耐食鋳物の指定: グレード、プロセス、および検証

ポンプ スリーブの交換注文は、通常、質問から始まります。以前の部品は 18 か月後にフランジ近くに孔食が発生して故障しました。プラントのエンジニアは、次の大規模な修理まで耐えられる鋳物を望んでいます。 耐食性鋳物 引張強さだけで判断されることはほとんどありません。化学工場、熱処理工場、鉄鋼加工工場では、合金組成、鋳造プロセス、熱処理、内部の健全性が決定要因となります。この記事では、これらの要素がどのように連携するか、グレードを比較する方法、および鋳造品の稼働前に確認すべきことについて説明します。

耐食鋳物とは何ですか?

耐食鋳物は、溶融した合金を型に注入することによって成形された金属部品であり、使用環境で予想される化学的攻撃（孔食、隙間腐食、応力腐食割れ、または高温酸化）に耐えるように設計されています。工業用鋳造で最もよく使用される材料ファミリーは次のとおりです。

• 316L (CF3M 鋳造グレード) などのオーステナイト系ステンレス鋼は、中程度の温度で多くの酸や塩化物含有媒体に対して優れた総合的な耐性を備えています。
• 2205 (CD3MN 鋳造グレード) などの二相ステンレス鋼は、通常のオーステナイトグレードよりも高い強度と塩化物応力腐食割れに対する優れた耐性を兼ね備えています。
• HP タイプ 26Cr35Ni などのニッケル クロム合金は、部品が高温と腐食性のプロセス雰囲気の両方にさらされる場合に選択されます。

鋳物は、形状が異なる鍛造部品ではありません。凝固中に、鋳造合金はより粗大な結晶粒構造を形成し、デンドライトレベルで偏析する可能性があり、供給システムが不十分な場合には微小収縮が発生する可能性があります。 3 つの特徴はすべて耐食性に影響します。したがって、公称グレードが同じ 2 つの鋳造品の性能は、それらを製造した鋳造所によって大きく異なる可能性があります。

グレードの選択を決定する腐食メカニズム

グレードを選択する前に、どの故障メカニズムが最も可能性が高いかを特定してください。工業用耐食鋳物では次の 4 つが主流です。

• 孔食および隙間腐食: 局所的な攻撃。通常は塩化物によって引き起こされ、停滞領域、ガスケットの下、または堆積物の下で加速されます。
• 応力腐食割れ: 高温の塩化物や苛性溶液などの特定の環境と組み合わされた引張応力。突然の予期せぬ骨折を引き起こすことがよくあります。
• 粒界腐食: 粒界に沿った腐食。通常、鋳造、溶接、または徐冷中に合金が鋭敏になったときに炭化クロムの析出によって引き起こされます。
• 均一な腐食: 表面全体で均一な厚さの損失。予測は簡単になりますが、それでも必要な壁の厚さと耐用年数が決まります。

以下の表は、これらのメカニズムを通常の合金の応答に関連付けます。

合金の選択: PREN から始めて、さらに深く検討してください

耐孔食性当量数 (PREN) は、塩化物耐孔食性の標準スクリーニング ツールです: PREN = %Cr 3.3 x %Mo 16 x %N。オーステナイトおよび二相グレードを迅速にランク付けします。下のバーは、一般的な鋳造グレードのおおよその値を示しています。

PREN は出発点であり、最終的な答えではありません。還元酸中での均一な腐食については何も述べられておらず、孔食の開始点として機能する鋳造欠陥を検出することもできません。重要なコンポーネントの場合は、PREN と腐食試験データまたはサービス経験を組み合わせてください。 2205 二相鋳造品は通常、316L にすぐに孔食が発生する熱塩化物使用にも耐えられますが、これは溶体化焼鈍後の微細構造が正しい場合に限られます。熱処理が間違っていると、化学的性質が証明書を満たしていても、有害な相が粒界に形成され、鋳物が脆弱になってしまいます。

鋳造プロセスが腐食性能をどのように変えるか

鋳造ルートは粒子構造、気孔率、表面品質を決定するため、腐食挙動に直接影響します。耐食性コンポーネントの製造には 3 つのプロセスが支配的であり、それぞれが異なる特徴を残します。

• 遠心鋳造は、耐食スリーブ、ラジアントチューブ、炉ロール、パイプ部分などの円筒形部品に適しています。金属は外壁から内側に向​​かって方向的に凝固し、収縮ボイドがほとんどない緻密で細粒の構造を生成します。遠心鋳造では、直径 50 mm ～ 1000 mm、長さ 4000 mm までの部品を製造できます。
• インベストメント鋳造 (ロストワックス) は、複雑な形状、薄肉、良好な鋳放しの表面仕上げのために選択されます。シェルモールドは温かいままであるため、注入とモールドの温度を制御しないと金属はゆっくりと冷える可能性があるため、鋳造後の溶体化アニーリングが重要です。
• ポンプケーシング、バルブボディ、スターラーなどの大型部品に適したレジン砂型です。重いセクションは不均一に冷却され、偏析や炭化物の析出のリスクが高まります。これらの部品は、正しく設計された熱処理サイクルにさらに強く依存します。

実際的な結論は、焼きなまし温度と冷却方法、および必要に応じて硬度とフェライト含有量の許容範囲を含む、必要な熱処理をグレードとともに記載することです。

耐食鋳物を購入する際の確認事項

調達の問題は通常、不運ではなく仕様の不完全なことが原因で発生します。耐食性鋳物の堅牢な仕様には次のものが含まれる必要があります。

1. 化学組成の鋳造グレードは、鍛造プレートまたはバーの標準ではなく、ASTM A743、ASTM A744、または ASTM A890 などの鋳造標準の範囲にあります。
2. 熱処理要件（通常は溶体化焼きなまし）。温度範囲と冷却方法に加えて、硬度および二相グレードの場合はフェライト含有量の許容限界で表されます。
3. 非破壊検査の要件: 表面亀裂の液体浸透検査、内部健全性の X 線撮影、および圧力がかかる部品の水圧検査。
4. 文書: 実際の取鍋分析を含む材料試験証明書、重要な鋳造品の分光計および金属組織学的レポート。
5. 寸法公差および図面に関連付けられたあらゆる加工要件。

ここではファウンドリの検証ハードウェアが重要です。直読分光計は各熱の実際の化学的性質を確認し、金属組織学的分析は熱処理後の構造を検証し、3D スキャンは提供された形状がモデルと一致することを確認します。優れた名目上の組成を備えた鋳物であっても、欠陥が埋め込まれていると早期に破損する可能性があります。

耐食鋳物が使用される場所

耐食性鋳物が商品として購入されることはほとんどありません。彼らは任務のために指定されています。典型的なアプリケーションには次のものがあります。

• 化学および石油化学プラント: プロセス配管用の 2205 および 316L 耐食性スリーブ、反応器用の HP タイプ 26Cr35Ni スターラー、および攻撃的な媒体中のバルブまたはポンプ コンポーネント。
• 熱処理および鋼の加工: 酸化性、場合によっては硫化性雰囲気と組み合わせた高温にさらされるラジアント チューブ、炉ロール、および炉底ロール。
• 廃棄物焼却: 燃焼ガスや塩化物に富んだ堆積物にさらされる火格子のコンポーネントと熱交換器の要素。

経済的利益は部品価格よりも大きくなります。業界調査によると、世界の腐食コストは約2兆5000億ドル（世界GDPの約3.4％）と見積もられており、そのコストのほとんどは生産の損失と計画外の操業停止として現れ、損傷は局所的に鋳物が腐食することから始まることが多い。

耐食性の鋳物は、規律あるアプローチに報います。部品がラインに到達する前に、腐食メカニズムを特定し、品位と熱処理を検証し、内部の健全性を確認します。無錫東明関特殊金属製造のようなメーカーは、溶解、遠心鋳造、インベストメント鋳造、熱処理、機械加工、品質検査を 1 つ屋根の下で管理しており、独自のデータでこれらの質問に答えることができます。サプライヤーを評価するときは、次の 3 つの質問をしてください。部品がどのように固化されたのか、どのように熱処理されたのか、そして納入された化学物質が証明書と一致していることをどのようにして確認できるのかということです。この答えによって、316L や 2205 などのグレード名が付いているだけの鋳物と、実際に使用できる鋳物が区別されます。