1. Resumé
CE3MN er støbt modstykke til smedede super-duplex legeringer (F.eks., US S32750): det kombinerer meget højt krom (≈24-26 %), betydelig molybdæn (≈3-4 %), forhøjet nikkel (≈6-8 %), kontrolleret kobber og nitrogen
at producere en to-faset mikrostruktur med høj flydespænding, fremragende modstand mod grubetæring/spaltekorrosion og væsentligt forbedret modstandsdygtighed over for klorid-induceret spændingskorrosion i forhold til konventionel austenitik.
Dens støbte form tillader komplekse geometriske komponenter til barske miljøer (Ventillegemer, Pumpehus, Manifolds), men kræver streng proceskontrol (smeltning, størkning, Løsningsdeal) at levere den forventede ydeevne og for at undgå sprøde intermetalliske faser.
2. Hvad er CE3MN støbt duplex rustfrit stål?
CE3MN støbt duplex Rustfrit stål er en højtydende, to-faset (ferritisk-austenitisk) rustfri legering udviklet specielt til krævende korrosive og mekanisk belastede miljøer hvor konventionelt austenitisk eller ferritisk rustfrit stål ikke giver tilstrækkelig holdbarhed.
Det tilhører super-duplex rustfrit stål familie, kendetegnet ved forhøjet krom (Cr), Molybdæn (Mo), nitrogen (N) og nikkel (I) indhold, der leverer en enestående kombination af styrke, lokaliseret korrosionsbestandighed og revnebestandighed.
I standardiseret nomenklatur, CE3MN refereres almindeligvis i støbespecifikationer som f.eks ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 karakterer (for eksempel CD3MWCuN, også markedsført som "6A"). Dens UNS betegnelse er J93404.
Det er bredt accepteret som støbt svarende til smedede super-duplex rustfrit stål som US S32750 / ASTM A F55, og bruges, når den er let, komplekse geometrier eller komponenter i ét stykke med høj korrosionsbestandighed er påkrævet.
Det konceptuelle mål bag CE3MN er at bygge bro mellem konventionelt duplex rustfrit stål (F.eks., 2205) og nikkel-baserede legeringer
ved at maksimere korrosionsbestandigheden (især grubetæring og sprækkekorrosion i kloridmiljøer) samtidig med at god mekanisk ydeevne bevares, svejsbarhed og omkostningseffektivitet for store eller indviklede støbte dele.
Det vælges ofte til Ventillegemer, Pumpehus, manifolder og undersøiske komponenter I olie & gas, petrokemisk, Marine, afsaltning og elindustri.
3. Kemisk sammensætning af CE3MN støbt duplex rustfrit stål
| Element | Typisk rækkevidde (WT%) | Rolle / kommentar |
| Cr (Krom) | 24.0 – 26.0 | Primært element til passivitet og generel korrosionsbestandighed; stor bidragyder til PREN. |
| I (Nikkel) | 6.0 – 8.0 | Austenit stabilisator; forbedrer sejheden og hjælper med at opnå duplex fasebalance. |
| Mo (Molybdæn) | 3.0 – 4.0 | Øger kraftigt modstandsdygtighed over for pitting og sprækkekorrosionsbestandighed; nøgle PREN-bidragyder. |
| N (Nitrogen) | 0.14 – 0.30 | Kraftig pitting-modstand og styrkeforstærker (ganges i PREN-formlen); kritisk for dupleksydelse. |
| Cu (Kobber) | 0.3 – 1.5 | Til stede i nogle støbekvaliteter for at forbedre modstanden i visse reducerende miljøer og for at modificere størkningsadfærd. |
C (Kulstof) |
≤ 0.03 | Holdt lavt for at begrænse karbidudfældning og intergranulær skørhed. |
| Mn (Mangan) | ≤ 2.0 | Deoxidationsmiddel / delvis austenitformer; kontrolleret for at undgå overdreven inklusionsdannelse eller adskillelse. |
| Og (Silicium) | ≤ 1.0 | Deoxidationsmiddel; begrænset til at kontrollere oxidation og inklusionsdannelse. |
| S (Fosfor) | ≤ 0.03 | Urenhedskontrol - holdes lav for at bevare sejheden. |
| S (Svovl) | ≤ 0.01 | Urenhed — minimeret for at undgå varme revner og tab af duktilitet. |
| Fe (Jern) | Balance (≈ 40-50 %) | Resten af legeringen - ferrit + austenit matrix. |
4. Mikrostruktur og fasebalance
- Tofaset struktur: CE3MN er bevidst duplex — ferrit (d) + austenitter (c).
De mekaniske og korrosionsegenskaber er en direkte funktion af fasefraktion, kemi opdeling og Mikrostrukturel homogenitet. - Målfasebalance: Sigt typisk efter ~40–60 % ferrit; for meget ferrit sænker sejheden og svejsbarheden; for lidt ferrit reducerer styrke og modstandsdygtighed over for chloridspændingskorrosionsrevner.
- Intermetallisk risiko: Langsom afkøling, ukorrekte varmecyklusser (eller lokal genopvarmning) fremme s (sigma), h, og andre chromrige intermetalliske forbindelser, som er skør, Cr/Mo-rig og Ni-fattig; disse reducerer dramatisk sejhed og korrosionsbestandighed.
5. Typisk fysisk & mekaniske egenskaber — CE3MN (støbt super-duplex rustfrit stål)
Omfang & forbehold: værdierne nedenfor er typiske ingeniørområder for støbt CE3MN/J93404 i en korrekt opløsningsglødet tilstand.
Støbninger (især store/tykke sektioner) viser større spredning end smedeprodukter og er følsomme over for sektionsstørrelse, Varmebehandling, og faktisk fasebalance (d/c).
Til design og sikkerhedskritisk arbejde skal du altid bruge leverandørcertificerede testdata for den specifikke varme/parti og valider med del-niveau test.
Fysiske egenskaber (typisk)
| Ejendom | Typisk værdi (støbt CE3MN, opløsningsglødet) | Kommentar |
| Densitet | ≈ 7.8 – 8.0 g·cm⁻³ | Svarende til andre rustfri legeringer; bruge 7.85 g/cm³ til masseberegninger. |
| Smeltning / størkningsområde | ≈ 1,375 – 1,425 ° C. | Bredt størkningsområde på grund af høj legering; påvirker fodring og svind. |
| Termisk ledningsevne (20 ° C.) | ≈ 12 – 18 W·m⁻¹·K⁻¹ | Lavere end kulstofstål; påvirker termiske gradienter under støbning og svejsning. |
| Specifik varme (20 ° C.) | ≈ 420 – 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ | Brug ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ til termiske beregninger. |
Termisk udvidelseskoefficient (20–300 ° C.) |
≈ 12.5 – 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Lavere end mange austenitiske kvaliteter; vigtigt ved sammenføjning til andre metaller. |
| Youngs modul (rumtemp) | ≈ 190 – 210 GPA | Til brug i elastisk design 200 GPa konservativt. |
| Elektrisk resistivitet (20 ° C.) | ≈ 0.6 – 0.9 μΩ·m | Typisk rustfri serie; varierer med den nøjagtige sammensætning. |
| Magnetisme | Lidt ferritisk; kan vise svag magnetisk respons | Fuldt austenitiske områder ikke-magnetiske; duplex viser mild magnetisme på grund af ferrit. |
Mekaniske egenskaber (typisk, opløsningsglødet støbt form)
| Ejendom | Typisk rækkevidde | Noter |
| Udbyttestyrke (RP0.2) | ≈ 400 – 550 MPA | Meget højere end 300-serien rustfrit stål; afhænger af afsnittet, varmebehandling og ferritfraktion. |
| Trækstyrke (Rm) | ≈ 750 – 900 MPA | Brug certificerede partidata til tilladte spændinger. |
| Forlængelse (EN, % i 50 mm) | ≈ 10 – 25 % | Støbte dele går mod den nederste ende; tykkere sektioner og resterende σ/χ reducerer duktiliteten. |
Hårdhed (Hb) |
≈ 220 – 360 Hb | Støbte super-dupleksværdier varierer med mikrostruktur og eventuelle intermetalliske materialer; hårdhed korrelerer med styrke og skørhed. |
| Charpy V-hak stød | ≈ 30 – 120 J (rumtemp) | Bredt udvalg: rollebesætning, sektionsstørrelse og bundfald fører til spredning – mål for kritiske dele. |
Brudsejhed (K_IC, omtrentlig) |
≈ 50 – 120 MPa·√m | Meget afhængig af mikrostruktur, hakstørrelse og testmetode; brug delspecifik brudmekanik, hvor det er nødvendigt. |
| Træthed (roterende bøjning / udholdenhed) | Vejledende udholdenhed ≈ 250 – 400 MPA | Overfladefinish, resterende stress og porøsitet dominerer træthedslevetid - kvantificer eksperimentelt. |
| Krybemodstand | Moderat (ikke højtemperatur krybelegering) | Velegnet til intermitterende eksponering for høje temperaturer; anbefales ikke til vedvarende højstress-krybning over ~350–400 °C uden kvalifikation. |
Forhøjet temperaturadfærd & servicevejledning
- Praktisk kontinuerlig driftstemperatur: typisk ≤ ~300 °C til korrosionsfølsomme applikationer; mekanisk styrke falder gradvist med temperaturen.
- Kortvarig eksponering: materiale bevarer en rimelig styrke til ~400-500 °C, men langtidseksponering risikerer udfældning af intermetalliske materialer (-en, h) der sprøder legeringen.
- Kryb & stress brud: CE3MN tilbyder bedre højtemperaturstyrke end mange austenitiske stoffer, men er det ikke en erstatning for nikkel-baserede legeringer, hvor langtidskrybning er påkrævet.
For vedvarende belastning ved forhøjet temperatur skal du vælge passende krybeklassificeret materiale og udføre krybetest.
6. Støbningsadfærd og størkningsudfordringer
CE3MNs design som en støbt legering muliggør komponenter i ét stykke med komplekse indre passager, integrerede funktioner og færre led — fordele ved fremstillingseffektivitet, lækageminimering og delintegritet sammenlignet med fremstillinger fra flere smedninger eller svejsninger.
Casting CE3MN introducerer processpecifikke risici:
- Ikke-ligevægt størkning og segregation: interdendritisk restvæske bliver beriget med Cr, Mig og Ni (eller omvendt udtømt afhængigt af elementfordelingskoefficienter),
producerer lokale kemivariationer, der kan fremme intermetallisk dannelse (s/t) i støbt stand. - Bredt fryseområde: højt legeringsindhold udvider størkningsintervallet, øger risikoen for svind og fodringsbesvær - hvilket kræver omhyggeligt design af stigrør, kuldegysninger og fodringsstrategi.
- Varm rivning og varm revner: duplex støbte legeringer kan være modtagelige for varm rivning, hvis tilbageholdenhed og termiske gradienter ikke håndteres; kornforfining og portoptimering hjælper.
- Overflade- og indvendige defekter: porøsitet (gas og svind), oxidmedrivning og indeslutninger er almindelige, hvis smeltekontrol og -filtrering er utilstrækkelig.
Afbødning: præcis smeltekemi kontrol, keramik-skumfiltrering, afgasning, optimeret gating og feeder layout styret af størkningssimulering, og efterstøbning af opløsningsudglødning er afgørende.
7. Varmebehandling, svejsning, og fabrikationskontrol
Opløsningsudglødning & Quench
- Formål: opløs som støbt intermetalliske materialer og homogeniser kemien for at opnå den ønskede dupleksbalance.
- Typisk praksis: opløsningsudglødning i området 1,050–1.100 °C (Det nøjagtige område afhænger af delens sektion) efterfulgt af hurtig quench for at undgå intermetallisk genfældning.
- Forbehold: store/tykke støbegods kræver holdetider og bratkølingsstrategier skræddersyet til sektionsstørrelse; utilstrækkelig opløsning efterlader resterende σ/χ og adskillelse.
Svejsning & termisk skæring
- Svejsemetallurgi: forbrugsstoffer bør vælges til at matche eller lidt overmatche legeringskemi og for at fremme afbalanceret faseforhold i HAZ/svejsemetal.
- Styring af varmetilførsel: overdreven eller forkert sekvenseret varmetilførsel skifter fasebalance og kan lokalt udfælde σ/χ.
- Eftersvejsningsbehandling: til kritiske forsamlinger, udglødning efter svejsning eller lokal varmebehandling kan være påkrævet for at genoprette mikrostrukturen.
- Forsigtig med termisk skæring: som observeret i praksis, forvarmning + lokal varmskæring (F.eks., oxy-brændstof) efterfulgt af langsom afkøling kan producere σ/χ nedbør og skørhed ved skærekanten;
bedste praksis er at opløsning-behandle før enhver termisk skæring eller at bruge koldskæring (savning) efterfulgt af opløsningsudglødning.
8. Almindelige defekter og fejltilstande (praktisk fokus)
- -en / χ intermetallisk nedbør: dannes i interdendritiske og α/γ-grænseflader ved langsom afkøling eller under termisk eksponering efter støbning; forårsager skørhed og korrosionsfølsomhed.
- Adskillelse (Ni/Cr/Mo-partitionering): fører til lokal PREN-depression og præferenceangreb.
- Gas- og krympeporøsitet: reducere bærende sektion og udmattelseslevetid.
- Varm rivning: fra begrænset størkning i tykke sektioner.
- Termisk skæring induceret skørhed: skærende stigrør på støbte komponenter uden forudgående opløsningsudglødning kan udfælde σ/χ ved den afskårne rod og starte revnedannelse (praktisk middel: opløsningsudglødning før termisk skæring eller koldsav og opløs derefter).
9. Typiske anvendelser af CE3MN støbt duplex rustfrit stål
CE3MN støbt duplex rustfrit stål er valgt til applikationer hvor høj mekanisk styrke, fremragende modstandsdygtighed over for lokal korrosion, og strukturel pålidelighed under svære serviceforhold er påkrævet samtidigt.
Som en støbt super-duplex kvalitet, det er særligt velegnet til komplekse, tykvæggede, trykholdige komponenter, der er vanskelige eller uøkonomiske at fremstille af smedeprodukter.
Olie & gas- og petrokemisk industri
- Ventilhuse og ventilkomponenter (kugleventiler, portventiler, Kontroller ventiler) til sur service og miljøer med højt kloridindhold
- Pumpehuse og pumpehjul håndtering af havvand, produceret vand, eller aggressive kulbrinteblandinger
- Manifolder og flowkontrolkomponenter udsat for højt tryk, erosion, og ætsende væsker
Offshore og marineteknik
- Havvandshåndteringssystemer (Pumpehuse, si, ventilblokke)
- Offshore platforms støbegods udsat for vedvarende havvandseksponering
- Komponenter til afsaltningsanlæg inklusive brinepumper og ventilhuse
Kemiske og procesindustrier
- Reaktorinteriør og huse udsat for blandede syrer, chlorider, og forhøjede temperaturer
- Komponenter til varmeveksler såsom kanalhoveder og vandbokse
- Omrørerhuse og pumpekomponenter i aggressiv kemisk tjeneste
Elproduktion og energisystemer
- Kølevandssystemer i termiske og atomkraftværker
- Røggasafsvovling (FGD) systemkomponenter
- Støbegods til højtryksvandhåndtering i vedvarende energianlæg
Pulp, papir, og miljøteknik
- Komponenter til rådnetank og blegesystem
- Pumper, mixere, og ventillegemer udsat for kloridrige og alkaliske medier
- Spildevands- og spildevandsbehandlingsudstyr
Minedrift, mineralforarbejdning, og gyllehåndtering
- Gyllepumpehuse og pumpehjul
- Slid- og korrosionsbestandige huse til mineraltransportsystemer
Trykholdige komponenter med høj integritet
- Trykfartøjskomponenter
- Tykvæggede støbte huse og dæksler
- Specialfremstillede støbte dele med komplekse indre passager
10. Sammenligning med andre alternative materialer
CE3MN støbt duplex rustfrit stål vælges ofte frem for andre rustfrit stål, super-austenitiske legeringer, og nikkel-baserede legeringer på grund af dens unik kombination af korrosionsbestandighed, Mekanisk styrke, og omkostningseffektivitet i støbt form.
Den følgende sammenligning fremhæver dens relative ydeevne og anvendelsesegnethed.
| Ejendom / Kriterium | CE3MN (Støbt duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L / 1.4404 (Austenitisk SS) | 904L / 1.4539 (Super-austenitisk SS) | Nikkelbaserede legeringer (F.eks., Hastelloy C-22) |
| Korrosionsmodstand | Fremragende modstandsdygtighed over for pitting, spredningskorrosion, og spændingskorrosion i kloridmiljøer; Træ ≈ 40 | Moderat; tilbøjelige til gruber/spalter i medier med højt chloridindhold | Meget høj; sammenlignelige PREN (≈ 40–42), stærk syrebestandighed | Fremragende i oxiderende og reducerende syrer |
| Mekanisk styrke | Høj styrke (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); god sejhed | Moderat (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Moderat til høj; lavere end duplex i udbytte | Høj, men ofte dyre at fremstille |
Fase / Mikrostruktur |
Duplex (ferrit + austenitter) for optimeret styrke-korrosionsbalance | Fuldstændig austenitisk | Fuldstændig austenitisk | Fuldt austenitisk eller kompleks |
| Rollebesætning | Fremragende til komplekse, tykvæggede dele; lavere svind end højlegerede austenitiske materialer | God, men lavere styrke i tykke sektioner | Dårlig; dyrt for store støbegods | Vanskelig; høje omkostninger, kompleks smeltekontrol |
Ydeevne med forhøjet temperatur |
Moderat; egnet ≤ 300–350 °C; begrænset krybning | Moderat; austenit blødgøres ved høj T | Moderat; lidt bedre end 316L | Fremragende; kan klare 400–600 °C i aggressive medier |
| Koste & Tilgængelighed | Moderat; mere økonomisk end 904L og nikkellegeringer | Lav; bredt tilgængelig | Høj; begrænsede støbningsleverandører | Meget høj; speciallegering |
| Typiske applikationer | Ventiler, pumper, trykhuse i kloridrige, Højtryk, kemisk service | Generelt kemisk udstyr, mad, vandhåndtering | Syrefaste tanke, Varmevekslere | Meget aggressive kemiske processer, ekstrem temperatur eller korrosion |
Nøgle takeaways:
- CE3MN vs 316L: CE3MN tilbyder langt overlegen korrosionsbestandighed i klorid og aggressive kemiske miljøer, med højere styrke, hvilket gør den ideel til højtryks- eller tykvæggede komponenter.
- CE3MN vs 904L: CE3MN giver højere mekanisk styrke og støbeevne, ofte til lavere omkostninger, mens 904L er at foretrække til tyndvæggede, meget syrefaste komponenter.
- CE3MN vs nikkelbaserede legeringer: Nikkellegeringer klarer sig bedre under ekstreme korrosive og høje temperaturforhold,
men CE3MN giver en økonomisk balance af styrke, Korrosionsmodstand, og fremstillingsevne til de fleste industrielle applikationer.
11. Konklusion
CE3MN støbt duplex rustfrit stål er en specialbygget legering til krævende korrosive og mekanisk belastede miljøer, hvor komplekse støbte geometrier er påkrævet.
Dens super-duplex kemi leverer en attraktiv kombination af høj styrke og fremragende lokaliseret korrosionsbestandighed - men disse fordele viser sig kun ved smeltning, casting, opløsningsudglødning og fremstilling udføres med disciplin for at undgå segregation og sprød intermetallisk udfældning.
Til kritiske industri- eller undersøiske komponenter, indkøb af CE3MN fra gennemprøvede leverandører med streng kvalifikation og test vil give holdbar, højtydende støbegods, der retfærdiggør materiale- og forarbejdningspræmien.
