CE3MN litá duplexní nerezová ocel

1. Shrnutí

CE3MN je odlévaný protějšek k tvářeným superduplexním slitinám (NAPŘ., US S32750): kombinuje se velmi vysoký obsah chrómu (≈24–26 %), významný molybden (≈3–4 %), zvýšený nikl (≈6–8 %), kontrolovaná měď a dusík
k vytvoření dvoufázové mikrostruktury s vysokou mezí kluzu, vynikající odolnost proti důlkové/štěrbinové korozi a podstatně zlepšená odolnost proti chloridům vyvolanému koroznímu praskání v porovnání s konvenčními austenitikami.

Jeho litý tvar umožňuje složité geometrické součásti pro drsná prostředí (tělesa ventilu, Obaly čerpadla, potrubí), ale vyžaduje přísnou kontrolu procesu (tání, tuhnutí, rozpouštěcí žíhání) poskytovat očekávaný výkon a zamezit křehnutí intermetalických fází.

2. Co je CE3MN litá duplexní nerezová ocel?

CE3MN litý duplex nerez je vysoký výkon, dvoufázový (feriticko-austenitické) nerezová slitina navržená speciálně pro náročných korozních a mechanicky namáhaných prostředích tam, kde konvenční austenitické nebo feritické nerezové oceli neposkytují dostatečnou životnost.

Patří k super duplexní řada z nerezové oceli, vyznačuje se zvýšeným chrómem (Cr), molybden (Mo), dusík (N) a nikl (V) obsah, který přináší výjimečnou kombinaci pevnost, lokalizovaná odolnost proti korozi a odolnost proti prasklinám.

Ve standardizované nomenklatuře, CE3MN je běžně uváděn ve specifikacích odlévání, jako je např ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 stupně (například CD3MWCuN, také prodáván jako „6A“). Jeho Označení UNS je J93404.

Je široce přijímán jako odlévaný ekvivalent k tvářeným superduplexním nerezovým ocelím, jako jsou US S32750 / ASTM A F55, a používá se, když je lehký, jsou vyžadovány složité geometrie nebo jednodílné součásti s vysokou odolností proti korozi.

Koncepčním cílem CE3MN je překlenout propast mezi nimi konvenční duplexní nerezové oceli (NAPŘ., 2205) a slitiny na bázi niklu

maximalizací odolnosti proti korozi (zejména důlková a štěrbinová koroze v chloridových prostředích) při zachování dobrého mechanického výkonu, svařitelnost a nákladová efektivita u velkých nebo složitých odlitků.

Je často vybírán pro tělesa ventilu, Obaly čerpadla, potrubí a podmořské komponenty v olej & plyn, petrochemický, Marine, odsolování a energetika.

3. Chemické složení CE3MN lité duplexní nerezové oceli

Živel	Typický rozsah (WT%)	Role / komentář
Cr (Chromium)	24.0 - 26.0	Primární prvek pro pasivitu a obecnou odolnost proti korozi; hlavním přispěvatelem do PREN.
V (Nikl)	6.0 - 8.0	Austenitový stabilizátor; zlepšuje houževnatost a pomáhá dosáhnout duplexní fázové rovnováhy.
Mo (Molybden)	3.0 - 4.0	Silně zvyšuje odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi; klíčový přispěvatel PREN.
N (Dusík)	0.14 - 0.30	Silný posilovač odolnosti proti důlkové korozi a pevnosti (násobí ve vzorci PREN); kritické pro duplexní výkon.
Cu (Měď)	0.3 - 1.5	Přítomný v některých jakostích odlitků ke zlepšení odolnosti v určitých redukčních prostředích a ke změně chování při tuhnutí.
C (Uhlík)	≤ 0.03	Udržuje se nízko, aby se omezila precipitace karbidů a mezikrystalová křehkost.
Mn (Mangan)	≤ 2.0	Deoxidátor / částečný austenitový tvořivý; kontrolované, aby se zabránilo nadměrné tvorbě inkluzí nebo segregaci.
A (Křemík)	≤ 1.0	Deoxidátor; omezena na kontrolu oxidace a tvorby inkluzí.
Str (Fosfor)	≤ 0.03	Kontrola nečistot – udržuje se na nízké úrovni pro zachování houževnatosti.
S (Síra)	≤ 0.01	Nečistota – minimalizována, aby se zabránilo praskání za tepla a ztrátě tažnosti.
Fe (Železo)	Váhy (≈ 40–50 %)	Zbytek slitiny — ferit + austenitovou matricí.

4. Mikrostruktura a fázová rovnováha

• Dvoufázová struktura: CE3MN je záměrně duplexní — feritový (d) + austenity (C).
  Mechanické a korozní vlastnosti jsou přímou funkcí fázový zlomek, chemické dělení a Mikrostrukturální homogenita.
• Vyvážení cílové fáze: Obvykle se zaměřte na ~40–60 % feritu; příliš mnoho feritu snižuje houževnatost a svařitelnost; příliš málo feritu snižuje pevnost a odolnost vůči chloridovému namáhání-koroznímu praskání.
• Intermetalické riziko: Pomalé chlazení, nesprávné tepelné cykly (nebo lokální dohřev) propagovat p (sigma), h, a další intermetalické látky bohaté na chrom, které jsou křehký, Bohaté na Cr/Mo a chudé na Ni; tyto dramaticky snižují houževnatost a odolnost proti korozi.

5. Typická fyzická & mechanické vlastnosti — CE3MN (litá super-duplexní nerezová ocel)

Rozsah & výhrady: hodnoty níže jsou typické konstrukční řady pro lité CE3MN/J93404 ve stavu řádně žíhaném v roztoku.

Odlitky (zvláště velké/tlusté části) vykazují větší rozptyl než tvářené výrobky a jsou citlivé na velikost řezu, tepelné zpracování, a skutečnou fázovou rovnováhu (d/c).

Pro návrh a práci kritickou z hlediska bezpečnosti vždy používejte zkušební data certifikovaná dodavatelem pro konkrétní teplo/šarži a ověřte je testy na úrovni částí.

Fyzikální vlastnosti (typický)

Vlastnictví	Typická hodnota (obsazení CE3MN, rozpouštěcím žíháním)	Komentář
Hustota	≈ 7.8 - 8.0 g·cm⁻3	Podobně jako u jiných nerezových slitin; použití 7.85 g/cm³ pro výpočet hmotnosti.
Tání / rozsah tuhnutí	≈ 1,375 - 1,425 ° C.	Široký rozsah tuhnutí díky vysokému legování; ovlivňuje krmení a smršťování.
Tepelná vodivost (20 ° C.)	≈ 12 - 18 W · m⁻⁻ · k⁻⁻	Nižší než uhlíkové oceli; ovlivňuje teplotní gradienty při lití a svařování.
Specifické teplo (20 ° C.)	≈ 420 - 500 J · KG⁻⁻ · K⁻⁻	Pro tepelné výpočty použijte ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹.
Součinitel tepelné roztažnosti (20–300 ° C.)	≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹	Nižší než mnoho austenitických tříd; důležité při spojování s jinými kovy.
Youngův modul (pokojová teplota)	≈ 190 - 210 GPA	Pro použití v elastickém provedení 200 GPa konzervativně.
Elektrický odpor (20 ° C.)	≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m	Typický nerezový sortiment; se liší přesným složením.
Magnetismus	Mírně feritické; může vykazovat slabou magnetickou odezvu	Plně austenitické oblasti nemagnetické; duplex vykazuje mírný magnetismus díky feritu.

Mechanické vlastnosti (typický, litá forma žíhaná roztokem)

Vlastnictví	Typický rozsah	Poznámky
Mez kluzu (RP0.2)	≈ 400 - 550 MPA	Mnohem vyšší než nerezové oceli řady 300; záleží na sekci, tepelné zpracování a feritová frakce.
Pevnost v tahu (Rm)	≈ 750 - 900 MPA	Pro přípustná napětí použijte certifikovaná data šarže.
Prodloužení (A, % v 50 mm)	≈ 10 - 25 %	Odlévané díly směřují ke spodnímu konci; silnější profily a zbytkové σ/χ snižují tažnost.
Tvrdost (HB)	≈ 220 - 360 HB	Hodnoty litého superduplexu se liší podle mikrostruktury a jakýchkoli intermetalických látek; tvrdost koreluje s pevností a křehkostí.
Charpy V-zářez náraz	≈ 30 - 120 J (pokojová teplota)	Široká nabídka: obsazení, velikost řezu a precipitáty vedou k rozptylu – měření pro kritické části.
Lomová houževnatost (K_IC, přibližný)	≈ 50 - 120 MPa·√m	Velmi závislé na mikrostruktuře, velikost zářezu a způsob testování; tam, kde je to nutné, použijte specifickou lomovou mechaniku.
Únava (rotační ohýbání / vytrvalost)	Orientační výdrž ≈ 250 - 400 MPA	Povrchová úprava, zbytkové napětí a pórovitost dominují únavové životnosti – kvantifikujte experimentálně.
Odolnost proti tečení	Mírný (ne vysokoteplotní creep slitina)	Vhodné pro občasné vystavení zvýšeným teplotám; nedoporučuje se pro trvalé vysokonapěťové tečení nad ~350–400 °C bez kvalifikace.

Chování při zvýšené teplotě & servisní vedení

• Praktická nepřetržitá provozní teplota: obvykle ≤ ~300 °C pro aplikace citlivé na korozi; mechanická pevnost bude s teplotou postupně klesat.
• Krátkodobá expozice: materiál si zachovává přiměřenou pevnost do ~400–500 °C, ale při dlouhodobé expozici hrozí vysrážení intermetalických látek (A, h) které zkřehnou slitinu.
• Creep & protržení stresu: CE3MN nabízí lepší pevnost při vysokých teplotách než mnoho austenitických materiálů, ale je ne náhrada za slitiny na bázi niklu, kde je vyžadováno dlouhodobé tečení.
  Pro trvalé zatížení při zvýšené teplotě vyberte vhodný materiál s odolností proti tečení a proveďte zkoušku tečení.

6. Výzvy při odlévání a tuhnutí

Design CE3MN jako a litá slitina umožňuje jednodílné součásti se složitými vnitřními průchody, integrované prvky a méně spojů – výhody z hlediska efektivity výroby, minimalizace úniků a integrita dílů ve srovnání s výrobou z více výkovků nebo svařenců.

Obsazení CE3MN představuje procesně specifická rizika:

• Nerovnovážné tuhnutí a segregace: interdendritická zbytková kapalina se obohatí o Cr, Já a Ni (nebo naopak vyčerpány v závislosti na rozdělovacích koeficientech prvků),
  vytváří místní chemické variace, které mohou podporovat tvorbu intermetalů (s/h) v odlitém stavu.
• Široký mrazicí rozsah: vysoký obsah slitin prodlužuje interval tuhnutí, zvyšující se riziko smrštění a potíže s podáváním – vyžaduje pečlivý návrh stoupačky, zimnice a strategie krmení.
• Trhání za horka a praskání za horka: duplexní lité slitiny mohou být náchylné k roztržení za tepla, pokud nejsou zvládnuty omezení a teplotní gradienty; pomáhá zjemnění zrna a optimalizace hradlování.
• Povrchové a vnitřní vady: pórovitost (plyn a smrštění), strhávání oxidů a inkluze jsou běžné, pokud kontrola taveniny a filtrace nejsou dostatečné.

Zmírnění: přesná kontrola chemie taveniny, keramicko-pěnová filtrace, Degassing, optimalizované uspořádání vtoku a podavače řízené simulací tuhnutí, a žíhání v roztoku po lití jsou zásadní.

7. Tepelné zpracování, svařování, a výrobní kontroly

Roztokové žíhání & uhasit

• Účel: rozpusťte odlévané intermetalické látky a homogenizujte chemii pro dosažení požadované duplexní rovnováhy.
• Typická praxe: rozpouštěcí žíhání v rozsahu 1,050–1 100 ° C. (přesný rozsah závisí na části dílu) následuje rychlé zchlazení, aby se zabránilo intermetalickému přesrážení.
• Upozornění: velké/tlusté odlitky vyžadují doby zdržení a strategie kalení přizpůsobené velikosti sekce; nedostatečné rozpouštění zanechává reziduální σ/χ a segregaci.

Svařování & tepelné řezání

• Svarová metalurgie: přídavné materiály by měly být vybrány tak, aby odpovídaly nebo mírně převyšovaly chemické složení slitiny a podporovaly vyvážený fázový poměr v HAZ/svarový kov.
• Regulace přívodu tepla: nadměrný nebo nesprávně uspořádaný přívod tepla posouvá fázovou rovnováhu a může lokálně vysrážet σ/χ.
• Úprava po svařování: pro kritická shromáždění, K obnovení mikrostruktury může být zapotřebí rozpouštěcí žíhání po svařování nebo místní tepelné zpracování.
• Pozor na tepelné řezání: jak bylo pozorováno v praxi, Předehřívání + místní řezání za tepla (NAPŘ., kyslík-palivo) následuje pomalé chlazení může způsobit σ/χ precipitaci a křehnutí na hraně řezu;
  nejlepší praxí je před jakýmkoli tepelným řezáním ošetřete roztokem nebo použít řezání za studena (řezání) následuje rozpouštěcí žíhání.

8. Běžné závady a způsoby poruch (praktické zaměření)

• A / χ intermetalické srážení: tvoří se v interdendritickém a α/γ rozhraní při pomalém ochlazování nebo během tepelné expozice po odlévání; způsobuje křehnutí a náchylnost ke korozi.
• Segregace (Dělení Ni/Cr/Mo): vede k lokální depresi PREN a preferenčnímu záchvatu.
• Plynová a smršťovací pórovitost: snížit nosnou část a únavovou životnost.
• Horké trhání: z omezeného tuhnutí v tlustých řezech.
• Tepelným řezem způsobená křehkost: řezání nálitků na odlévaných součástech bez předchozího rozpouštěcího žíhání může vysrážet σ/χ v řezném kořenu a iniciovat praskání (praktický lék: rozpouštěcí žíhání před tepelným řezáním nebo pilou za studena a poté rozpouštění).

9. Typické aplikace lité duplexní nerezové oceli CE3MN

CE3MN litá duplexní nerezová ocel je vybrána pro aplikace, kde vysoká mechanická pevnost, vynikající odolnost proti lokální korozi, a spolehlivost konstrukce za náročných provozních podmínek jsou současně vyžadovány.

Jako litá super-duplexní třída, je zvláště vhodný pro komplexní, silnostěnné, součásti obsahující tlak, které se obtížně nebo neekonomicky vyrábějí z tvářených výrobků.

Olej & plynárenský a petrochemický průmysl

• Tělesa ventilů a součásti ventilů (kulové ventily, brány ventily, Zkontrolujte ventily) pro kyselé prostředí a prostředí s vysokým obsahem chloridů
• Tělesa a oběžná kola čerpadel manipulace s mořskou vodou, vyrobené vody, nebo agresivní uhlovodíkové směsi
• Rozdělovače a komponenty řízení průtoku vystaveny vysokému tlaku, eroze, a korozivní kapaliny

Pobřežní a námořní inženýrství

• Systémy pro manipulaci s mořskou vodou (Čerpadlo, sítka, ventilové bloky)
• Strukturální odlitky pro offshore platformu vystaveny nepřetržité expozici mořské vodě
• Součásti odsolovacího zařízení včetně čerpadel solanky a těles ventilů

Chemický a zpracovatelský průmysl

• Vnitřní části a pláště reaktorů vystaveny smíšeným kyselinám, chloridy, a zvýšené teploty
• Komponenty výměníků tepla jako jsou hlavy kanálů a vodní boxy
• Skříně míchadel a součásti čerpadel v agresivním chemickém provozu

Výroba energie a energetické systémy

• Systémy chladicí vody v tepelných a jaderných elektrárnách
• Odsiřování spalin (FGD) systémové komponenty
• Odlitky pro manipulaci s vysokotlakou vodou v zařízeních pro obnovitelné zdroje energie

Buničina, papír, a environmentální inženýrství

• Komponenty digestoru a bělícího systému
• Čerpadla, mixéry, a tělesa ventilů vystaveny chloridům bohatým a alkalickým médiím
• Zařízení na čištění odpadních vod a odpadních vod

Hornictví, zpracování nerostů, a manipulaci s kejdou

• Skříně a oběžná kola kalových čerpadel
• Nosit- a pouzdra odolná proti korozi pro systémy přepravy nerostů

Komponenty s vysokou integritou obsahující tlak

• Komponenty tlakové nádoby
• Silnostěnná litá pouzdra a kryty
• Zakázkové odlitky se složitými vnitřními průchody

10. Srovnání s jinými alternativními materiály

Odlévaná duplexní nerezová ocel CE3MN je často vybírána před ostatními nerezovými oceli, superaustenitické slitiny, a slitiny na bázi niklu kvůli jeho unikátní kombinace odolnosti proti korozi, Mechanická síla, a hospodárnost v lité formě.

Následující srovnání zdůrazňuje jeho relativní výkon a vhodnost použití.

Vlastnictví / Kritérium	CE3MN (Cast Duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N)	316L / 1.4404 (Austenitické SS)	904L / 1.4539 (Superaustenitické SS)	Slitiny na bázi niklu (NAPŘ., Hastelloy C-22)
Odolnost proti korozi	Vynikající odolnost proti důlkové korozi, koroze štěrbiny, a koroze pod napětím v chloridovém prostředí; Dřevo ≈ 40	Mírný; náchylné k tvorbě důlků/prasek v médiích s vysokým obsahem chloridů	Velmi vysoká; srovnatelné PREN (≈ 40–42), silná odolnost vůči kyselinám	Vynikající v oxidačních a redukčních kyselinách
Mechanická pevnost	Vysoká síla (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); dobrá houževnatost	Mírný (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa)	Mírné až vysoké; nižší než duplex ve výtěžnosti	Vysoký, ale jejich výroba je často nákladná
Fáze / Mikrostruktura	Duplex (ferit + austenity) pro optimalizovanou rovnováhu pevnosti a koroze	Plně austenitické	Plně austenitické	Plně austenitické nebo komplexní
Castiability	Vynikající pro komplex, silnostěnné díly; nižší smrštění než vysokolegovaná austenitika	Dobrý, ale nižší pevnost v tlustých úsecích	Chudý; drahé pro velké odlitky	Obtížný; vysoké náklady, komplexní kontrola taveniny
Výkon při zvýšené teplotě	Mírný; vhodné ≤ 300–350 °C; omezené tečení	Mírný; austenit měkne při vysokém T	Mírný; o něco lepší než 316L	Vynikající; snese 400–600 °C v agresivních médiích
Náklady & Dostupnost	Mírný; ekonomičtější než 904L a slitiny niklu	Nízký; široce dostupné	Vysoký; dodavatelé omezeného odlévání	Velmi vysoká; speciální slitina
Typické aplikace	Ventily, čerpadla, tlaková pouzdra bohatá na chloridy, vysokotlaký, chemická služba	Obecné chemické zařízení, jídlo, manipulace s vodou	Nádrže odolné vůči kyselinám, výměníky tepla	Vysoce agresivní chemické procesy, extrémní teploty nebo koroze

Klíčové s sebou:

1. CE3MN vs 316L: CE3MN nabízí mnohem lepší odolnost proti korozi v chloridových a agresivních chemických prostředích, s vyšší pevností, díky tomu je ideální pro vysokotlaké nebo silnostěnné součásti.
2. CE3MN vs 904L: CE3MN poskytuje vyšší mechanickou pevnost a slévatelnost, často za nižší cenu, zatímco 904L je vhodnější pro tenkostěnné, komponenty vysoce odolné vůči kyselinám.
3. CE3MN vs slitiny na bázi niklu: Slitiny niklu dosahují lepších výsledků v extrémních korozních a vysokoteplotních podmínkách,
   ale CE3MN poskytuje ekonomická rovnováha síly, odolnost proti korozi, a vyrobitelnost pro většinu průmyslových aplikací.

11. Závěr

CE3MN litá duplexní nerezová ocel je účelová slitina pro náročná korozívní a mechanicky namáhaná prostředí, kde jsou vyžadovány složité geometrie odlitků.

Jeho super-duplexní chemie poskytuje atraktivní kombinaci vysoké pevnosti a vynikající odolnosti vůči lokální korozi – tyto výhody se však projeví pouze při tavení, obsazení, rozpouštěcí žíhání a výroba jsou prováděny disciplinovaně, aby se zabránilo segregaci a křehké intermetalické precipitaci.

Pro kritické průmyslové nebo podmořské komponenty, nákup CE3MN od osvědčených dodavatelů s přísnou kvalifikací a testováním zajistí trvanlivost, vysoce výkonné odlitky, které ospravedlňují materiálovou a zpracovatelskou prémii.