Определение коррозионностойких отливок: марки, процессы и проверка.

Заказ на замену втулки насоса обычно начинается с вопроса: предыдущая деталь вышла из строя из-за питтинга возле фланца через восемнадцать месяцев, а инженер завода хочет получить отливку, которая прослужит до следующего капитального ремонта. Коррозионностойкое литье редко оцениваются только по прочности на растяжение. На предприятиях химической, термической и сталеперерабатывающей промышленности решающими факторами являются состав сплава, процесс литья, термическая обработка и внутренняя надежность. В этой статье объясняется, как эти факторы работают вместе, как сравнивать сорта и что проверять, прежде чем отливка поступит в эксплуатацию.

Что такое коррозионностойкая отливка?

Коррозионностойкая отливка — это металлический компонент, сформированный путем заливки расплавленного сплава в форму, а затем спроектированный так, чтобы противостоять химическому воздействию, ожидаемому в среде его эксплуатации: точечной коррозии, щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением или высокотемпературному окислению. Семейства материалов, наиболее часто используемые в промышленном литье:

• Аустенитные нержавеющие стали, такие как 316L (литейная марка CF3M), с хорошей всесторонней устойчивостью к воздействию многих кислот и хлоридсодержащих сред при умеренных температурах.
• Дуплексные нержавеющие стали, такие как 2205 (литейная марка CD3MN), сочетающие более высокую прочность с лучшей устойчивостью к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением, чем обычные аустенитные марки.
• Никель-хромовые сплавы, такие как 26Cr35Ni типа HP, выбираются, когда компонент подвергается воздействию как высоких температур, так и агрессивных технологических сред.

Отливка не является деформируемой деталью другой формы. В процессе затвердевания литые сплавы приобретают более крупнозернистую структуру, могут сегрегировать на уровне дендритов и могут иметь микроусадки при плохой системе подачи. Все три характеристики влияют на коррозионную стойкость. Таким образом, две отливки одной и той же номинальной марки могут работать по-разному в зависимости от литейного завода, который их произвел.

Механизмы коррозии, определяющие выбор марки

Прежде чем выбирать класс, определите, какой механизм отказа наиболее вероятен. В промышленном коррозионностойком литье доминируют четыре:

• Питтинговая и щелевая коррозия: локальное воздействие, обычно вызываемое хлоридами и ускоряющееся в застойных зонах, под прокладками или под отложениями.
• Коррозионное растрескивание под напряжением: растягивающее напряжение в сочетании с конкретной средой, например горячими хлоридами или щелочными растворами; это часто приводит к внезапному, неожиданному перелому.
• Межкристаллитная коррозия: коррозия по границам зерен, обычно вызываемая осаждением карбида хрома, когда сплав становится сенсибилизированным во время литья, сварки или медленного охлаждения.
• Равномерная коррозия: равномерная потеря толщины по всей поверхности; проще спрогнозировать, но он все равно определяет необходимую толщину стенок и срок службы.

Таблица ниже связывает эти механизмы с обычной реакцией сплава.

Выбор сплава: начните с PREN, затем посмотрите глубже

Эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (PREN) является стандартным инструментом проверки устойчивости к точечной коррозии от хлоридов: PREN = %Cr 3,3 x %Mo 16 x %N. Он быстро ранжирует аустенитные и дуплексные марки. Столбцы ниже показывают приблизительные значения для распространенных марок литья.

PREN — это отправная точка, а не окончательный ответ. В нем ничего не говорится о равномерной коррозии в восстановительных кислотах и ​​не могут быть обнаружены дефекты литья, являющиеся очагами зарождения питтинговой коррозии. Для критически важных компонентов сочетайте PREN с данными испытаний на коррозию или опытом обслуживания. Дуплексная отливка 2205 обычно выдерживает эксплуатацию в горячем хлориде, вызывающем быстрое образование ямок в 316L, но только в том случае, если микроструктура правильная после отжига на раствор. При неправильной термической обработке на границах зерен образуются вредные фазы, и отливка становится уязвимой, даже если ее химический состав соответствует сертификату.

Как процесс литья меняет коррозионную стойкость

Маршрут литья напрямую влияет на коррозионное поведение, поскольку определяет зернистую структуру, пористость и качество поверхности. В производстве коррозионностойких компонентов преобладают три процесса, каждый из которых оставляет свой след.

• Центробежное литье предпочтительно для цилиндрических деталей: коррозионностойких гильз, радиационных труб, печных валков и секций труб. Металл затвердевает направленно от внешней стенки внутрь, образуя плотную мелкозернистую структуру с небольшим количеством усадочных пустот. Центробежным литьем можно производить детали диаметром от 50 мм до 1000 мм и длиной до 4000 мм.
• Литье по выплавляемым моделям (по выплавляемым моделям) выбирают для изделий сложной геометрии, тонких стенок и хорошего качества поверхности после литья. Поскольку оболочковая форма остается теплой, металл может медленно остывать, если не контролировать температуру заливки и формы, поэтому отжиг на раствор после отливки имеет решающее значение.
• Формование песка из смолы подходит для крупных деталей, таких как корпуса насосов, корпуса клапанов и мешалки. Тяжелые секции охлаждаются неравномерно, что увеличивает риск сегрегации и выделения карбидов. Эти детали еще сильнее зависят от правильно спроектированного цикла термообработки.

Практический вывод состоит в том, чтобы указать требуемую термическую обработку вместе с маркой, включая температуру отжига и метод охлаждения, а также, где это уместно, допустимый диапазон твердости и содержания феррита.

На что следует обратить внимание при покупке коррозионностойких отливок

Проблемы с закупками обычно возникают из-за неполных спецификаций, а не из-за невезения. Надежная спецификация для коррозионностойкой отливки должна включать:

1. Марка литья с химическим составом, варьирующимся от стандартов литья, таких как ASTM A743, ASTM A744 или ASTM A890, а не от стандарта деформируемой пластины или прутка.
2. Требование к термообработке, обычно отжигу на раствор, выраженное диапазоном температур и методом охлаждения, а также допустимыми пределами твердости и, для дуплексных марок, содержания феррита.
3. Требования к неразрушающему контролю: дефектоскопия на поверхностные трещины, рентгенография на внутреннюю целостность и гидростатические испытания деталей, находящихся под давлением.
4. Документация: сертификат испытаний материала с фактическим анализом в ковше, а также спектрометрические и металлографические отчеты для ответственных отливок.
5. Допуски на размеры и любые требования к обработке, привязанные к чертежу.

Здесь имеет значение проверочное оборудование литейного завода. Спектрометры прямого считывания подтверждают фактический химический состав каждой плавки, металлографический анализ проверяет структуру после термообработки, а 3D-сканирование проверяет соответствие полученной геометрии модели. Отливка с отличным номинальным составом все равно может рано выйти из строя, если в ней имеются встроенные дефекты.

Где используются коррозионностойкие отливки

Коррозионностойкие отливки редко становятся товаром; они предназначены для службы. Типичные области применения включают в себя:

• Химические и нефтехимические предприятия: коррозионностойкие втулки из стали 2205 и 316L для технологических трубопроводов, мешалки из 26Cr35Ni типа HP для реакторов, а также компоненты клапанов или насосов в агрессивных средах.
• Термическая обработка и обработка стали: радиационные трубы, печные валки и подовые валки, которые подвергаются воздействию высоких температур в сочетании с окислительной, а иногда и сульфидизирующей атмосферой.
• Сжигание отходов: компоненты решеток и элементы теплообменника подвергаются воздействию дымовых газов и отложений, богатых хлоридами.

Экономическая выгода превышает цену детали. По оценкам отраслевых исследований, глобальные затраты на коррозию составляют примерно 2,5 триллиона долларов США, что составляет около 3,4% мирового ВВП, и большая часть этих затрат проявляется в виде простоев производства и незапланированных остановок производства, ущерба, который часто начинается с локальной коррозии отливки.

Устойчивые к коррозии отливки вознаграждают за дисциплинированный подход. Определите механизм коррозии, проверьте марку и термообработку, а также убедитесь в внутренней исправности до того, как деталь достигнет линии. Такой производитель, как Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing, который контролирует плавку, центробежное и литье по выплавляемым моделям, термообработку, механическую обработку и контроль качества под одной крышей, может ответить на эти вопросы, используя свои собственные данные. Когда вы оцениваете поставщика, задайте три вопроса: как деталь затвердевала, как она подвергалась термообработке и как узнать, что поставленная химия соответствует сертификату? Ответы отделяют отливки, которые просто имеют название марки, например 316L или 2205, от отливок, которые действительно служат долго.