Літая дуплексная нержавеючая сталь CE3MN

1. Рэзюмэ

CE3MN - гэта літой аналаг каваных супердуплексных сплаваў (e.g., ЗША S32750): гэта спалучае вельмі высокае ўтрыманне хрому (≈24–26 %), значны малібдэн (≈3–4 %), павышаны нікель (≈6–8 %), кантраляваныя медзь і азот
для атрымання двухфазнай мікраструктуры з высокай мяжой цякучасці, выдатная ўстойлівасць да кропкавай/шчыліннай карозіі і істотна палепшаная ўстойлівасць да каразійнага расколіны пад напругай, выкліканага хларыдамі, у параўнанні са звычайным аўстенітам.

Яго адліваная форма дазваляе ствараць кампаненты складанай геаметрыі для цяжкіх умоў (Целы клапана, корпуса помпаў, калектары), але патрабуе строгага кантролю працэсу (раставанне, solidification, раствор адпалу) для забеспячэння чаканай прадукцыйнасці і пазбягання ломкасці інтэрметалідных фаз.

2. Што такое літая дуплексная нержавеючая сталь CE3MN?

Літы дуплекс CE3MN з нержавеючай сталі is a high-performance, двухфазны (ферыта-аўстэнітны) нержавеючага сплаву, распрацаваны спецыяльна для патрабавальныя да агрэсіўных і механічных нагрузак асяроддзях калі звычайныя аўстэнітныя або ферытныя нержавеючыя сталі не забяспечваюць дастатковай трываласці.

It belongs to the сямейства супердуплексных з нержавеючай сталі, адрозніваецца павышаным утрыманнем хрому (Кр), molybdenum (Мо), азот (N) і нікель (У) змесціва, якое забяспечвае выключнае спалучэнне моц, лакалізаваная ўстойлівасць да карозіі і расколін.

У стандартызаванай наменклатуры, CE3MN звычайна згадваецца ў спецыфікацыях ліцця, такіх як ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 гатункі (Напрыклад CD3MWCuN, таксама прадаецца як "6A"). Яго Абазначэнне UNS - J93404.

Ён шырока прызнаны як літой эквівалент каванай супердуплекснай нержавеючай сталі, напрыклад ЗША S32750 / ASTM A F55, і выкарыстоўваецца, калі ён лёгкі, патрабуецца складаная геаметрыя або суцэльныя кампаненты з высокай каразійнай устойлівасцю.

Канцэптуальная мэта CE3MN - пераадолець разрыў паміж звычайная дуплексная нержавеючая сталь (e.g., 2205) і сплавы на аснове нікелю

за кошт максімальнай каразійнай стойкасці (асабліва кропкавая і шчылінная карозія ў хларыдных асяроддзях) захоўваючы добрыя механічныя характарыстыкі, свариваемость і эканамічная эфектыўнасць для вялікіх або складаных адліваных дэталяў.

Яго часта выбіраюць для Целы клапана, корпуса помпаў, калектары і падводныя кампаненты у змазваць & бензін, нафтахімічны, марская, апраснення і энергетыкі.

3. Хімічны склад літой дуплекснай нержавеючай сталі CE3MN

Элемент	Тыповы дыяпазон (вага%)	Роля / каментар
Кр (Хром)	24.0 - 26.0	Асноўны элемент для пасіўнасці і агульнай устойлівасці да карозіі; галоўны ўкладчык у PREN.
У (Нік)	6.0 - 8.0	Аўстэнітны стабілізатар; паляпшае трываласць і дапамагае дасягнуць двухфазнага балансу.
Мо (Molybdenum)	3.0 - 4.0	Моцна павышае ўстойлівасць да кропкавай і шчыліннай карозіі; ключавы ўдзельнік PREN.
N (Азот)	0.14 - 0.30	Магутны ўстойлівасць да вылучэнняў і ўзмацняльнік трываласці (памнажаецца ў формуле PREN); крытычны для прадукцыйнасці дуплекснага рэжыму.
Cu (Copper)	0.3 - 1.5	Прысутнічае ў некаторых марках адлівак для павышэння ўстойлівасці ў пэўных аднаўленчых асяроддзях і для змены паводзін пры зацвярдзенні.
C (Вуглярод)	≤ 0.03	Захоўваецца на нізкім узроўні, каб абмежаваць выпадзенне карбіду і міжкрысталетычную далікатнасць.
Мн (Марганец)	≤ 2.0	Раскісліцель / утваральнік частковага аўстэніту; кантралюецца, каб пазбегнуць празмернага ўключэння або аддзялення.
І (Крэмнім)	≤ 1.0	Раскісліцель; абмежаваны кантролем акіслення і адукацыі ўключэнняў.
P (Фосфар)	≤ 0.03	Кантроль прымешак — захоўваецца на нізкім узроўні для захавання трываласці.
S (Серы)	≤ 0.01	Прымешкі — зведзены да мінімуму, каб пазбегнуць гарачых расколін і страты пластычнасці.
F (Жалеза)	Сальда (≈ 40–50%)	Астатак сплаву — ферыт + аустенитная матрыца.

4. Мікраструктура і фазавы баланс

• Двухфазная структура: CE3MN наўмысна дуплексны — ферытавы (d) + аустениты (в).
  Механічныя і каразійныя ўласцівасці з'яўляюцца прамой залежнасцю ад доля фазы, раздзяленне хіміі і Мікраструктурная аднастайнасць.
• Баланс мэтавай фазы: Звычайна імкнуцца да ~40–60% ферыту; занадта шмат ферыту зніжае трываласць і свариваемость; занадта мала ферыту зніжае трываласць і ўстойлівасць да хларыднага каразійнага расколіны.
• Інтэрметалічны рызыка: Павольнае астуджэнне, няправільныя цыклы цяпла (або мясцовы паўторны нагрэў) прасоўваць р (сігма), ч, і іншыя багатыя хромам інтэрметаліды, якія з'яўляюцца крохкі, Cr/Mo багаты і Ni бедны; яны рэзка зніжаюць трываласць і ўстойлівасць да карозіі.

5. Тыповы фізічны & механічныя ўласцівасці — CE3MN (літая супердуплексная нержавеючая сталь)

Аб'ём & засцярогі: Значэнні ніжэй тыповыя інжынерныя дыяпазоны для адліванага CE3MN/J93404 у належным чынам адпаленым стане.

Адліўкі (асабліва вялікія/тоўстыя секцыі) дэманструюць большы роскід, чым каваныя вырабы, і адчувальныя да памеру раздзела, тэрмічная апрацоўка, і фактычны баланс фаз (д/с).

Для праектавання і работ, важных з пункту гледжання бяспекі, заўсёды выкарыстоўвайце сертыфікаваныя пастаўшчыкамі даныя выпрабаванняў для ўдзельнай цеплаёмістасці/партыі і правярайце з дапамогай тэстаў частковага ўзроўню.

Фізічныя ўласцівасці (тыповы)

Маёмасць	Тыповае значэнне (літой CE3MN, раствора-адпал)	Каменціраваць
Шчыльнасць	≈ 7.8 - 8.0 г·см⁻³	Падобна іншым нержавеючым сплавам; выкарыстоўваць 7.85 г/см³ для разліку масы.
Плаўленне / дыяпазон застывання	≈ 1,375 - 1,425 ° С	Шырокі дыяпазон зацвярдзення з-за высокага легіравання; ўплывае на кармленне і ўсаджванне.
Цеплаправоднасць (20 ° С)	≈ 12 - 18 Вт·м⁻¹·К⁻¹	Ніжэй, чым вугляродзістай сталі; уздзейнічае на тэмпературныя градыенты падчас ліцця і зваркі.
Удзельная цеплаёмістасць (20 ° С)	≈ 420 - 500 Дж·кг⁻¹·K⁻¹	Выкарыстоўвайце ~460 Дж·кг⁻¹·K⁻¹ для цеплавых разлікаў.
Каэфіцыент цеплавога пашырэння (20–300 °C)	≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹	Ніжэй, чым многія маркі аўстэніту; важны пры злучэнні з іншымі металамі.
Модуль Янга (пакаёвая тэмпература)	≈ 190 - 210 Балон	Для эластычнага дызайну выкарыстоўваюць 200 ГПа кансерватыўна.
Удзельнае электрычнае супраціўленне (20 ° С)	≈ 0.6 - 0.9 мкОм·м	Тыповы дыяпазон нержавеючай; вар'іруецца ў залежнасці ад дакладнага складу.
Магнетызм	Злёгку ферытны; можа паказаць слабую магнітную рэакцыю	Цалкам аўстэнітныя вобласці немагнітныя; дуплекс праяўляе слабы магнетызм дзякуючы ферыту.

Механічныя ўласцівасці (тыповы, отожженная літая форма)

Маёмасць	Тыповы дыяпазон	Ноты
Мяжа цякучасці (Rp0.2)	≈ 400 - 550 МПА	Нашмат вышэй, чым нержавеючая сталь 300-й серыі; залежыць ад раздзела, тэрмаапрацоўка і ферытавая фракцыя.
Трываласць на расцяжэнне (Rm)	≈ 750 - 900 МПА	Выкарыстоўвайце сертыфікаваныя дадзеныя партыі для дапушчальных напружанняў.
Падаўжэнне (А, % у 50 мм)	≈ 10 - 25 %	Літыя дэталі цягнуцца да ніжняга канца; больш тоўстыя ўчасткі і рэшткавы σ/χ зніжаюць пластычнасць.
Цяжкасць (Hb)	≈ 220 - 360 Hb	Значэнні адліванага супердуплекса вар'іруюцца ў залежнасці ад мікраструктуры і любых інтэрметалідаў; цвёрдасць карэлюе з трываласцю і далікатнасцю.
Удар Шарпі з V-надрэзам	≈ 30 - 120 J (пакаёвая тэмпература)	Шырокі асартымент: cast, памер секцыі і ападкі прыводзяць да роскіду — вымерайце крытычныя часткі.
Глейкасць разбурэння (K_ic, прыблізны)	≈ 50 - 120 Mpa · √m	Вельмі залежыць ад мікраструктуры, памер надрэзу і метад выпрабаванняў; пры неабходнасці выкарыстоўваць спецыфічную механіку разбурэння.
Стомленасць (верціцца выгіб / цягавітасць)	Паказальнае трыванне ≈ 250 - 400 МПА	Аздабленне паверхні, рэшткавае напружанне і сітаватасць дамінуюць над утомленай даўгавечнасцю — вызначыце эксперыментальна.
Супраціў паўзучасці	Умераны (не высокатэмпературны сплаў паўзучасці)	Падыходзіць для перыядычнага ўздзеяння падвышанай тэмпературы; не рэкамендуецца для ўстойлівага рэжыму паўзучасці пры высокіх нагрузках пры тэмпературы вышэй ~350–400 °C без кваліфікацыі.

Паводзіны пры падвышанай тэмпературы & сэрвіснае кіраўніцтва

• Практычная бесперапынная працоўная тэмпература: звычайна ≤ ~300 °C для адчувальных да карозіі прыкладанняў; механічная трываласць будзе паступова падаць з тэмпературай.
• Кароткачасовае ўздзеянне: матэрыял захоўвае разумную трываласць да ~400–500 °C, але пры працяглым уздзеянні існуе рызыка выпадзення інтэрметалідаў (а, ч) якія робяць сплаў далікатным.
• Поўзаць & стрэсавы разрыў: CE3MN забяспечвае лепшую трываласць пры высокіх тэмпературах, чым многія аўстеніты, але ёсць не замена для сплаваў на аснове нікеля, дзе патрабуецца працяглая паўзучасць.
  Для ўстойлівай нагрузкі пры падвышанай тэмпературы абярыце адпаведны матэрыял з рэйтынгам паўзучасці і правядзіце тэст на паўзучасць.

6. Праблемы з паводзінамі пры кастынгу і зацвярдзеннем

Дызайн CE3MN як a літой сплаў дазваляе суцэльныя кампаненты са складанымі ўнутранымі праходамі, інтэграваныя функцыі і меншая колькасць злучэнняў — перавагі ў эфектыўнасці вытворчасці, мінімізацыя ўцечак і цэласнасць дэталяў у параўнанні з вырабамі з некалькіх кавалак або зварных вырабаў.

Ліццё CE3MN прадстаўляе рызыкі, звязаныя з працэсам:

• Нераўнаважнае застыванне і сегрэгацыя: междендритная рэшткавая вадкасць узбагачаецца Cr, Я і Ні (або, наадварот, знясіленыя ў залежнасці ад каэфіцыентаў размеркавання элементаў),
  ствараючы лакальныя хімічныя змены, якія могуць спрыяць утварэнню інтэрметалідаў (с/ч) у адлітым стане.
• Шырокі дыяпазон замярзання: высокае ўтрыманне сплаву пашырае інтэрвал застывання, павелічэнне рызыкі ўсаджвання і цяжкасці падачы - патрабуецца дбайная канструкцыя стаяка, дрыжыкі і стратэгія кармлення.
• Гарачы разрыў і гарачы парэпанне: дуплексныя літыя сплавы могуць быць успрымальныя да гарачага разрыву, калі не кантраляваць абмежаванні і цеплавыя градыенты; ачыстка збожжа і аптымізацыя стробавання дапамагаюць.
• Паверхневыя і ўнутраныя дэфекты: сітаватасць (газ і ўсаджванне), захоп аксідаў і ўключэнні з'яўляюцца звычайнай з'явай, калі кантроль расплаву і фільтраванне недастатковыя.

Змякчэнне: дакладны кантроль хімічнага складу расплаву, керамічна-пенная фільтраванне, дэгазацыя, аптымізаваны макет варот і фідэра з улікам мадэлявання зацвярдзення, і адпал раствора пасля ліцця неабходныя.

7. Тэрмічная апрацоўка, вінжаванне, і кантроль вырабу

Раствор адпалу & патушыць

• Намер: растварыць адлітыя інтэрметаліды і гамагенізаваць хімію для дасягнення патрэбнага дуплекснага балансу.
• Тыповая практыка: раствор адпалу ў межах 1,050–1,100 ° С (дакладны дыяпазон залежыць ад раздзела дэталі) з наступнай хуткай загартоўкай, каб пазбегнуць паўторнага асаджэння інтэрметалідаў.
• Засцярогі: вялікія/тоўстыя адліўкі патрабуюць часу вытрымкі і стратэгій загартоўкі, адаптаваных да памеру секцыі; недастатковае растварэнне пакідае рэшткавы σ/χ і сегрэгацыю.

Вінжаванне & тэрмічная рэзка

• Металургія швоў: расходныя матэрыялы павінны быць выбраны так, каб адпавядаць або крыху перавышаць хімічны склад сплаву і спрыяць збалансаванаму суадносінам фаз у ЗТВ/метале зварнога шва.
• Кантроль падводу цяпла: празмернае або няправільнае ўвядзенне цяпла зрушвае фазавы баланс і можа лакальна выклікаць σ/χ.
• Послесварочная апрацоўка: для крытычных зборак, для аднаўлення мікраструктуры можа спатрэбіцца адпал раствора пасля зваркі або лакальная тэрмаапрацоўка.
• Асцярожнасць пры тэрмічнай рэзцы: як назіраецца на практыцы, папярэдні нагрэў + мясцовая гарачая рэзка (e.g., кіслародна-паліўны) з наступным павольным астуджэннем можа выклікаць ападкі σ/χ і далікатнасць на краі зрэзу;
  лепшая практыка - гэта апрацоўка растворам перад любой тэрмічнай рэзкай або выкарыстоўваць халаднік (пілаванне) з наступным адпалам раствора.

8. Агульныя дэфекты і віды адмоваў (практычная накіраванасць)

• а / χ інтэрметалідныя ападкі: утвараецца ў міждэндрытных і α/γ падзелах пры павольным астуджэнні або падчас тэрмічнага ўздзеяння пасля ліцця; выклікае далікатнасць і схільнасць да карозіі.
• Сегрэгацыя (Падзел Ni/Cr/Mo): прыводзіць да мясцовай дэпрэсіі PREN і пераважнай атацы.
• Газавая і ўсаджвальная сітаватасць: паменшыць апорнае сячэнне і даўгавечнасць.
• Гарачае слёзацёк: ад абмежаванага застывання ў тоўстых секцыях.
• Хрупкасць, выкліканая тэрмічным разрэзам: рэзка стаякоў на адлітых кампанентах без папярэдняга адпалу ў растворы можа выклікаць σ/χ у корані зрэзу і ініцыяваць расколіны (практычны сродак: раствор адпаліць перад тэрмічнай рэзкай або халоднай пілой, затым растварыць).

9. Тыповыя сферы прымянення літой дуплекснай нержавеючай сталі CE3MN

Літая дуплексная нержавеючая сталь CE3MN выбіраецца для прымянення, дзе высокая механічная трываласць, выдатная ўстойлівасць да лакальнай карозіі, і надзейнасць канструкцыі ў цяжкіх умовах эксплуатацыі патрабуюцца адначасова.

Як літой супердуплексный гатунак, гэта асабліва добра падыходзіць для комплексу, таўстасценныя, кампаненты, якія ўтрымліваюць ціск, якія цяжка або неэканамічна вырабляць з каваных вырабаў.

Змазваць & газавай і нафтахімічнай прамысловасці

• Корпусы і кампаненты клапанаў (шарычныя клапаны, засаўкі, Праверце клапаны) для кіслай службы і асяроддзя з высокім утрыманнем хларыдаў
• Корпусы і крыльчаткі помпаў апрацоўка марской вады, вырабленай вады, або агрэсіўныя вуглевадародныя сумесі
• Калектары і кампаненты кантролю патоку падвяргаецца высокаму ціску, эрозія, і агрэсіўныя вадкасці

Марская і марская інжынерыя

• Сістэмы апрацоўкі марской вады (корпусы помпы, падсітак, вентыльныя блокі)
• Канструкцыйныя адліўкі марскіх платформ пры бесперапынным уздзеянні марской вады
• Кампаненты апрасняльнай ўстаноўкі уключаючы расольныя помпы і корпусы клапанаў

Хімічная і перапрацоўчая прамысловасць

• Унутраныя прылады і корпусы рэактара падвяргаецца ўздзеянню змешаных кіслот, хларыды, і павышаныя тэмпературы
• Кампаненты цеплаабменніка напрыклад, галоўкі каналаў і вадзяныя скрынкі
• Карпусы мешалак і кампаненты помпаў у агрэсіўнай хімічнай службе

Электрагенерацыя і энергетычныя сістэмы

• Сістэмы астуджэння вады на цеплавых і атамных электрастанцыях
• Десульфурация дымавых газаў (ФГД) кампаненты сістэмы
• Адліўкі для апрацоўкі вады пад высокім ціскам у аб'ектах аднаўляльнай энергіі

Шалона, папера, і экалагічная інжынерыя

• Дыгестар і кампаненты сістэмы адбельвання
• Помпы, змяшальнікі, і целы клапанаў падвяргаюцца ўздзеянню хларыдных і шчолачных асяроддзяў
• Абсталяванне для ачысткі сцёкавых вод

Горная прамысловасць, перапрацоўка карысных выкапняў, і апрацоўка жыжкі

• Корпусы і крыльчаткі шламовых помпаў
• Насіць- і ўстойлівыя да карозіі карпусы для мінеральна-транспартных сістэм

Кампаненты высокай цэласнасці, якія ўтрымліваюць ціск

• Кампаненты ёмістасці пад ціскам
• Таўстасценныя літыя корпуса і вечкі
• Літыя дэталі, вырабленыя на заказ са складанымі ўнутранымі праходамі

10. Параўнанне з іншымі альтэрнатыўнымі матэрыяламі

Літая дуплексная нержавеючая сталь CE3MN часта выбіраецца замест іншых нержавеючых сталей, супераустенитных сплаваў, і сплаваў на аснове нікелю з-за яго унікальнае спалучэнне ўстойлівасці да карозіі, Механічная сіла, і эканамічнасць у адліваным выглядзе.

Наступнае параўнанне падкрэслівае яго адносную прадукцыйнасць і прыдатнасць прымянення.

Маёмасць / Крытэрый	CE3MN (Адліваны дуплекс, 25Cr-7Ni-Mo-N)	316L / 1.4404 (Аўстэнітны СС)	904L / 1.4539 (Супераўстэнітны SS)	Нікелевыя сплавы (e.g., Hastelloy C-22)
Каразія супраціву	Выдатная ўстойлівасць да вылучэнняў, карозія шчыліны, і карозія пад напругай у хларыдных асяроддзях; Вуд ≈ 40	Умераны; схільны да адукацыі кропак/шчылін у асяроддзях з высокім утрыманнем хларыду	Вельмі высокі; супастаўны прэн (≈ 40–42), моцная кіслотнасць	Выдатны ў акісляльных і аднаўленчых кіслотах
Механічная сіла	Высокая сіла (Rp0,2 ≈ 450–550 МПа, Rm ≈ 750–900 МПа); добрая трываласць	Умераны (Rp0,2 ≈ 200–250 МПа, Rm ≈ 500–600 МПа)	Умераны да высокага; ніжэй, чым дуплекс па ўраджайнасці	Высокі, але вырабляць часта дорага
Фаза / Мікраструктура	Дуплекс (ферыт + аустениты) для аптымізаванага балансу трываласці і карозіі	Цалкам аўстэнітны	Цалкам аўстэнітны	Цалкам аўстэнітны або складаны
Лібельнасць	Выдатна падыходзіць для комплексу, таўстасценныя часткі; меншая ўсаджванне, чым у высоколегированных аўстэнікаў	Добры, але менш трываласць у тоўстых участках	Бедны; дорага для вялікіх адлівак	Цяжкі; высокі кошт, комплекс кантролю плаўлення
Прадукцыйнасць пры падвышанай тэмпературы	Умераны; падыходзіць ≤ 300–350 °C; абмежаваная паўзучасць	Умераны; аўстэніт размякчаецца пры высокай Т	Умераны; крыху лепш, чым 316L	Выдатны; вытрымлівае 400–600 °C у агрэсіўных асяроддзях
Каштаваць & Наяўнасць	Умераны; больш эканамічным, чым 904L і нікелевых сплаваў	Нізкі; шырока даступныя	Высокі; абмежаваныя пастаўшчыкі ліцця	Вельмі высокі; спецыяльны сплаў
Тыповыя прыкладанні	Клапаны, помпы, корпуса пад ціскам у багатых хларыдамі, высокага ціску, хімічная служба	Агульнахімічнае абсталяванне, ежа, апрацоўка вады	Кіслотастойкія ёмістасці, цеплаабменнікі	Высокаагрэсіўныя хімічныя працэсы, экстрэмальная тэмпература або карозія

Ключавыя выезды:

1. CE3MN супраць 316L: CE3MN забяспечвае значна лепшую ўстойлівасць да карозіі ў хларыдзе і агрэсіўных хімічных асяроддзях, з больш высокай трываласцю, робіць яго ідэальным для высокага ціску або таўстасценных кампанентаў.
2. CE3MN супраць 904L: CE3MN забяспечвае больш высокую механічную трываласць і ліцейнасць, часта па меншай цане, у той час як 904L пераважней для танкасценных, высококислостойкие кампаненты.
3. CE3MN супраць сплаваў на аснове нікеля: Нікелевыя сплавы лепш працуюць у экстрэмальных каразійных і высокатэмпературных умовах,
   але CE3MN забяспечвае эканамічны баланс сілы, Каразія супраціву, і тэхналагічнасць для большасці прамысловых ужыванняў.

11. Conclusion

Літая дуплексная нержавеючая сталь CE3MN - гэта спецыяльна створаны сплаў для сур'ёзных агрэсіўных і механічна нагружаных асяроддзяў, дзе патрабуецца складаная геаметрыя адлівак.

Яго супердуплексная хімія забяспечвае прывабнае спалучэнне высокай трываласці і выдатнай устойлівасці да лакальнай карозіі - але гэтыя перавагі матэрыялізуюцца толькі пры плаўленні, ліццё, адпал раствора і выраб выконваюцца з дысцыплінай, каб пазбегнуць сегрэгацыі і далікатнага інтэрметаліднага выпадзення.

Для важных прамысловых або падводных кампанентаў, закупка CE3MN ад правераных пастаўшчыкоў са строгай кваліфікацыяй і выпрабаваннямі дасць даўгавечнасць, высокапрадукцыйныя адліўкі, якія апраўдваюць прэмію за матэрыял і апрацоўку.