1. Izvršni sažetak
CE3MN je liveni pandan kovanim super-dupleks legurama (E.g., US S32750): kombinuje se veoma visok sadržaj hroma (≈24–26 %), značajan molibden (≈3–4 %), povišen nikal (≈6–8 %), kontrolisanog bakra i azota
za proizvodnju dvofazne mikrostrukture sa visokom granom tečenja, odlična otpornost na koroziju udubljenja/pukotina i značajno poboljšana otpornost na pucanje izazvano hloridom u odnosu na konvencionalne austenitike.
Njegova livena forma omogućava složene geometrijske komponente za teške uslove (Tijela ventila, Kupite za pumpe, razdjelci), ali zahtijeva strogu kontrolu procesa (topljenje, učvršćivanje, žarenje rastvora) za postizanje očekivanih performansi i izbjegavanje krhkosti intermetalnih faza.
2. Šta je CE3MN liveni dupleks nerđajući čelik?
CE3MN liveni dupleks nehrđajući čelik je visokih performansi, dvofazni (feritno-austenitni) nerđajuća legura dizajnirana posebno za zahtjevna korozivna i mehanički opterećena okruženja gdje konvencionalni austenitni ili feritni nehrđajući čelici ne pružaju odgovarajuću izdržljivost.
Pripada super-dupleks porodica od nerđajućeg čelika, odlikuje se povišenim hromom (CR), molibdenum (Mo), azot (N) i nikla (U) sadržaja koji pružaju izuzetnu kombinaciju snaga, lokalna otpornost na koroziju i otpornost na pukotine.
U standardizovanoj nomenklaturi, CE3MN se obično pominje u specifikacijama livenja kao što su ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 ocjene (na primjer CD3MWCuN, također se prodaje kao "6A"). To UNS oznaka je J93404.
Široko je prihvaćen kao liveni ekvivalent kovanim super-dupleksnim nerđajućim čelicima kao što su US S32750 / ASTM A F55, i koristi se kada je lagan, potrebne su složene geometrije ili jednodijelne komponente visoke otpornosti na koroziju.
Konceptualni cilj iza CE3MN je premostiti jaz između konvencionalni dupleks nerđajući čelici (E.g., 2205) i legure na bazi nikla
maksimiziranjem otpornosti na koroziju (posebno korozija udubljenja i pukotina u hloridnim sredinama) uz održavanje dobrih mehaničkih performansi, zavarljivost i isplativost za velike ili složene livene dijelove.
Često se bira za Tijela ventila, Kupite za pumpe, razdjelnici i podmorske komponente u ulja & plin, petrohemijska, marinac, desalinizaciju i elektroprivredu.
3. Hemijski sastav CE3MN livenog dupleks nerđajućeg čelika
| Element | Tipičan raspon (wt%) | Uloga / komentar |
| CR (Hrom) | 24.0 - 26.0 | Primarni element za pasivnost i opću otpornost na koroziju; glavni saradnik PREN-a. |
| U (Nikl) | 6.0 - 8.0 | Austenit stabilizator; poboljšava žilavost i pomaže u postizanju ravnoteže dupleks faze. |
| Mo (Molibdenum) | 3.0 - 4.0 | Snažno povećava otpornost na koroziju na rupice i pukotine; ključni saradnik PREN-a. |
| N (Azot) | 0.14 - 0.30 | Snažna otpornost na pitting i pojačivač snage (množe u PREN formuli); kritično za performanse dupleksa. |
| Cu (Bakar) | 0.3 - 1.5 | Prisutan u nekim vrstama livenja radi poboljšanja otpornosti u određenim redukcijskim okruženjima i modifikacije ponašanja učvršćivanja. |
C (Ugljik) |
≤ 0.03 | Održava se niskim kako bi se ograničilo taloženje karbida i intergranularno krtljenje. |
| MN (Mangan) | ≤ 2.0 | Deoksidator / djelomično formiranje austenita; kontrolirano kako bi se izbjeglo prekomjerno formiranje inkluzije ili segregacija. |
| I (Silicijum) | ≤ 1.0 | Deoksidator; ograničeno na kontrolu oksidacije i formiranja inkluzije. |
| Str (Fosfor) | ≤ 0.03 | Kontrola nečistoća — održava se na niskom nivou radi očuvanja žilavosti. |
| S (Sumpor) | ≤ 0.01 | Nečistoća — minimizirana kako bi se izbjeglo vruće pucanje i gubitak duktilnosti. |
| FE (Gvožđe) | Balans (≈ 40–50%) | Ostatak legure — ferit + austenitnu matricu. |
4. Mikrostruktura i fazni balans
- Dvofazna struktura: CE3MN je namjerno dupleks — ferit (d) + Austenite (c).
Mehanička svojstva i svojstva korozije su direktna funkcija frakcija faze, hemijsko razdvajanje i mikrostrukturna homogenost. - Ciljni fazni balans: Obično ciljajte na ~40–60% ferita; previše ferita smanjuje žilavost i zavarljivost; premalo ferita smanjuje čvrstoću i otpornost na pucanje hloridnim stresom i korozijom.
- Intermetalni rizik: Sporo hlađenje, nepravilni toplotni ciklusi (ili lokalno ponovno grijanje) promovirati str (Sigma), h, i drugi intermetali bogati hromom koji su krhka, Cr/Mo bogati i Ni-siromašni; oni dramatično smanjuju žilavost i otpornost na koroziju.
5. Tipično fizičko & mehanička svojstva — CE3MN (liveni super-dupleks nerđajući čelik)
Obim & upozorenja: vrijednosti ispod su tipični inženjerski rasponi za livene CE3MN/J93404 u ispravnom žarenom stanju.
Castings (posebno velike/debele dijelove) pokazuju veći raspršivanje od kovanih proizvoda i osjetljivi su na veličinu presjeka, toplotni tretman, i stvarni fazni balans (d/c).
Za projektiranje i rad od kritične važnosti za sigurnost uvijek koristite podatke o testiranju koje je certificirao dobavljač za specifičnu toplinu/partiju i potvrdite testovima na nivou dijela.
Fizička svojstva (tipično)
| Nekretnina | Tipična vrijednost (liveni CE3MN, rastvorom žareno) | Komentar |
| Gustina | ≈ 7.8 - 8.0 g·cm⁻³ | Slično drugim nerđajućim legurama; koristiti 7.85 g/cm³ za proračun mase. |
| Topljenje / opseg očvršćavanja | ≈ 1,375 - 1,425 ° C | Širok raspon očvršćavanja zbog visoke legure; utiče na hranjenje i skupljanje. |
| Toplotna provodljivost (20 ° C) | ≈ 12 - 18 W · M⁻¹ · K⁻¹ | Niži od ugljeničnih čelika; utiče na termičke gradijente tokom livenja i zavarivanja. |
| Specifična toplota (20 ° C) | ≈ 420 - 500 · Kg⁻¹ · K⁻¹ | Koristite ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ za termičke proračune. |
Koeficijent toplinske ekspanzije (20-300 ° C) |
≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Niže od mnogih austenitnih razreda; važno pri spajanju sa drugim metalima. |
| Youngov modul (sobna temp) | ≈ 190 - 210 GPA | Za upotrebu elastičnog dizajna 200 GPa konzervativno. |
| Električna otpornost (20 ° C) | ≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m | Tipičan raspon od nerđajućeg čelika; varira s tačnim sastavom. |
| Magnetizam | Pomalo feritno; može pokazati slab magnetni odgovor | Potpuno austenitne regije nemagnetne; dupleks pokazuje blagi magnetizam zbog ferita. |
Mehanička svojstva (tipično, rastvorom žareni liveni oblik)
| Nekretnina | Tipičan raspon | Bilješke |
| Granica tečenja (RP0.2) | ≈ 400 - 550 MPa | Mnogo viši od nerđajućeg čelika serije 300; zavisi od sekcije, termička obrada i feritna frakcija. |
| Zatezna čvrstoća (Rm) | ≈ 750 - 900 MPa | Koristite certificirane podatke o seriji za dozvoljena naprezanja. |
| Izduženje (A, % u 50 mm) | ≈ 10 - 25 % | Lijevani dijelovi se kreću prema donjem kraju; deblji presjeci i preostali σ/χ smanjuju duktilnost. |
Tvrdoća (HB) |
≈ 220 - 360 HB | Vrijednosti livenog super-dupleksa variraju s mikrostrukturom i bilo kojim intermetalikom; tvrdoća je u korelaciji sa čvrstoćom i krtošću. |
| Udar Charpy V-zareza | ≈ 30 - 120 J (sobna temp) | Širok raspon: cast, veličina preseka i talog dovode do raspršivanja—mera za kritične delove. |
Čvrstoća loma (K_IC, približno) |
≈ 50 - 120 MPa·√m | Veoma ovisan o mikrostrukturi, veličina zareza i metoda ispitivanja; koristiti mehaniku loma specifičnu za dio gdje je to potrebno. |
| Umor (rotacijsko savijanje / izdržljivost) | Indikativna izdržljivost ≈ 250 - 400 MPa | Površinski finiš, zaostalo naprezanje i poroznost dominiraju vijekom trajanja zamora - kvantifikujte eksperimentalno. |
| Otpornost na puzanje | Umjeren (nije legura puzanja pri visokim temperaturama) | Pogodno za povremeno izlaganje povišenim temperaturama; ne preporučuje se za dugotrajno puzanje pod visokim stresom iznad ~350–400 °C bez kvalifikacije. |
Ponašanje na povišenoj temperaturi & servisno vođenje
- Praktična kontinuirana temperatura rada: obično ≤ ~300 °C za aplikacije osjetljive na koroziju; mehanička čvrstoća će progresivno opadati s temperaturom.
- Kratkoročna izloženost: materijal zadržava razumnu čvrstoću do ~400–500 °C, ali dugotrajna izloženost rizikuje taloženje intermetala (a, h) koji otežavaju leguru.
- Creep & stres rupture: CE3MN nudi bolju čvrstoću pri visokim temperaturama od mnogih austenita, ali jeste ne zamjena za legure na bazi nikla gdje je potrebno dugotrajno puzanje.
Za dugotrajno opterećenje na povišenoj temperaturi odaberite odgovarajući materijal sa oznakom puzanja i izvršite ispitivanje puzanja.
6. Ponašanje livenja i izazovi učvršćivanja
CE3MN dizajn kao a livena legura omogućava jednodelne komponente sa složenim unutrašnjim prolazima, integrisane karakteristike i manje spojeva — prednosti u efikasnosti proizvodnje, minimiziranje curenja i integritet delova u poređenju sa izradom od višestrukih otkovaka ili zavarenih elemenata.
Livenje CE3MN uvodi rizike specifične za proces:
- Neravnotežno skrućivanje i segregacija: interdendritična rezidualna tečnost postaje obogaćena Cr, Ja i Ni (ili obrnuto osiromašeni u zavisnosti od koeficijenata podjele elemenata),
stvaranje lokalnih kemijskih varijacija koje mogu potaknuti formiranje intermetala (s/h) u stanju livenja. - Širok raspon zamrzavanja: visok sadržaj legure proširuje interval očvršćavanja, povećanje rizika od skupljanja i poteškoća u hranjenju - što zahtijeva pažljiv dizajn uspona, drhtavica i strategija hranjenja.
- Vruće kidanje i vruće pucanje: dupleks livene legure mogu biti podložne vrućem kidanju ako se ne upravljaju ograničenjem i termičkim gradijentima; pomoć za prečišćavanje zrna i optimizaciju gatinga.
- Površinski i unutrašnji nedostaci: poroznost (gasa i skupljanja), Uvlačenje oksida i inkluzije su uobičajeni ako kontrola taljenja i filtracija nisu dovoljni.
Ublažavanje: precizna kontrola hemije taline, keramičko-pjenasto filtriranje, degasiranje, optimizirani raspored ulaza i dovoda vođen simulacijom očvršćavanja, i žarenje otopinom nakon livenja su od suštinskog značaja.
7. Toplotni tretman, zavarivanje, i kontrole proizvodnje
Rešenje žarenje & utapati
- Svrha: rastvaraju kao livene intermetale i homogenizuju hemiju da bi se postigla željena dupleks ravnoteža.
- Tipična praksa: žarenje otopinom u rasponu 1,050–1.100 °C (tačan raspon ovisi o dijelu dijela) nakon čega slijedi brzo gašenje kako bi se izbjegla intermetalna reprecipitacija.
- Upozorenja: veliki/debeli odljevci zahtijevaju vrijeme zadržavanja i strategije gašenja prilagođene veličini presjeka; nedovoljno rastvaranje ostavlja rezidualni σ/χ i segregaciju.
Zavarivanje & termičko sečenje
- Metalurgija zavarivanja: potrošni materijal treba odabrati tako da odgovara ili malo nadmašuje hemiju legure i promovira uravnotežen omjer faza u HAZ/metal zavarivanja.
- Kontrola unosa topline: prekomjeran ili nepravilno sekvenciran unos topline pomjera fazni balans i može lokalno precipitirati σ/χ.
- Obrada nakon zavarivanja: za kritične skupove, Za obnavljanje mikrostrukture može biti potrebno žarenje otopinom nakon zavarivanja ili lokalna toplinska obrada.
- Oprez pri termičkom rezanju: kako se uočava u praksi, predgrijavanje + lokalno vruće sečenje (E.g., oksi-gorivo) nakon čega slijedi sporo hlađenje može proizvesti σ/χ taloženje i krhkost na rubu reza;
najbolja praksa je da rastvor-tretirati pre bilo kakvog termičkog rezanja ili koristiti hladno sečenje (piljenje) nakon čega slijedi žarenje otopinom.
8. Uobičajeni kvarovi i načini kvara (praktični fokus)
- a / χ intermetalne precipitacije: formira se u interdendritskim i α/γ interfejsima pri sporom hlađenju ili tokom termičkog izlaganja nakon livenja; uzrokuje krhkost i podložnost koroziji.
- Segregacija (Ni/Cr/Mo podjela): dovodi do lokalne PREN depresije i preferencijalnog napada.
- Poroznost plina i skupljanja: smanjiti nosivost presjeka i vijek trajanja zamora.
- Hot tearing: od ograničenog očvršćavanja u debelim presjecima.
- Krtost izazvana termičkim rezanjem: rezanje uspona na odlivenim komponentama bez prethodnog žarenja rastvorom može istaložiti σ/χ na odsečenom korenu i pokrenuti pucanje (praktičan lek: žarenje otopinom prije termičkog rezanja ili hladne pile, a zatim otopina).
9. Tipične primjene CE3MN livenog dupleks nehrđajućeg čelika
CE3MN liveni duplex nehrđajući čelik je odabran za primjene gdje visoka mehanička čvrstoća, odlična otpornost na lokalnu koroziju, i strukturnu pouzdanost u teškim uslovima rada istovremeno su potrebni.
Kao liveni super-dupleks, posebno je pogodan za komplekse, debelih zidova, komponente koje sadrže pritisak i koje je teško ili neekonomično proizvesti od kovanih proizvoda.
Ulja & gasne i petrohemijske industrije
- Tijela ventila i komponente ventila (kuglični ventili, Vredni ventili, nepovratni ventili) za kisele usluge i okruženja sa visokim sadržajem hlorida
- Kućišta i impeleri pumpi rukovanje morskom vodom, proizvedenu vodu, ili agresivne smjese ugljovodonika
- Razdjelnici i komponente za kontrolu protoka izložen visokom pritisku, erozija, i korozivne tečnosti
Offshore i pomorski inženjering
- Sistemi za rukovanje morskom vodom (Kućišta pumpe, cjedila, blokovi ventila)
- Konstruktivni odljevci platformi na moru podložni kontinuiranoj izloženosti morskoj vodi
- Komponente postrojenja za desalinizaciju uključujući pumpe za slanu vodu i tijela ventila
Hemijska i procesna industrija
- Unutrašnjost reaktora i kućišta izloženi mešanim kiselinama, hloridi, i povišene temperature
- Komponente izmjenjivača topline kao što su glave kanala i kutije za vodu
- Kućišta miješalice i komponente pumpe u agresivnoj hemijskoj službi
Proizvodnja električne energije i energetski sistemi
- Sistemi rashladne vode u termo i nuklearnim elektranama
- Odsumporavanje dimnih gasova (FGD) komponente sistema
- Odljevci za rukovanje vodom pod visokim pritiskom u objektima obnovljive energije
Pulp, papir, i ekološki inženjering
- Digester i komponente sistema za izbjeljivanje
- Pumpe, mikseri, i tela ventila izloženi hloridima i alkalnim medijima
- Oprema za tretman otpadnih voda i otpadnih voda
Rudarstvo, prerada minerala, i rukovanje gnojivom
- Kućišta i impeleri pumpi za gnojenje
- Nositi- i kućišta otporna na koroziju za sisteme transporta minerala
Komponente visokog integriteta koje sadrže pritisak
- Komponente posude pod pritiskom
- Livena kućišta i poklopci debelih zidova
- Lijevi dijelovi po narudžbi sa složenim unutrašnjim prolazima
10. Poređenje sa drugim alternativnim materijalima
CE3MN liveni duplex nerđajući čelik se često bira u odnosu na druge nerđajuće čelike, superaustenitnih legura, i legure na bazi nikla zbog svoje jedinstvena kombinacija otpornosti na koroziju, Mehanička čvrstoća, i isplativost u livenom obliku.
Sljedeće poređenje naglašava njegove relativne performanse i prikladnost za primjenu.
| Nekretnina / Kriterij | CE3MN (Cast Duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L / 1.4404 (Austenit SS) | 904L / 1.4539 (Super-austenit SS) | Legure na bazi nikla (E.g., Hastelloy C-22) |
| Otpornost na koroziju | Odlična otpornost na pitting, pukotina korozije, i korozija pod stresom u hloridnim sredinama; Drvo ≈ 40 | Umjeren; sklona udubljenjima/pukotinama u medijima sa visokim sadržajem hlorida | Vrlo visoko; uporedivi PREN (≈ 40–42), jaka otpornost na kiseline | Izvanredan u oksidacijskim i redukcijskim kiselinama |
| Mehanička čvrstoća | Visoka čvrstoća (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); dobra žilavost | Umjeren (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Umjeren do visokog; niži od duplexa u prinosu | Visoko, ali često skupo za proizvodnju |
Faza / Mikrostruktura |
Dupleks (ferita + Austenite) za optimiziran balans čvrstoće i korozije | Potpuno austenit | Potpuno austenit | Potpuno austenitne ili složene |
| Castibilnost | Odličan za kompleks, dijelovi debelih zidova; manje skupljanje od visokolegiranih austenita | Dobro, ali manja čvrstoća u debelim presjecima | Loš; skupo za velike odljevke | Tesko; visoka cijena, složena kontrola topljenja |
Performanse na povišenoj temperaturi |
Umjeren; pogodan ≤ 300–350 °C; ograničeno puzanje | Umjeren; austenit omekšava pri visokoj T | Umjeren; nešto bolje od 316L | Odličan; može podnijeti 400-600 °C u agresivnim medijima |
| Trošak & Dostupnost | Umjeren; ekonomičniji od 904L i legura nikla | Niska; široko dostupan | Visoko; ograničeni dobavljači livenja | Vrlo visoko; specijalne legure |
| Tipične aplikacije | Ventili, pumpe, tlačna kućišta bogata hloridima, visokotlačni, hemijska služba | Opšta hemijska oprema, hrana, rukovanje vodom | Rezervoari otporni na kiseline, Izmjenjivači topline | Veoma agresivni hemijski procesi, ekstremne temperature ili korozije |
Ključni zapisivanje:
- CE3MN vs 316L: CE3MN nudi daleko bolju otpornost na koroziju u hloridnim i agresivnim hemijskim okruženjima, sa većom snagom, što ga čini idealnim za komponente visokog pritiska ili debelih zidova.
- CE3MN vs 904L: CE3MN pruža veću mehaničku čvrstoću i sposobnost livenja, često po nižoj cijeni, dok je 904L poželjniji za tanke stijenke, komponente visoke otpornosti na kiseline.
- CE3MN naspram legura na bazi nikla: Legure nikla imaju bolji učinak u ekstremnim korozivnim i visokim temperaturama,
ali CE3MN pruža ekonomska ravnoteža snage, Otpornost na koroziju, i proizvodnost za većinu industrijskih aplikacija.
11. Zaključak
CE3MN liveni dupleks nerđajući čelik je namenski napravljena legura za zahtevna korozivna i mehanički opterećena okruženja gde su potrebne složene livene geometrije.
To super-dupleks hemija pruža atraktivnu kombinaciju visoke čvrstoće i odlične otpornosti na lokaliziranu koroziju — ali ove prednosti se materijaliziraju tek kada se otapaju, livenje, žarenje i izrada rastvora se izvode disciplinovano kako bi se izbjegla segregacija i krto intermetalno taloženje.
Za kritične industrijske ili podmorske komponente, nabavka CE3MN od dokazanih dobavljača sa rigoroznom kvalifikacijom i testiranjem će dati izdržljiv, odljevci visokih performansi koji opravdavaju premiju materijala i obrade.
