CE3MN مصبوب دوبلكس من الفولاذ المقاوم للصدأ

1. ملخص تنفيذي

CE3MN هو النظير المصبوب للسبائك فائقة الازدواج المطاوع (على سبيل المثال, الولايات المتحدة S32750): فهو يجمع نسبة عالية من الكروم (≈24–26 %), الموليبدينوم كبير (≈3–4 %), ارتفاع النيكل (≈6-8 %), السيطرة على النحاس والنيتروجين
لإنتاج بنية مجهرية ثنائية الطور ذات قوة إنتاجية عالية, مقاومة ممتازة للتآكل الناتج عن الحفر/الشقوق ومقاومة محسنة بشكل كبير للتكسير الناتج عن الإجهاد والتآكل الناتج عن الكلوريد مقارنة بالأوستنيتات التقليدية.

يسمح شكلها المصبوب بمكونات هندسية معقدة للبيئات القاسية (أجسام الصمامات, أغلفة ضخ, الفتحات), ولكن يتطلب رقابة صارمة على العملية (ذوبان, التصلب, الحل الصلب) لتقديم الأداء المتوقع وتجنب المراحل المعدنية الهشة.

2. ما هو CE3MN المصبوب على الوجهين من الفولاذ المقاوم للصدأ?

CE3MN يلقي على الوجهين الفولاذ المقاوم للصدأ هو عالية الأداء, على مرحلتين (الحديدي الأوستنيتي) سبيكة مقاومة للصدأ مصممة خصيصًا من أجل تتطلب البيئات المسببة للتآكل والمجهدة ميكانيكيا حيث لا يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أو الحديدي التقليدي متانة كافية.

ينتمي إلى عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ فائقة الازدواج, تتميز بارتفاع الكروم (كر), الموليبدينوم (شهر), نتروجين (ن) والنيكل (في) المحتويات التي تقدم مزيجًا استثنائيًا من قوة, المقاومة للتآكل الموضعي ومقاومة الكراك.

في التسميات الموحدة, تتم الإشارة إلى CE3MN بشكل شائع في مواصفات الصب مثل أستم A995 / أسمي SA351 & SA995 الدرجات (على سبيل المثال CD3MWCuN, يتم تسويقه أيضًا باسم "6A"). إنه تعيين UNS هو J93404.

إنه مقبول على نطاق واسع باعتباره مكافئًا للفولاذ المقاوم للصدأ المطاوع فائق الازدواج مثل الولايات المتحدة S32750 / أستم أ F55, ويستخدم عندما يكون خفيف الوزن, مطلوب أشكال هندسية معقدة أو مكونات أحادية القطعة ذات مقاومة عالية للتآكل.

الهدف المفاهيمي وراء CE3MN هو سد الفجوة بين الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج التقليدي (على سبيل المثال, 2205) و سبائك ذات قاعدة النيكل

عن طريق تعظيم مقاومة التآكل (وخاصة التآكل والشقوق في بيئات الكلوريد) مع الحفاظ على الأداء الميكانيكي الجيد, قابلية اللحام وكفاءة التكلفة لأجزاء الصب الكبيرة أو المعقدة.

يتم اختياره بشكل متكرر ل أجسام الصمامات, أغلفة ضخ, المتشعبات والمكونات تحت سطح البحر في زيت & غاز, البتروكيماويات, البحرية, صناعات تحلية المياه والطاقة.

3. التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المصبوب المزدوج CE3MN

عنصر	النطاق النموذجي (بالوزن ٪)	دور / تعليق
كر (الكروم)	24.0 - 26.0	العنصر الأساسي للسلبية والمقاومة العامة للتآكل; المساهم الرئيسي في PREN.
في (النيكل)	6.0 - 8.0	مثبت الأوستينيت; يحسن المتانة ويساعد على تحقيق توازن الطور المزدوج.
شهر (الموليبدينوم)	3.0 - 4.0	يزيد بقوة من مقاومة التآكل والشقوق; المساهم الرئيسي في PREN.
ن (نتروجين)	0.14 - 0.30	مقاومة قوية للتنقر ومحسن للقوة (يتضاعف في صيغة PREN); حاسم للأداء المزدوج.
النحاس (نحاس)	0.3 - 1.5	موجود في بعض درجات المصبوب لتحسين المقاومة في بعض بيئات الاختزال ولتعديل سلوك التصلب.
ج (الكربون)	≥ 0.03	أبقى منخفضًا للحد من هطول الأمطار والكربيد والتقصف الحبيبي.
من (المنغنيز)	≥ 2.0	مزيل الأكسدة / الأوستينيت الجزئي السابق; يتم التحكم فيها لتجنب تكوين التضمين أو الفصل المفرط.
و (السيليكون)	≥ 1.0	مزيل الأكسدة; يقتصر على التحكم في الأكسدة وتكوين الاشتمال.
ص (الفوسفور)	≥ 0.03	التحكم في الشوائب - أبقى منخفضًا للحفاظ على المتانة.
س (الكبريت)	≥ 0.01	الشوائب - يتم التقليل منها لتجنب التشقق الساخن وفقدان الليونة.
الحديد (حديد)	توازن (≈ 40-50%)	ما تبقى من سبائك — الفريت + مصفوفة الأوستينيت.

4. المجهرية وتوازن المرحلة

• هيكل ثنائي الطور: CE3MN هو ثنائي الاتجاه عمدا – الفريت (د) + الأوستينيت (ج).
  الخواص الميكانيكية والتآكل هي وظيفة مباشرة لل جزء المرحلة, تقسيم الكيمياء و التجانس المجهرية.
• توازن المرحلة المستهدفة: تهدف عادة إلى ~ 40-60٪ من الفريت; الكثير من الفريت يقلل من المتانة وقابلية اللحام; القليل جدًا من الفريت يقلل من القوة والمقاومة للتكسير الناتج عن إجهاد الكلوريد.
• خطر المواد البينية: التبريد البطيء, دورات حرارية غير مناسبة (أو إعادة التدفئة المحلية) تعزيز ص (سيجما), ح, وغيرها من المعادن البينية الغنية بالكروم والتي هي هش, Cr/Mo-rich و Ni-poor; هذه تقلل بشكل كبير من المتانة ومقاومة التآكل.

5. جسدية نموذجية & الخواص الميكانيكية – CE3MN (يلقي الفولاذ المقاوم للصدأ سوبر دوبلكس)

نِطَاق & التحذيرات: القيم أدناه هي النطاقات الهندسية النموذجية للصب CE3MN/J93404 في حالة التلدين بالمحلول بشكل صحيح.

المسبوكات (وخاصة المقاطع الكبيرة/السميكة) تظهر تشتتًا أكبر من المنتجات المطاوع وتكون حساسة لحجم القسم, المعالجة الحرارية, وتوازن المرحلة الفعلي (د / ج).

بالنسبة للتصميم والأعمال الهامة المتعلقة بالسلامة، استخدم دائمًا بيانات الاختبار المعتمدة من المورد للحرارة/الدفعة المحددة والتحقق من صحتها من خلال اختبارات المستوى الجزئي.

الخصائص الفيزيائية (عادي)

ملكية	قيمة نموذجية (يلقي CE3MN, صلب الحل)	تعليق
كثافة	≈ 7.8 - 8.0 جم·سم⁻³	على غرار غيرها من السبائك المقاومة للصدأ; يستخدم 7.85 جم/سم³ لحسابات الكتلة.
ذوبان / نطاق التصلب	≈ 1,375 - 1,425 درجة مئوية	نطاق التصلب واسع بسبب السبائك العالية; يؤثر على التغذية والانكماش.
الموصلية الحرارية (20 درجة مئوية)	≈ 12 - 18 W · M⁻⁻ · K⁻⁻	أقل من الفولاذ الكربوني; يؤثر على التدرجات الحرارية أثناء الصب واللحام.
حرارة محددة (20 درجة مئوية)	≈ 420 - 500 J · kg⁻ · k⁻⁻	استخدم ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ للحسابات الحرارية.
معامل التمدد الحراري (20-300 درجة مئوية)	≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ ك⁻¹	أقل من العديد من الدرجات الأوستنيتي; مهم عند الانضمام إلى المعادن الأخرى.
معامل يونغ (درجة حرارة الغرفة)	≈ 190 - 210 المعدل التراكمي	لاستخدام التصميم المرن 200 المعدل التراكمي متحفظ.
المقاومة الكهربائية (20 درجة مئوية)	≈ 0.6 - 0.9 ميكرومتر · م	نطاق الفولاذ المقاوم للصدأ النموذجي; يختلف مع التكوين الدقيق.
المغناطيسية	الحديدي قليلا; قد تظهر استجابة مغناطيسية ضعيفة	مناطق الأوستنيتي بالكامل غير المغناطيسية; يظهر على الوجهين مغناطيسية خفيفة بسبب الفريت.

الخصائص الميكانيكية (عادي, شكل الزهر الملدن بالمحلول)

ملكية	النطاق النموذجي	ملحوظات
قوة العائد (RP0.2)	≈ 400 - 550 MPa	أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300; يعتمد على القسم, المعالجة الحرارية وجزء الفريت.
قوة الشد (RM)	≈ 750 - 900 MPa	استخدم بيانات الدفعة المعتمدة للضغوط المسموح بها.
استطالة (أ, % في 50 مم)	≈ 10 - 25 %	تتجه أجزاء المصبوب نحو النهاية السفلية; المقاطع السميكة والمتبقية σ/χ تقلل من الليونة.
صلابة (غ.ب)	≈ 220 - 360 غ.ب	تختلف قيم الإرسال المزدوج الفائق باختلاف البنية المجهرية وأي مواد بينية معدنية; ترتبط الصلابة بالقوة والهشاشة.
تأثير شاربي على شكل حرف V	≈ 30 - 120 ج (درجة حرارة الغرفة)	نطاق واسع: يقذف, يؤدي حجم القسم والرواسب إلى التشتت، وهو قياس للأجزاء المهمة.
صلابة الكسر (K_IC, تقريبي)	≈ 50 - 120 MPA · √M	تعتمد بشكل كبير على البنية المجهرية, حجم الشق وطريقة الاختبار; استخدم ميكانيكا الكسر الخاصة بجزء معين عند الضرورة.
تعب (الانحناء الدورية / تَحمُّل)	التحمل الإرشادي ≈ 250 - 400 MPa	الانتهاء من السطح, يسيطر الإجهاد المتبقي والمسامية على حياة التعب - يتم قياسها تجريبياً.
مقاومة الزحف	معتدل (ليست سبيكة زحف ذات درجة حرارة عالية)	مناسبة للتعرض المتقطع لدرجات الحرارة المرتفعة; لا يُنصح باستخدامه لخدمة الزحف المستمر عالي الضغط الذي يزيد عن 350-400 درجة مئوية دون مؤهل.

سلوك ارتفاع درجة الحرارة & توجيه الخدمة

• درجة حرارة الخدمة المستمرة العملية: عادة ≥ ~300 درجة مئوية للتطبيقات الحساسة للتآكل; سوف تنخفض القوة الميكانيكية تدريجيا مع درجة الحرارة.
• التعرض على المدى القصير: تحتفظ المادة بقوة معقولة تصل إلى 400-500 درجة مئوية تقريبًا، لكن التعرض لها على المدى الطويل قد يؤدي إلى تساقط المعادن البينية (أ, ح) التي هشة سبيكة.
• زحف & تمزق الإجهاد: يوفر CE3MN قوة أفضل في درجات الحرارة العالية مقارنة بالعديد من الأوستنيتيات ولكنه كذلك لا بديلاً لسبائك النيكل التي تتطلب زحفًا طويل المدى.
  للحصول على حمل مستدام عند درجة حرارة مرتفعة، حدد المواد المناسبة ذات تصنيف الزحف وقم بإجراء اختبار الزحف.

6. صب السلوك وتحديات التصلب

تصميم CE3MN باعتباره سبائك الزهر تمكن مكونات من قطعة واحدة مع ممرات داخلية معقدة, ميزات متكاملة ومفاصل أقل - مزايا في كفاءة التصنيع, تقليل التسرب وسلامة الأجزاء مقارنة بالتصنيع من المطروقات أو اللحامات المتعددة.

صب يقدم CE3MN مخاطر خاصة بالعملية:

• التصلب والفصل غير المتوازن: يصبح السائل المتبقي بين التشعبات مخصبًا بالكروم, أنا وني (أو على العكس من ذلك استنفدت اعتمادا على معاملات تقسيم العنصر),
  إنتاج اختلافات كيميائية محلية يمكن أن تعزز تكوين المعادن (ش) في حالة الصب.
• نطاق تجميد واسع: محتوى السبائك العالي يوسع فترة التصلب, زيادة خطر الانكماش وصعوبة التغذية - مما يتطلب تصميمًا دقيقًا للناهض, قشعريرة واستراتيجية التغذية.
• تمزق ساخن وتكسير ساخن: يمكن أن تكون السبائك المصبوبة على الوجهين عرضة للتمزق الساخن إذا لم تتم إدارة ضبط النفس والتدرجات الحرارية; يساعد صقل الحبوب وتحسين البوابات.
• العيوب السطحية والداخلية: المسامية (الغاز والانكماش), يعد احتجاز الأكسيد والشوائب أمرًا شائعًا إذا كان التحكم في الذوبان والترشيح غير كافيين.

التخفيف: التحكم الدقيق في كيمياء الذوبان, ترشيح رغوة السيراميك, degassing, تخطيط البوابات والتغذية الأمثل مسترشدًا بمحاكاة التصلب, والتليين بمحلول ما بعد الصب ضروريان.

7. المعالجة الحرارية, لحام, وضوابط التصنيع

يصلب الحل & إخماد

• غاية: حل الفلزات البينية المصبوبة وتجانس الكيمياء لتحقيق التوازن المزدوج المطلوب.
• ممارسة نموذجية: يصلب الحل في النطاق 1,050-100 درجة مئوية (النطاق الدقيق يعتمد على قسم الجزء) يليه إخماد سريع لتجنب التكرار بين المعادن.
• المحاذير: تتطلب المسبوكات الكبيرة/السميكة أوقات تعليق واستراتيجيات إخماد مصممة خصيصًا لحجم القسم; الحلول غير الكافية تترك المتبقية σ / χ والفصل.

لحام & القطع الحراري

• لحام المعادن: يجب اختيار المواد الاستهلاكية لتتناسب مع كيمياء السبائك أو تتفوق عليها قليلاً ولتعزيز نسبة الطور المتوازنة في HAZ/معدن اللحام.
• التحكم في مدخلات الحرارة: يؤدي الإدخال الحراري المفرط أو المتسلسل بشكل غير صحيح إلى تغيير توازن الطور ويمكن أن يترسب محليًا σ / χ.
• معالجة ما بعد اللحام: للتجمعات الحرجة, قد تكون هناك حاجة إلى محلول ما بعد اللحام أو المعالجة الحرارية المحلية لاستعادة البنية المجهرية.
• الحذر من القطع الحراري: كما لوحظ في الممارسة العملية, التسخين + القطع الساخن المحلي (على سبيل المثال, وقود أوكسي) تليها التبريد البطيء يمكن أن تنتج هطول الأمطار σ/χ والتقصف عند حافة القطع;
  أفضل الممارسات هي أن معالجة المحلول قبل أي قطع حراري أو لاستخدام القطع الباردة (نشر) تليها الحل يصلب.

8. العيوب الشائعة وطرق الفشل (التركيز العملي)

• أ / χ هطول المعادن: تتشكل في واجهات interdendritic و α / γ عند التبريد البطيء أو أثناء التعرض الحراري بعد الصب; يسبب التقصف والقابلية للتآكل.
• الفصل (تقسيم Ni/Cr/Mo): يؤدي إلى اكتئاب PREN المحلي والهجوم التفضيلي.
• مسامية الغاز والانكماش: تقليل قسم الحاملة وعمر التعب.
• تمزق حار: من التصلب المقيد في المقاطع السميكة.
• التقصف الناجم عن القطع الحراري: قطع الناهضات على المكونات المصبوبة دون التلدين بمحلول مسبق يمكن أن يترسب σ / χ عند الجذر المقطوع ويبدأ التشقق (علاج عملي: يصلب المحلول قبل القطع الحراري أو المنشار البارد ثم يُحل).

9. التطبيقات النموذجية للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج المصبوب CE3MN

يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المصبوب على الوجهين CE3MN للتطبيقات التي قوة ميكانيكية عالية, مقاومة ممتازة للتآكل الموضعي, والموثوقية الهيكلية في ظل ظروف الخدمة القاسية مطلوبة في وقت واحد.

كطبقة مزدوجة فائقة الصب, إنها مناسبة بشكل خاص للمعقدة, سميكة الجدران, مكونات تحتوي على ضغط يصعب أو غير اقتصادي تصنيعها من المنتجات المطاوع.

زيت & صناعة الغاز والبتروكيماويات

• أجسام الصمامات ومكونات الصمامات (الصمامات الكروية, صمامات البوابة, تحقق من الصمامات) للخدمة الحامضة والبيئات عالية الكلوريد
• ضخ الأغلفة والدفء التعامل مع مياه البحر, المياه المنتجة, أو مخاليط هيدروكربونية عدوانية
• المتشعبات ومكونات التحكم في التدفق تتعرض لضغط مرتفع, تآكل, والسوائل المسببة للتآكل

الهندسة البحرية والبحرية

• أنظمة معالجة مياه البحر (مضخة العلب, مصفاة, كتل الصمام)
• المسبوكات الهيكلية للمنصة البحرية تخضع للتعرض المستمر لمياه البحر
• مكونات محطة تحلية المياه بما في ذلك مضخات المحلول الملحي وأجسام الصمامات

الصناعات الكيميائية والعملية

• المفاعل الداخلي والأغلفة تتعرض للأحماض المختلطة, الكلوريد, ودرجات حرارة مرتفعة
• مكونات المبادل الحراري مثل رؤوس القنوات وصناديق المياه
• العلب المحرض ومكونات المضخة في الخدمة الكيميائية العدوانية

توليد الطاقة وأنظمة الطاقة

• أنظمة مياه التبريد في محطات الطاقة الحرارية والنووية
• إزالة الكبريت من غاز المداخن (مجموعة التركيز) مكونات النظام
• مسبوكات معالجة المياه ذات الضغط العالي في مرافق الطاقة المتجددة

لب, ورق, والهندسة البيئية

• مكونات نظام الهاضم والتبييض
• مضخات, الخلاطات, وجثث الصمام تتعرض للوسائط الغنية بالكلوريد والقلوية
• معدات معالجة مياه الصرف الصحي والنفايات السائلة

التعدين, معالجة المعادن, والتعامل مع الطين

• أغلفة مضخة الملاط والدفاعات
• يرتدي- والمساكن المقاومة للتآكل لأنظمة النقل المعدنية

مكونات تحتوي على ضغط عالي النزاهة

• مكونات وعاء الضغط
• العلب والأغطية المصبوبة ذات الجدران السميكة
• أجزاء مصبوبة مصممة خصيصًا مع الممرات الداخلية المعقدة

10. مقارنة مع مواد بديلة أخرى

غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج المصبوب CE3MN على الفولاذ المقاوم للصدأ الآخر, سبائك فائقة الأوستنيتي, والسبائك القائمة على النيكل بسبب مزيج فريد من مقاومة التآكل, القوة الميكانيكية, والفعالية من حيث التكلفة في شكل الزهر.

تسلط المقارنة التالية الضوء على أدائها النسبي ومدى ملاءمتها للتطبيق.

ملكية / معيار	CE3MN (يلقي دوبلكس, 25الكروم-7ني-مو-N)	316ل / 1.4404 (الأوستنيتي SS)	904ل / 1.4539 (سوبر الأوستنيتي SS)	سبائك أساسها النيكل (على سبيل المثال, Hastelloy C-22)
مقاومة التآكل	مقاومة ممتازة للحفر, تآكل الشق, والتآكل الإجهادي في بيئات الكلوريد; الخشب ≈ 40	معتدل; عرضة للتنقر/الشق في الوسائط عالية الكلوريد	عالية جدا; PREN قابلة للمقارنة (≈ 40-42), مقاومة حمض قوية	متميز في أكسدة واختزال الأحماض
القوة الميكانيكية	قوة عالية (Rp0.2 ≈ 450-550 ميجا باسكال, جمهورية مقدونيا ≈ 750-900 ميجا باسكال); صلابة جيدة	معتدل (Rp0.2 ≈ 200-250 ميجا باسكال, جمهورية مقدونيا ≈ 500-600 ميجا باسكال)	معتدلة إلى عالية; أقل من المزدوج في العائد	عالي, ولكن تصنيعها مكلف في كثير من الأحيان
مرحلة / البنية المجهرية	دوبلكس (الفريت + الأوستينيت) لتحسين توازن القوة والتآكل	الأوستنيتي بالكامل	الأوستنيتي بالكامل	الأوستنيتي أو المعقد بالكامل
القابلية للصب	ممتاز للمعقدة, أجزاء سميكة الجدران; انكماش أقل من الأوستنيتيت عالي السبائك	جيد, ولكن قوة أقل في المقاطع السميكة	فقير; مكلفة للمسبوكات الكبيرة	صعب; تكلفة عالية, التحكم في الذوبان المعقد
أداء درجة حرارة مرتفعة	معتدل; مناسبة ≥ 300-350 درجة مئوية; زحف محدود	معتدل; يلين الأوستينيت عند ارتفاع T	معتدل; أفضل قليلاً من 316L	ممتاز; يمكنه التعامل مع 400-600 درجة مئوية في الوسائط العدوانية
يكلف & التوفر	معتدل; أكثر اقتصادا من 904L وسبائك النيكل	قليل; متوفر على نطاق واسع	عالي; موردي الصب محدودة	عالية جدا; سبيكة متخصصة
التطبيقات النموذجية	الصمامات, مضخات, علب الضغط الغنية بالكلوريد, الضغط العالي, الخدمة الكيميائية	المعدات الكيميائية العامة, طعام, التعامل مع المياه	خزانات مقاومة للأحماض, مبادلات حرارية	العمليات الكيميائية العدوانية للغاية, درجة الحرارة القصوى أو التآكل

الوجبات الرئيسية:

1. CE3MN مقابل 316L: يوفر CE3MN مقاومة فائقة للتآكل في الكلوريد والبيئات الكيميائية العدوانية, بقوة أعلى, مما يجعلها مثالية للمكونات ذات الضغط العالي أو ذات الجدران السميكة.
2. CE3MN مقابل 904L: يوفر CE3MN قوة ميكانيكية أعلى وقابلية للصب, في كثير من الأحيان بتكلفة أقل, بينما يفضل 904L للجدران الرقيقة, مكونات شديدة المقاومة للأحماض.
3. CE3MN مقابل السبائك القائمة على النيكل: تتفوق سبائك النيكل في الظروف شديدة التآكل ودرجات الحرارة المرتفعة,
   لكن CE3MN يوفر التوازن الاقتصادي من القوة, مقاومة التآكل, وقابلية التصنيع لمعظم التطبيقات الصناعية.

11. خاتمة

الفولاذ المقاوم للصدأ المصبوب على الوجهين CE3MN عبارة عن سبيكة مصممة خصيصًا للبيئات المسببة للتآكل والمحملة ميكانيكيًا حيث تتطلب أشكال هندسية مصبوبة معقدة..

إنه كيمياء فائقة الازدواج يوفر مزيجًا جذابًا من القوة العالية والمقاومة الممتازة للتآكل الموضعي - ولكن هذه المزايا لا تتحقق إلا عند الذوبان, صب, يتم تنفيذ عملية التلدين والتصنيع بشكل منضبط لتجنب الفصل والترسيب الهش بين المعادن.

للمكونات الصناعية أو تحت سطح البحر الهامة, إن شراء CE3MN من الموردين المعتمدين ذوي المؤهلات والاختبارات الصارمة سوف يؤدي إلى متانة, مصبوبات عالية الأداء تبرر جودة المواد والمعالجة.