Özellikler

Yoğunluk ve termal iletkenlik

• Yoğunluk: Yaklaşık olarak 7.80 g/cm³ (0.283 lb/inç³) Tüm A352 notları için, Alaşım eklemelerinden beri (Ay, İçinde, CR, V) nispeten küçük (≤ 3% toplam).
• Isı İletkenliği:

• • Asi: ~ 30 W/m·K en 20 °C.
  • Normalleştirilmiş/temperli: Biraz azaltılmış (~ 28 W/m·K) Daha ince tahıl yapısı ve temperli karbürler nedeniyle.
  • Kriyojenik etki: −100 ° C'de, İletkenlik mütevazı bir şekilde yükselir (~ 35 W/m·K) Çünkü fonon saçılması azalıyor,
    hızlı ısı transferi gerektiren uygulamalar için faydalı olabilir (örneğin, kriyojenik valfler).

Termal Genleşme Katsayısı (CTE) kriyojenik sıcaklıklarda

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

Östenitik paslanmaz çeliklerle karşılaştırıldığında (≈ 16 × 10⁻⁶ /° C), A352 döküm çelik daha düşük termal genişleme sergiler, benzer CTE'lere sahip malzemelerle cıvatalanırken veya sızdırmazken avantajlı (örneğin, karbon çelikler).

Tasarımcılar, çiftleşirken hala farklı genişlemeyi açıklamalıdır. alüminyum veya bakır alaşımlar, özellikle kriyojenik uygulamalarda.

6. ASTM A352 döküm çeliklerin mekanik özellikleri

ASTM A352 Dökme Steels, düşük veya kriyojenik sıcaklıklarda yüksek mukavemet ve mükemmel tokluk gerektiren uygulamalar için özel olarak tasarlanmıştır.. Mekanik özellikler, kimyasal bileşim ve ısıl işlem süreçlerine dayanan dereceler arasında biraz farklılık gösterir. Aşağıda, yaygın olarak kullanılan birkaç A352 derecesinin karşılaştırılması.

Sınıfa göre tipik mekanik özellikler

Özel notlarla ilgili notlar

• Ca6nm: Hidroelektrik türbinlerde yaygın olarak kullanılır, valf gövdeleri, ve pompa kasaları Mükemmel kavitasyon direnci, kaynaklanabilirlik, Ve darbe dayanıklılığı Subzero sıcaklıklarında.
• CA15: İyi sertlik ve korozyon direnci sunar, ancak CA6NM'den daha düşük etki tokluğu, daha uygun hale getirmek Orta basınçlı ortamlar.
• CF8M (316 eş değer): Tipik olarak A352'nin bir parçası olmasa da, genellikle altına atılır ASTM A743 ve kullanılır aşındırıcı ama düşük sıcaklık dışı koşullar.
• CD4MCUN: Korozyon direnci dengesine sahip bir dubleks paslanmaz derecesi, kuvvet, ve etki performansı; gibi agresif ortamlar için ideal Klorür taşıyan çözümler.

7. ASTM A352 döküm çeliklerin döküm ve üretim süreçleri

Döküm Sürecine Genel Bakış

ASTM A352 döküm çelikler genellikle kullanılarak üretilir kum döküm veya hassas döküm, karmaşıklığa bağlı olarak seçim ile, boyut, ve parçanın gerekli toleransları.

• Kum Döküm: Bu, büyük valf gövdeleri üretmek için en yaygın yöntem olmaya devam ediyor, pompa gövdeleri, ve ASTM A352 altında belirtilen flanşlar.
  Karmaşık şekiller ve kalın bölümler için uygun maliyetli esneklik sunar.
  Fakat, Gözeneklilik ve büzülme gibi kusurları en aza indirmek için kalıp malzemelerinin titiz kontrolünü ve dökme parametrelerini gerektirir.
• Hassas Döküm: Daha küçükler için, Üstün yüzey kaplaması ve boyutsal hassasiyet gerektiren daha karmaşık bileşenler, Yatırım dökümü bazen istihdam edilir.
  Bu yöntem, daha az döküm kusuru verir ve işleme ödeneklerini azaltır, Daha yüksek maliyetle de olsa.

Isıl İşlem

Son döküm, ASTM A352 Çelikler Sıkılmış normalleştirme ve temperleme Mekanik özellikleri geliştirmek için:

• Normalleştirme: Tipik olarak gerçekleştirildi 900–950 ° C, Normalleştirme Tahıl Yapısını Yattırır, İçsel stresleri hafifletir, ve sertliği iyileştirir.
• Temperleme: Gerçekleştirildi 600–700 ° C, Temperleme, kırılganlığı azaltırken gücü ve sünekliği dengeler.
• ASTM spesifikasyonlarına uyumu sağlamak ve döküm boyunca düzgün mekanik özellikler elde etmek için ısıl işlem döngüleri kesinlikle izlenir ve belgelenir..

İşleme ve Bitirme

Karmaşık geometriler nedeniyle, ASTM A352 bileşenleri genellikle gerektirir işleme Nihai boyut ve tolerans elde etmek için. Bu şunları içerir::

• CNC işleme Valf koltukları için, flanşlar, ve kritik sızdırmazlık yüzeyleri.
• Yüzey işlemleri korozyon direncini ve sızdırmazlık performansını artırmak için taşlama ve parlatma gibi.
• İşleme parametreleri, takım aşınması ve yüzey kusurlarını en aza indirmek için çelik derecesine ve sertliğe göre optimize edilmiştir..

8. ASTM A352 döküm çeliklerin avantajları ve sınırlamaları

ASTM A352 Döküm Steels, gücün bulunduğu kritik uygulamalarda yaygın olarak kullanılır, dayanıklılık, ve düşük sıcaklıkta kucaklamaya direnç önemlidir.

ASTM A352 döküm çeliklerin avantajları

Üstün düşük sıcaklık tokluğu

ASTM A352 notları - özellikle LCA, LCB, ve LCC-özellikle kriyojenik ve sıfır altı hizmet için tasarlanmıştır.

Minimum charpy v-çentik darbe enerji gereksinimleri ile 27 −46 ° C'de j, Bu malzemeler yapısal bütünlüğü sağlar ve aşırı koşullar altında kırılgan kırılma riskini azaltır.

Mükemmel Basınç Tutma

Mekanik güçleri ve süneklikleri nedeniyle, A352 döküm çelikler için idealdir basınç içeren parçalar, vanalar gibi, pompalar, ve flanşlar.

CA6NM gibi notlar da gelişmiş verim gücü sunar (>550 MPa), Yüksek basınçlı sistem tasarımlarını desteklemek.

İyi Dökülebilirlik

A352 spesifikasyon kapakları döküm çelik bileşenler, karmaşık geometriler ve net şekli üretimine izin vermek.

Bu esneklik, kapsamlı işleme ihtiyacını azaltır ve aksi takdirde dövme veya makine için pratik olmayan karmaşık iç geçitlerin veya muhafazaların üretimini sağlar..

Endüstriler Arasında Çok Yönlülük

A352 dökümleri, petrol dahil olmak üzere farklı sektörlerde kullanılır & gaz, petrokimya, enerji üretimi,

ve kriyojenikler - mekanik güvenilirliklerine dayanan, boyutsal doğruluk, ve düşük sıcaklık veya yüksek basınçlı koşullarda performans.

Korozyon ve aşınma direnci (alaşımlı notlarda)

Alaşım sınıfları gibi Ca6nm bir kombinasyonu sunmak korozyon direnci Ve Orta sertlik (200–260 hbw),

onları hizmet için uygun hale getirmek ıslak, asidik, veya tuzlu ortamlar, denizaltı ekipmanı veya kimyasal tesisler gibi.

Standartlara dayalı güvence

Yönetiliyor ASTM Standartları, Bu dökümler titiz kalite kontrollerine tabi tutulur - ısıl işlemi kapsar, kimyasal bileşim, ve mekanik testler - Küresel güvenilirlik ve izlenebilirlik.

ASTM A352 döküm çeliklerin sınırlamaları

Döküm kusurları ve değişkenlik

Herhangi bir döküm işleminde olduğu gibi, büzülme boşlukları, gözeneklilik, veya kapanımlar meydana gelebilir. Bu kusurlar, Tespit edilmez ve düzeltilmezse, mekanik performansı tehlikeye atabilir.

Gibi gelişmiş muayene yöntemleri radyografi ve ultrasonik test kritik parçalar için genellikle gereklidir.

Dövme malzemelere kıyasla daha düşük tokluk

İyi sünekliğe rağmen, Dökme çelikler genellikle sergiler Daha düşük kırılma tokluğu tahıl yapısı ve potansiyel döküm kusurları nedeniyle işlenmiş veya dövme eşdeğerlerinden daha.

Bu, ultra kritik yorgunluk ortamlarındaki kullanımlarını sınırlayabilir.

Isıl işlem hassasiyeti

Düzgün normalleştirme ve temperleme gerekli mekanik özellikleri elde etmek için gereklidir.

Yetersiz veya eşit olmayan ısıl işlem, artık stres, çarpıtma, hatta mikro yarma- özellikle kalın veya karmaşık dökümlerde.

Kaynaklanabilirlik endişeleri

Bazı notlar, Özellikle alaşımlı çelikler (örneğin, Ca6nm), isteyebilir Sıkı kaynak prosedürleri, içermek önceden ısıtma, Anlatılan ısı işlemi (Pwht),

Ve Dolgu Metal Seçimi Korozyon direncinin kucaklanmasını veya bozulmasını önlemek için.

Karbon sınıflarında sınırlı korozyon direnci

LCA gibi notlar, LCB, ve LCC'nin sınırlı doğal korozyon direncine sahiptir.

Genellikle gerektirirler kaplamalar, zar, veya dış koruma agresif ortamlarda veya uzun süreli hizmet için kullanıldığında.

Alaşımlı sürümlerde maliyet hususları

CA6NM veya LC3 gibi yüksek alaşımlı notlar içerir artan maliyetler Alaşım elemanları nedeniyle (CR, İçinde, Ay) ve daha zorlu döküm ve ısıl işlem süreçleri.

9. Uygulamalar ve vaka çalışmaları

Kriyojenik gemiler ve LNG depolama

• LCB ve LCC valf gövdeleri:

• • LNG altyapı, sünek kalan vanalar talep eder −162 ° C (−260 ° F).
    LCC’nin −100 ° F CVN derecesi, −260 ° F'de tam süneklik sağlamaz, kırılgan -santril geçişin üzerinde bir güvenlik marjı sağlar.
  • Örnek Olay İncelemesi: Kuzey Avrupa'daki bir LNG terminali, A216 WCB valf gövdelerinin yerini aldı (kalabalık testler sırasında kırıldı) A352 LCC Dökümleri ile.
    Yükleme sonrası, sonra düşük sıcaklıklı çatlaklar gözlenmedi 500 termal döngüler.

Yağ & Gaz: Vanalar, Flanşlar, ve kaplılar

• Ekşi hizmet (H₂'nin ortamı):

• • LCB-CR Döküm 1.5% İçinde, 0.35% CR, Ve 0.30% Mo, daha iyi direnç gösteriyor Sülfür stres çatlaması (SSC).
  • Örnek Olay İncelemesi: Kuzey Denizi'ndeki offshore kuyu başı meclisleri 13% Bazı düşük basınçlı bileşenler için Cr paslanmaz çelikten LCB-CR'ye,
    Malzeme maliyetini azaltmak 20% Ekşi gaz uyumluluğundan ödün vermeden (NACE MR0175).

Güç Üretimi: Buhar ve kazan bileşenleri

• Besleme suyu pompası muhafazaları:

• • Çalıştırıyor −20 ° C ve düşük basınçlı buhar, LCB dökümleri eski A216 WCB flanşlı muhafazaların yerini aldı.
    İle sonuçlandı 30% ağırlık azaltma ve daha ince mikroyapı nedeniyle geliştirilmiş yorgunluk ömrü.
  • Örnek Olay İncelemesi: Japonya'daki birleşik döngü enerjisi santrali, A352 LCB türbin kanama valf gövdeleri için titiz geçit ve soğutma uygulamaları uyguladıktan sonra sıfır tur eklemleri veya çekirdek kaydırma kusurları bildirdi..

Petrokimyasal reaktörler ve basınç gemileri

• Alt soğutmalı sıvı etilen pompalar:

• • Etilen bitkileri etileni depolayın ve pompalayın. −104 ° C.
    LCC Pompa Korumaları, −73 ° C sertifikasının üzerinde yeterli marj sağladı, Charpy enerjisini korumak 20 J en −104 ° C Üçüncü taraf muayenesi sırasında.
  • Örnek Olay İncelemesi: Bir ABD. Gulf Coast Etilen Kompleksi LCC Reaktör Nozulları.
    Üzerinde 150,000 kırılgan kırık olmadan hizmet saatleri, Bakım sırasında −50 ° C'ye planlanmamış ısınma gerektiğinde bile.

10. Diğer standartlarla karşılaştırma

Kritik uygulamalar için malzeme seçerken, ASTM A352 Döküm Steels'in diğer ilgili standartlarla nasıl karşılaştırıldığını anlamak gerekli.

11. Ortaya çıkan eğilimler ve gelecekteki gelişmeler

Gelişmiş metalurji: Temiz çelik üretimi ve tahıl arıtma

• Niyobyum ile mikroaloylama (NB) ve titanyum (İle ilgili):

• • NB ve Ti formu (NB,İle ilgili)C Bu pim tahıl sınırlarını tek başına v'den daha etkili bir şekilde çöktürür, yol açan ASTM 9-10 Büyük bölümlü dökümlerde bile tahıl boyutları.
  • Geliştirilmiş kriyojenik tokluk (CVN ≥ 30 LCC için −100 ° F'de j) prototip denemelerinde gösterildi.

• Vakum Ark Artırma (BİZİM):

• • Kritik nükleer veya derin kriyojenik dökümler için, VAR, çözünmüş gazları ortadan kaldırır ve dahil etme içeriğini azaltır < 1 ppm— CVN ile yakın anlamlı bileşenleri boyamak > 45 J'de −150 ° F (−100 ° C).

Eklemeli İmalat (sabah) Düşük sıcaklıklı çelik bileşenler için

• Elektron ışını eritme (EBM) Ve Seçici Lazer Eritme (SLM) nikel-demir-kromör tozları,
  Karmaşık bileşenler (örneğin, kriyojenik sensör muhafazaları) geleneksel olarak A352 dökümlerinden yapılmıştır.
• Hibrit Döküm - AM: Kullanma Kalıp üretecekim Konformal soğutma kanalları ile döngü sürelerini hızlandırır ve dökümlerde mikroyapısal homojenliği artırır.
  Foundry denemeleri, azalmış gözeneklilik ve gelişmiş CVN ile 15 %.

Dijital döküm: Simülasyon ve kalite kontrolü

• Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (CFD):

• • Metal akışını optimize etmek için sanal geçit tasarımı, türbülansla ilgili kusurları azaltmak.
  • Tahmini katılaşma büzülmesi Ve gözeneklilik kullanarak sonlu eleman analizi (FEA).

• Gerçek Zamanlı İzleme:

• • Gömme termokupllar Ve basınç dönüştürücüleri Kalıplarda, dökme sıcaklığı ve basıncı hakkında anlık geri bildirim sağlar, Kapalı döngü kontrolünün anomalileri anında düzeltmesine izin vermek.

• Makine öğrenimi (Ml) kusur tahmini için:

• • Tarihi döküm verileri konusunda eğitilmiş ML algoritmaları arızalı dökümleri öngörüyor (> 90% kesinlik) Gerçek zamanlı sensör girişlerine dayanarak (Sıcaklık gradyanı, geçit baskısı, Fırın emisyonları).

Aşırı ortamlar için yeni kaplamalar ve yüzey işlemleri

• Nanokompozit kaplamalar:

• • Ti-Al-N Ve CrN A352 dökümlerinin dahili pasajlarına uygulanan PVD kaplamalar gösteriyor 300 % Partikül madde içeren kriyojenik gaz akışlarında daha uzun erozyon ömrü.

• Kendi kendini iyileştiren epoksi astarlar:

• • Dahil olmak Mikrokapsüllenmiş şifa ajanları Mikro-çatlak oluşumu üzerine bu salım polimerleri, Manuel bakım olmadan kriyojenik borularda sızdırmazlık pin delikleri.

• Elmas Benzeri Karbon (DLC):

• • Pompa pervanesi yüzeylerinde DLC kaplamalar LNG pompalarında sürtünmeyi ve kavitasyonu azaltır, MTBF'yi uzatmak 40%.

12. Çözüm

ASTM A352, düşük sıcaklık ve yüksek basınçlı hizmete maruz kalan bileşenleri tasarlayan mühendisler için önemli bir malzeme spesifikasyonudur..

İster kriyojenik bir LNG terminalinde ister bir Arktik açık deniz platformunda olsun, LCC gibi A352 notları, LCB, ve ca6nm gücü sağlar, dayanıklılık, ve modern altyapı tarafından talep edilen güvenilirlik.

Metalurjik nüanslarını anlayarak, imalat gereksinimleri, ve uygulama alaka düzeyi, Endüstri profesyonelleri, güvenli için doğru döküm notunu güvenle seçebilir ve belirleyebilir, uzun vadeli performans.

 

SSS

ASTM A352 için kullanılır?

ASTM A352 öncelikle valfler gibi döküm çelik bileşenleri üretiminde kullanılır, pompalar, ve düşük sıcaklık veya kriyojenik hizmet için tasarlanmış basınç kapları.

Yüksek tokluğu ve gücü, kimyasal işleme ve enerji üretimi gibi endüstriyel ortamlar için idealdir..

ASTM A352 Dökümleri Kaynaklı?

Evet, ASTM A352 Döküm Steels kaynaklanabilir.

Uygun ön ısıtma, Geçişler arası sıcaklık kontrolü, ve mekanik özellikleri korumak ve çatlamayı önlemek için anılandan sonrası ısıl işlem önerilir.

ASTM A352 Dökme Çelik Korozyona Dayanıklı?

ASTM A352 Çelikler Orta Korozyon Direnci sunar, yüzey işlemleri veya kaplamalar yoluyla geliştirilebilir, Hizmet ortamına bağlı olarak.