1. 介绍
ASTM A216 WCB是工业设备制造中最常用的铸碳钢之一, 特别是在暴露于中高压和温度的组件中.
ASTM A216标准控制阀的碳钢铸件, 法兰, 配件, 和其他荷.
在标准的三个年级中 - wca, WCB, 和WCC-WCB (锻造碳级B) 由于其机械强度的良好平衡而脱颖而出, 可焊性, 可铸性, 和成本效益.
2. ASTM A216 WCB的化学组成
ASTM A216级WCB是 碳钢 铸造材料专为中度设计- 和高温服务.
它的化学成分平衡强度, 延性, 可铸性, 和可焊性.
| 元素 | 标准限制 (%wt) | 典型内容 (%wt) | 功能 / 在合金中的作用 |
| 碳 (c) | ≤ 0.30 | 〜0.25 | 增加力量和硬度; 碳过多可降低韧性和可焊性. |
| 锰 (Mn) | 0.60 - 1.00 | 〜0.80 | 增强拉伸强度和可耐用性; 充当脱氧剂并改善热工作特征. |
| 硅 (和) | 0.25 - 0.60 | 〜0.45 | 主要脱氧剂; 提高强度并提高铸造过程中的流动性. |
| 磷 (p) | ≤ 0.04 | 〜0.020 | 有害的杂质; 过多的量导致抚摸和韧性降低. |
| 硫 (s) | ≤ 0.04 | 〜0.015 | 也是杂质; 少量可以提高可加工性, 但是高水平会导致脆弱和热裂. |
| 铜 (铜) (选修的) | ≤ 0.50 | ≤ 0.30 | 可能存在为残留; 改善耐腐蚀性，但水平过高可能会影响韧性. |
| 镍 (在) (选修的) | 不需要 | ≤ 0.30 | 有时添加以改善低温韧性. |
| 钼 (莫) (选修的) | ≤ 0.20 | ≤ 0.15 | 提高高温强度和耐腐蚀性, 虽然不是在标准WCB中添加. |
3. ASTM A216 WCB的机械性能
ASTM A216级WCB因其平衡机械性能而被广泛认可, 这使其适用于符合压力的应用，例如阀, 法兰, 配件, 和压力容器组件.
关键机械性能
| 财产 | 典型的价值 | 测试条件 | 评论 |
| 抗拉强度 | 485–655 MPA (70–95 ksi) | 室温 (RT) | 衡量对拉力的抵抗力; 足以结构完整性. |
| 产生强度 | ≥ 250 MPA (36 KSI) | RT | 导致永久变形所需的最小压力. |
| 伸长 (在 50 毫米) | ≥ 22% | RT | 表示延展性和骨折前变形的能力. |
| 减少面积 | ≥ 30% | RT | 反映延性行为和抵抗脆性断裂的能力. |
| 影响韧性 | 在20°C时〜20–27 J | Charpy V-Notch (可选测试) | 确保在温和气候下抵抗冲击负荷和脆性断裂. |
| 硬度 (布里尔) | 143–197 HB | 标准化后 | 表示耐磨性; 过度硬度可能会降低可加工性. |
| 弹性模量 | 〜200 GPA (29 ×10³KSI) | RT | 反映刚度; 对于工程应力 - 应变计算有用. |
热和机械稳定性
A216 WCB在升高的温度下保留了合理的机械性能 425°C (800°f).
除此之外, 拉伸强度和韧性等特性开始降解, 需要使用高级材料，例如铬糖浆或奥斯丁质不锈钢.
4. 材料名称解释了
了解ASTM A216 WCB的名称对于工程师至关重要, 指定器, 和采购专业人员在选择用于压力铸造组件的材料时.
指定的每个部分传达了有关制造过程的特定信息, 机械性能, 和服务适用性.
什么是ASTM A216级WCB?
期限 WCB 在ASTM A216中，WCB是美国测试和材料学会定义的等级名称 (ASTM). 分解如下:
- w - 表示材料是 可焊接 碳钢.
- c - 表示材料旨在用于 铸件 (而不是锻造).
- b - 指 机械性能范围 在ASTM A216标准中. 具体来说, WCB有 中等拉伸强度 与WCA和WCC等其他子分级相比.
总之, WCB =可焊接铸造级碳钢.
ASTM A216中的分类
ASTM A216包括三个主要的碳钢等级，用于用于高温服务的铸件:
| 年级 | 抗拉强度 (MPA) | 产生强度 (MPA) | 典型的应用 |
| WCA | 415–585 | ≥ 205 | 低压力零件, 通用目的 |
| WCB | 485–655 | ≥ 250 | 阀门和压力零件的标准等级 |
| WCC | 485–655 | ≥ 275 | 更高的韧性; 经常用于严重服务 |
- WCA: 较低的强度和成本效益, 不太常用.
- WCB: 由于其力量平衡，最受欢迎, 延性, 可焊性, 和经济.
- WCC: 更强，稍微延伸; 在需要额外的机械完整性的地方使用.
5. ASTM A216 WCB的制造和热处理
ASTM A216 WCB生产涉及精确的铸造实践, 然后进行受控热处理, 加工, 和严格的质量控制.
WCB的铸造
ASTM A216 WCB 主要是通过铸造制造的, 一个非常适合生产复杂几何形状的过程，难以通过锻造或加工实现.
该过程始于霉菌制备（通常使用沙子或金属）倒入哪种熔融WCB钢. 固化后, 铸件采用霉菌腔的形状.
可以采用几种铸造技术, 包括 沙子铸造, 投资铸造, 和 外壳成型, 取决于零件的复杂性, 需要精度, 和生产量.
沙子铸造 是WCB最常用的方法，因为其成本效益和适合大型组件的适用性.
然而, 与更精致的方法相比，它提供的精度和表面效果较低 投资铸造, 这是复杂或高耐受零件的首选.
WCB的热处理
铸造后热处理是 强制的 供ASTM A216 WCB确保理想的机械性能, 缓解内部压力, 和完善谷物结构.
最常见的热处理包括:
| 过程 | 温度范围 (°C) | 目的 |
| 标准化 | 890–950 | 完善晶粒尺寸, 匀浆结构 |
| 退火 | 815–870 | 缓解残余应力, 提高可加工性 |
| 回火 | 540–650 (如果需要) | 归一化或淬火后增强韧性 |
| 缓解压力 | 600–680 | 最小化残留压力而没有明显变化 |
笔记: 热处理周期必须由炉子图或热电偶数据精确控制和验证 ASTM A961 要求.
WCB的加工和精加工
热处理后, WCB铸件发生 精确加工 达到最终维度和功能表面，例如密封面, 线程, 和茎孔.
关键的加工操作:
- 转身, 钻孔, 无聊的, 和敲击
- CNC铣削用于复杂轮廓
- 面脸和座椅的表面磨
由于其均衡碳含量 (〜0.25％), WCB是适中可加工的. 适当的工具和切割液可以增强表面饰面和工具寿命.
WCB的质量控制和检查
A216 WCB组件进行全面 非破坏性和破坏性测试 验证遵守ASME等设计代码, API, 和ASTM.
常见检查和质量控制步骤:
| 测试 | 目的 |
| 视觉的 & 维度检查 | 识别铸造缺陷, 验证公差 |
| 静液压测试 | 确认压力控制完整性 |
| 影像学测试 (RT) | 检测内部缺陷和孔隙率 |
| 超声测试 (UT) | 评估地下不连续性 |
| 磁性粒子检查 (MPI) | 表面裂纹检测 (仅功能) |
| 硬度测试 | 确认热处理有效性 |
| 机械测试 | 拉伸, 屈服, 伸长 (每个ASTM A370) |
| 化学分析 (光谱法) | 确保符合ASTM A216化学 |
6. WCB在阀门和荷加压力的组件中
ASTM A216级WCB (锻造碳钢, b) 是使用压力零件的最广泛使用的铸碳钢之一, 特别是在 阀门 和管道行业.
它的机械鲁棒性, 中等腐蚀性, 出色的铸造性使其成为制造在高压和温度条件下运行的各种工业组件的首选材料.
为什么在阀中首选WCB
WCB非常适合阀体和引擎盖。:
- 极好的压力控制: 适用于上课的高压服务 2500 (PER ASME B16.34).
- 良好的可焊性和可加工性: 确保易于制造和维护.
- 高温公差: 通常用于-29°C的温度 (-20°F) 最多425°C (800°f).
- 经济成本绩效比率: 比合金或不锈钢选择更实惠, 对于通用服务可靠.
使用A216 WCB的典型阀类型
| 阀类型 | 应用角色 | 为什么使用WCB |
| 闸阀 | 管道中的开/关流控制 | 高强度和刚性; 适用于全面/全关闭应用 |
| 地球阀 | 流量调节和节流 | 复杂流动路径的良好铸造性; 在适度的节流下可靠 |
| 检查阀 | 防止管道系统中的回流 | 反向流的影响; 在压力下保持密封的完整性 |
| 球阀 | 快速关闭和隔离 | 易于机器球形组件; 提供紧密的密封和压力阻力 |
| 蝴蝶阀 | 直径的流量控制, 低到中等压力线 | 轻的, 施放大小时具有成本效益的选择 |
| 插头阀 | 开/关和流转移应用 | 可铸性和可加工性允许可靠的密封几何形状 |
| 压力缓解阀 (只有身体) | 通过排气多余的液体来保护系统免受过压力 | 阀体的结构耐久性和压力遏制 |
在压力和温度下的WCB性能
ASTM A216 WCB符合 ASME B16.34 和 API 600 压力 - 温度等级和阀门性能的标准. 典型的服务评级包括:
- 压力类别: 150, 300, 600, 900, 1500, 和 2500.
- 温度范围: -29°C至425°C (-20°F至800°F), 必要时进行更高绩效的潜在修改.
- 允许的压力: 基于ASME第二节, d (例如。, 〜20,000 psi在设计时温度下).
易于压力的组件以外的阀
除了阀, A216 WCB也常用于:
- 压力容器组件 (非代码零件，例如横断面或法兰)
- 泵外壳和叶轮
- 压缩机外壳
- 管道配件和法兰连接
这些组件需要在内部压力下结构稳定, 温度波动, 和机械载荷 - WCB可靠执行的条件.
7. ASTM A216 WCB的耐焊性和耐腐蚀性
可焊性
ASTM A216 WCB, 是一种相对较低的合金含量的碳钢, 展览 良好的可焊性, 使其适合在现场制造和维修.
然而, 确保最佳的焊缝完整性并防止裂纹或硬区域的形成, 必须采取某些预防措施:
- 预热: 预热材料 (通常为150–250°C或300–480°F) 建议, 特别是对于较厚的部分, 降低氢引起的破裂的风险.
- 焊后热处理 (PWHT): 在某些符合压力的应用中 (如ASME B31.3或API等代码所指定的 598), 进行PWHT以减轻残余应力和恢复延展性.
- 填充金属的选择: 碳钢兼容填充材料 (例如。, e7018 for smaw) 通常用于匹配机械性能并最大程度地减少冶金不匹配.
全面的, WCB在焊接过程中的可预测行为, 结合其结构韧性, 使其成为焊接压力零件的可靠选择, 例如阀门和法兰.
耐腐蚀性
而A216 WCB的强度和可加工性被重视, 它是 耐腐蚀性相对有限, 特别是在侵略性环境中.
这是由于它的 低铬和合金含量, 这使其容易受到伤害:
- 一般腐蚀 在潮湿或海洋环境中
- 凹痕和缝隙腐蚀 在富含氯化物的条件下
- 氧化 在升高的温度下，长期暴露
缓解腐蚀策略:
- 内部涂料和衬里: 环氧涂层, 橡胶衬里, 或玻璃薄片衬里可以内部用于阀门和容器.
- 阴极保护: 用于地下或淹没系统.
- 表面处理: 镀锌或绘画可以增强外部耐腐蚀性.
- 合金覆盖或覆层: 在高度腐蚀的应用中, 不锈钢覆层或焊接覆盖层用于提供耐腐蚀的表面
同时保持WCB作为基本材料的强度和成本效益.
8. A216 WCB vs. 锻造和其他铸件
ASTM A216级WCB是在压力施加应用中最常用的铸碳钢之一, 但这不是唯一可用的选项.
比较表:
| 财产 | A216 WCB(铸碳钢) | A105(锻造碳钢) | A352 LCB(低温铸钢) | A351 CF8(投掷 304 SS) | A351 CF8M(投掷 316 SS) |
| 制造方法 | 铸件 (通常是沙子) | 锻造 | 铸件 (沙子) | 铸件 | 铸件 |
| 温度范围 (°C) | -29至 +425 | -29至 +425 | -46至 +345 | -196至 +870 | -196至 +870 |
| 耐腐蚀性 | 缓和 | 缓和 | 缓和 | 好的 | 出色的 |
| 低温韧性 | 公平的 | 好的 | 出色的 | 缓和 | 缓和 |
| 抗拉强度 (MPA) | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 |
| 产生强度 (MPA) | ≥250 | ≥250 | ≥250 | ≥205 | ≥205 |
| 可焊性 | 好的 | 出色的 | 好的 | 好的 | 好的 |
| 维度的准确性 | 缓和 | 高的 | 缓和 | 高的 | 高的 |
| 表面饰面 | 缓和 | 出色的 | 缓和 | 出色的 | 出色的 |
| 成本 | 低的 | 中等的 | 高的 | 高的 | 很高 |
| 常见应用 | 阀, 法兰, 泵主体 | 锻造法兰, 小阀零件 | 低温阀, LPG/LNG服务 | 食物, 制药, 干净的化学物质 | 海军陆战队, 咸水, 化学物质 |
| 标准/规格 | ASTM A216 / ASME SA216 | ASTM A105 / ASME SA105 | ASTM A352 / ASME SA352 | ASTM A351 / SA351 | ASTM A351 / SA351 |
笔记:
- WCB: 适合一般压力和温度应用的铸碳钢材料. 它提供了出色的成本表现平衡.
- A105: 具有优势机械强度和尺寸精度的锻造碳钢材料, 高强度小组件的理想选择.
- LCB: 专为低温环境而设计, 例如液化天然气设施, 在零温度下具有出色的影响韧性.
- CF8 / CF8M: 铸造不锈钢等效于 304 和 316 分别, 用于需要高腐蚀性的应用.
9. ASTM A216 WCB的应用
ASTM A216 WCB由于其平衡的机械性能而在多个行业中广泛使用的多功能铸碳钢等级, 良好的可焊性, 和成本效益.
它的主要应用集中在荷荷组件上, 特别是在阀制造和管道系统中.
油气行业
- 阀门和配件: A216 WCB广泛用于门, 地球, 查看, 和上游的球阀尸体, 中游, 和下游部门.
它承受高压和中等温度的能力使其成为控制原油流动的理想能力, 天然气, 和精制产品. - 压力容器和法兰: 由WCB制成的铸件在压力容器和管道法兰中，机械强度和压力完整性至关重要.
- 泵壳和歧管: 由于其韧性和可加工性, 它通常是用于复杂管道系统中的泵外壳和歧管.
发电
- 蒸汽阀和组件: WCB阀在蒸汽发电厂很常见, 处理中度到高压蒸汽管线.
材料的热稳定性支持重复的热循环. - 饲水和冷却系统: 阀体等组件, 泵外壳, WCB制造的法兰用于冷却水回路和进料水系统.
石化和化学加工
- 过程阀: A216 WCB阀适用于许多过程流体, 特别是腐蚀不是极端的地方.
它们的强度和焊接性允许制造自定义的组件. - 热交换器外壳: 由WCB制成的铸钢热交换器组件提供耐用性和压力遏制.
水和废水处理
- 管道阀: 门, 地球, WCB制造的止回阀在市政水厂和废水处理厂很常见, 可靠的关闭和流控制至关重要的地方.
- 泵和阀成分: WCB的成本效益使其成为水处理应用中大阀和泵零件的首选选择.
结构和机械用途
- 重型设备铸件: 超越阀门和管道, A216 WCB用于重型机械中的铸件，需要韧性和抗疲劳性.
- 海洋组成部分: 海洋应用中的某些非腐败环境也将WCB用于结构铸件.
9. ASTM A216 WCB的优点和局限性
ASTM A216 WCB的优点
高温和压力阻力:
A216 WCB经过精心设计，可在温度和压力升高下可靠地执行,
使其非常适合关键的工业应用，例如阀门和压力容器，在这些应用中，热应力和机械应力很常见.
优秀的机械性能:
它提供了均衡的力量组合, 延性, 和韧性, 使组件能够承受负载, 抵抗变形, 并有效吸收能量.
这些特性在广泛的温度范围内保持稳定, 确保可靠的性能.
成本效益:
与高合金或特殊材料相比, A216 WCB相对经济.
它的广泛可用性以及直接的铸造和加工过程有助于其负担能力，而不会损害基本绩效.
良好的可加工性和捏造:
材料机器使用标准设备很好，可以用适当的技术焊接, 促进复杂阀体的制造和铸造部分的荷丝零件.
广泛的可用性:
由许多铸造厂和供应商全球生产, A216 WCB确保稳定供应和减少各个行业的交货时间.
ASTM A216 WCB的局限性
对腐蚀的敏感性:
作为碳钢, A216 WCB容易受到潮湿的腐蚀, 富氧, 或化学侵略性环境.
这需要保护性涂料, 衬里, 或阴极保护, 这可能会增加系统成本和复杂性.
降低低温韧性:
材料在低温下的影响抗性降低, 增加脆性骨折的风险.
用于低温或冷服务应用, 替代材料 (像A352 LCB) 或通常需要其他热处理.
焊接挑战:
焊接A216 WCB需要谨慎，因为受热区有硬化和破裂的风险 (haz).
预热, 焊后热处理 (PWHT), 仔细选择填充金属和焊接参数是必要的, 为制造和维修增加复杂性和费用.
11. 相关标准和规格
| 标准/规格 | 关联 |
| ASTM A216 / ASME SA216 | 控制WCB化学和机械性能 |
| ASME B16.34 | 阀的压力温度等级 |
| API 600 / API 598 | 阀结构和测试 |
| ASME B31.1 / B31.3 | 压力管道设计代码 |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | 除非控制硬度，否则通常不建议使用WCB |
12. 结论
ASTM A216 WCB 是工业铸造的基础材料, 特别是在阀门和压力组件中.
它提供了 机械性能的强大平衡, 制造业, 和负担能力.
尽管耐腐蚀性和低温服务有限, WCB在许多一般应用中仍然无与伦比.
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关键应用的材料范围
来自不锈钢 (CF8M, CF3M), A216 WCB 到双工和高合金材料, 这 供应阀铸件，用于腐蚀性, 高压, 或高温环境.
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常见问题解答
什么是ASTM A216级WCB?
ASTM A216级WCB是通常用于阀体的铸碳钢规范, 配件, 以及为中度至高温和压力服务设计的含压零件.
WCB在钢等级中意味着什么?
WCB代表“锻造碳B级,”指示具有定义化学成分和机械性能的ASTM A216下的特定碳钢铸造等级.
A216 WCB杀死了碳钢?
是的, A216 WCB通常是杀死的碳钢, 意味着它在钢制造过程中已充分脱氧，以防止气体孔隙率并提高声音.
什么是A216等效材料?
等效材料包括用于低温应用的ASTM A352 LCB和用于锻造碳钢的ASTM A105, 尽管A105具有不同的机械特性，并且是伪造的.
是A216 WCB锻造还是铸造?
A216 WCB是铸碳钢, 通过铸造过程（例如沙子铸造或投资铸造）制作.
什么是WCB金属?
WCB金属是指ASTM A216下的WCB的碳钢合金, 广泛用于在压力和阀应用中制造铸钢组件.
