1. Resumen ejecutivo
CE3MN es la contraparte fundida de las aleaciones superdúplex forjadas (p.ej., US S32750): combina cromo muy alto (≈24–26 %), molibdeno significativo (≈3-4 %), níquel elevado (≈6-8 %), cobre y nitrógeno controlados
para producir una microestructura de dos fases con un alto límite elástico, Excelente resistencia a la corrosión por picaduras y grietas y resistencia sustancialmente mejorada al agrietamiento por corrosión bajo tensión inducida por cloruro en comparación con los austeníticos convencionales..
Su forma fundida permite componentes de geometría compleja para entornos hostiles. (cuerpos de válvulas, tripa de la bomba, colectores), pero requiere un estricto control del proceso (fusión, solidificación, recocido de solución) Para ofrecer el rendimiento esperado y evitar la fragilización de las fases intermetálicas..
2. ¿Qué es el acero inoxidable dúplex fundido CE3MN??
CE3MN dúplex fundido acero inoxidable es un alto rendimiento, bifásico (ferrítico-austenítico) aleación inoxidable diseñada específicamente para exigentes entornos corrosivos y sometidos a tensiones mecánicas donde los aceros inoxidables austeníticos o ferríticos convencionales no proporcionan la durabilidad adecuada.
pertenece a la familia de acero inoxidable superdúplex, distinguido por cromo elevado (cr), molibdeno (Mes), nitrógeno (norte) y níquel (En) contenidos que ofrecen una combinación excepcional de fortaleza, Resistencia a la corrosión localizada y resistencia al agrietamiento..
En nomenclatura estandarizada, Se hace referencia comúnmente a CE3MN en especificaciones de fundición como ASTM A995 / ASMESA351 & SA995 calificaciones (Por ejemplo CD3MWCuN, también comercializado como “6A”). Es La designación UNS es J93404.
Es ampliamente aceptado como el equivalente fundido a los aceros inoxidables superdúplex forjados como US S32750 / ASTM A F55, y se usa cuando es liviano, Se requieren geometrías complejas o componentes de una sola pieza de alta resistencia a la corrosión..
El objetivo conceptual detrás de CE3MN es cerrar la brecha entre aceros inoxidables dúplex convencionales (p.ej., 2205) y aleaciones a base de níquel
maximizando la resistencia a la corrosión (particularmente corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruro) manteniendo un buen rendimiento mecánico, soldabilidad y rentabilidad para piezas fundidas grandes o complejas.
Es frecuentemente seleccionado para cuerpos de válvulas, tripa de la bomba, colectores y componentes submarinos en el aceite & gas, petroquímico, marina, industrias de desalinización y energía.
3. Composición química del acero inoxidable dúplex fundido CE3MN
| Elemento | Rango típico (WT%) | Role / comentario |
| cr (Cromo) | 24.0 – 26.0 | Elemento primario para pasividad y resistencia general a la corrosión.; principal contribuyente a PREN. |
| En (Níquel) | 6.0 – 8.0 | Estabilizador de austenita; mejora la dureza y ayuda a lograr el equilibrio de fase dúplex. |
| Mes (Molibdeno) | 3.0 – 4.0 | Aumenta fuertemente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas.; colaborador clave de PREN. |
| norte (Nitrógeno) | 0.14 – 0.30 | Potente potenciador de fuerza y resistencia a las picaduras. (se multiplica en la fórmula PREN); crítico para el rendimiento dúplex. |
| Cu (Cobre) | 0.3 – 1.5 | Presente en algunos grados de fundición para mejorar la resistencia en ciertos ambientes reductores y modificar el comportamiento de solidificación.. |
do (Carbón) |
≤ 0.03 | Se mantiene bajo para limitar la precipitación de carburo y la fragilización intergranular.. |
| Minnesota (Manganeso) | ≤ 2.0 | Desoxidante / formador de austenita parcial; controlado para evitar la formación o segregación excesiva de inclusiones. |
| Y (Silicio) | ≤ 1.0 | Desoxidante; Limitado a controlar la oxidación y la formación de inclusiones.. |
| PAG (Fósforo) | ≤ 0.03 | Control de impurezas: mantenido bajo para preservar la dureza. |
| S (Azufre) | ≤ 0.01 | Impureza: minimizada para evitar grietas en caliente y pérdida de ductilidad.. |
| fe (Hierro) | Balance (≈ 40–50%) | Resto de la aleación: ferrita. + matriz de austenita. |
4. Microestructura y equilibrio de fases.
- Estructura de doble fase: CE3MN es intencionalmente dúplex: ferrita (d) + austenita (do).
Las propiedades mecánicas y de corrosión son función directa de la fracción de fase, partición química y homogeneidad microestructural. - Equilibrio de fase objetivo: Por lo general, busque entre un 40 % y un 60 % de ferrita.; Demasiada ferrita reduce la tenacidad y la soldabilidad.; muy poca ferrita reduce la fuerza y la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro.
- Riesgo de intermetálicos: Enfriamiento lento, ciclos de calor inadecuados (o recalentamiento local) promover p (sigma), h, y otros intermetálicos ricos en cromo que son frágil, Cr/Mo-ricos y Ni-pobres; Estos reducen drásticamente la tenacidad y la resistencia a la corrosión..
5. fisico tipico & propiedades mecánicas — CE3MN (fundición de acero inoxidable superdúplex)
Alcance & advertencias: los valores a continuación son rangos de ingeniería típicos para fundición CE3MN/J93404 en condiciones de recocido por solución adecuado.
Piñones (secciones especialmente grandes/gruesas) muestran una mayor dispersión que los productos forjados y son sensibles al tamaño de la sección, tratamiento térmico, y equilibrio de fase real (corriente continua).
Para trabajos de diseño y seguridad críticos, utilice siempre datos de prueba certificados por el proveedor para el lote/calor específico y valídelos con pruebas a nivel de piezas..
Propiedades físicas (típico)
| Propiedad | Valor típico (molde CE3MN, recocido en solución) | Comentario |
| Densidad | ≈ 7.8 – 8.0 g·cm⁻³ | Similar a otras aleaciones inoxidables; usar 7.85 g/cm³ para cálculos de masa. |
| Fusión / rango de solidificación | ≈ 1,375 – 1,425 °C | Amplio rango de solidificación debido a su alta aleación; afecta la alimentación y la contracción. |
| Conductividad térmica (20 °C) | ≈ 12 – 18 W · m⁻¹ · k⁻¹ | Más bajo que los aceros al carbono.; Impacta los gradientes térmicos durante la fundición y la soldadura.. |
| Calor específico (20 °C) | ≈ 420 – 500 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | Utilice ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ para cálculos térmicos. |
Coeficiente de expansión térmica. (20–300 ° C) |
≈ 12.5 – 14.5 ×10⁻⁶K⁻¹ | Más bajo que muchos grados austeníticos; importante al unir con otros metales. |
| módulo de Young (temperatura ambiente) | ≈ 190 – 210 GPa | Para uso en diseño elástico 200 GPa conservadoramente. |
| resistividad eléctrica (20 °C) | ≈ 0.6 – 0.9 µΩ·m | Gama típica de acero inoxidable; varía con la composición exacta. |
| Magnetismo | Ligeramente ferrítico; puede mostrar una respuesta magnética débil | Regiones totalmente austeníticas no magnéticas.; dúplex muestra un magnetismo leve debido a la ferrita. |
Propiedades mecánicas (típico, forma fundida recocida en solución)
| Propiedad | Rango típico | Notas |
| Fuerza de producción (RP0.2) | ≈ 400 – 550 MPa | Mucho más alto que los aceros inoxidables de la serie 300; depende de la sección, tratamiento térmico y fracción de ferrita. |
| Resistencia a la tracción (RM) | ≈ 750 – 900 MPa | Utilice datos de lote certificados para tensiones permitidas. |
| Alargamiento (A, % en 50 milímetros) | ≈ 10 – 25 % | Las piezas fundidas tienden hacia el extremo inferior; Las secciones más gruesas y el σ/χ residual reducen la ductilidad.. |
Dureza (media pensión) |
≈ 220 – 360 media pensión | Los valores superdúplex fundidos varían según la microestructura y los intermetálicos.; La dureza se correlaciona con la resistencia y la fragilidad.. |
| Impacto Charpy con muesca en V | ≈ 30 – 120 j (temperatura ambiente) | Amplio alcance: elenco, El tamaño de la sección y los precipitados provocan dispersión: medir las piezas críticas.. |
Dureza a la fractura (K_IC, aproximado) |
≈ 50 – 120 MPA · √m | Altamente dependiente de la microestructura., Tamaño de la muesca y método de prueba.; utilizar mecánica de fractura específica de la pieza cuando sea necesario. |
| Fatiga (doblado giratorio / resistencia) | Resistencia indicativa ≈ 250 – 400 MPa | Acabado superficial, La tensión residual y la porosidad dominan la vida a fatiga: cuantificar experimentalmente.. |
| Resistencia a la fluencia | Moderado (no aleación de fluencia de alta temperatura) | Adecuado para exposición intermitente a temperaturas elevadas.; no recomendado para servicios de fluencia sostenida de alta tensión por encima de ~350–400 °C sin calificación. |
Comportamiento a temperatura elevada & orientación de servicio
- Temperatura práctica de servicio continuo: típicamente ≤ ~300°C para aplicaciones sensibles a la corrosión; La resistencia mecánica disminuirá progresivamente con la temperatura..
- Exposición a corto plazo: El material conserva una resistencia razonable a ~400-500 °C, pero la exposición a largo plazo corre el riesgo de precipitación de intermetálicos. (a, h) que fragilizan la aleación.
- Arrastrarse & ruptura por estrés: CE3MN ofrece mejor resistencia a altas temperaturas que muchos austeníticos, pero es no un sustituto de las aleaciones a base de níquel donde se requiere una fluencia a largo plazo.
Para carga sostenida a temperatura elevada, seleccione el material con clasificación de fluencia adecuado y realice pruebas de fluencia.
6. Comportamiento de lanzamiento y desafíos de solidificación.
El diseño de CE3MN como aleación fundida Permite componentes de una sola pieza con pasajes internos complejos., Características integradas y menos juntas: ventajas en la eficiencia de fabricación., Minimización de fugas e integridad de las piezas en comparación con fabricaciones a partir de múltiples piezas forjadas o soldadas..
Fundición CE3MN introduce riesgos específicos del proceso:
- Solidificación y segregación en desequilibrio.: El líquido residual interdendrítico se enriquece en Cr., yo y ni (o por el contrario agotado dependiendo de los coeficientes de partición del elemento),
produciendo variaciones químicas locales que pueden fomentar la formación intermetálica (s/h) en la condición como fundido. - Amplio rango de congelación: El alto contenido de aleación amplía el intervalo de solidificación., aumento del riesgo de contracción y dificultad de alimentación, lo que requiere un diseño cuidadoso del tubo ascendente, escalofríos y estrategia de alimentación.
- Desgarro y agrietamiento en caliente: Las aleaciones fundidas dúplex pueden ser susceptibles a desgarros en caliente si no se controlan la restricción y los gradientes térmicos.; Ayuda para el refinamiento del grano y la optimización de la entrada..
- Defectos superficiales e internos.: porosidad (gas y contracción), El arrastre de óxido y las inclusiones son comunes si el control de la fusión y la filtración son insuficientes..
Mitigación: control preciso de la química de fusión, filtración de espuma cerámica, desgásico, Diseño optimizado de entrada y alimentador guiado por simulación de solidificación., y el recocido en solución posterior a la fundición son esenciales.
7. Tratamiento térmico, soldadura, y controles de fabricación
recocido en solución & aplacar
- Objetivo: disolver intermetálicos fundidos y homogeneizar la química para lograr el equilibrio dúplex deseado.
- Práctica típica: recocido en solución en el rango 1,050–1,100 ° C (El rango exacto depende de la sección de la pieza.) seguido de un enfriamiento rápido para evitar la reprecipitación intermetálica.
- Advertencias: Las piezas fundidas grandes/gruesas requieren tiempos de retención y estrategias de enfriamiento adaptadas al tamaño de la sección.; La solución insuficiente deja σ/χ residual y segregación..
Soldadura & corte térmico
- metalurgia de soldadura: Los consumibles deben seleccionarse para igualar o superar ligeramente la química de la aleación y promover una relación de fase equilibrada en HAZ/metal de soldadura..
- Control de entrada de calor: El aporte de calor excesivo o mal secuenciado cambia el equilibrio de fases y puede precipitar localmente σ/χ.
- Tratamiento post-soldadura: para ensamblajes críticos, Es posible que se requiera recocido con solución posterior a la soldadura o tratamiento térmico local para restaurar la microestructura..
- Precaución con el corte térmico: como se observa en la práctica, precalentamiento + corte en caliente local (p.ej., oxicombustible) seguido de un enfriamiento lento puede producir precipitación σ/χ y fragilización en el borde cortado;
la mejor práctica es Tratamiento con solución antes de cualquier corte térmico. o utilizar embutidos (aserradura) seguido de recocido en solución.
8. Defectos comunes y modos de falla. (enfoque práctico)
- a / χ precipitación intermetálica: Se forma en las interfaces interdendríticas y α/γ durante el enfriamiento lento o durante la exposición térmica posterior a la fundición.; Causa fragilidad y susceptibilidad a la corrosión..
- Segregación (Partición Ni/Cr/Mo): conduce a depresión PREN local y ataque preferencial.
- Porosidad por gas y contracción.: Reducir la sección de carga y la vida de fatiga..
- desgarro caliente: por solidificación forzada en secciones gruesas.
- Fragilidad inducida por corte térmico: Cortar elevadores en componentes prefabricados sin recocido previo con solución puede precipitar σ/χ en la raíz cortada e iniciar el agrietamiento. (remedio práctico: recocido con solución antes del corte térmico o sierra en frío y luego solución).
9. Aplicaciones típicas del acero inoxidable dúplex fundido CE3MN
El acero inoxidable dúplex fundido CE3MN se selecciona para aplicaciones donde alta resistencia mecánica, excelente resistencia a la corrosión localizada, y confiabilidad estructural bajo condiciones de servicio severas se requieren simultáneamente.
Como grado superdúplex fundido, es particularmente adecuado para complejos, de paredes gruesas, Componentes que contienen presión y que son difíciles o antieconómicos de fabricar a partir de productos forjados..
Aceite & industria del gas y petroquímica
- Cuerpos de válvulas y componentes de válvulas. (válvulas de bola, válvulas de compuerta, Válvulas de control) para servicio amargo y ambientes con alto contenido de cloruro
- Tripas e impulsores de la bomba manejo de agua de mar, agua producida, o mezclas de hidrocarburos agresivas
- Colectores y componentes de control de flujo. expuesto a alta presión, erosión, y fluidos corrosivos
Ingeniería marina y offshore
- Sistemas de manipulación de agua de mar. (alza de bombas, quilates, bloques de válvulas)
- Piezas fundidas estructurales de plataformas marinas sujeto a exposición continua al agua de mar
- Componentes de la planta desalinizadora incluyendo bombas de salmuera y cuerpos de válvulas
Industrias químicas y de procesos.
- Partes internas y carcasas del reactor. expuesto a ácidos mixtos, cloruros, y temperaturas elevadas
- Componentes del intercambiador de calor como cabezales de canales y cajas de agua
- Carcasas de agitador y componentes de bomba. en servicio químico agresivo
Generación de energía y sistemas energéticos.
- Sistemas de agua de refrigeración en centrales térmicas y nucleares
- Desulfuración de gases de combustión (DGF) componentes del sistema
- Piezas fundidas para manipulación de agua a alta presión. en instalaciones de energías renovables
Pulpa, papel, e ingenieria ambiental
- Componentes del sistema digestor y de blanqueo.
- Zapatillas, mezcladores, y cuerpos de válvula expuesto a medios ricos en cloruros y alcalinos
- Equipos de tratamiento de aguas residuales y efluentes.
Minería, procesamiento de minerales, y manipulación de purines
- Carcasas e impulsores de bombas de lodo
- Tener puesto- y carcasas resistentes a la corrosión para sistemas de transporte de minerales
Componentes que contienen presión de alta integridad
- Componentes de vaso a presión
- Carcasas y tapas de fundición de paredes gruesas
- Piezas fundidas diseñadas a medida con pasajes internos complejos
10. Comparación con otros materiales alternativos
El acero inoxidable dúplex fundido CE3MN a menudo se selecciona sobre otros aceros inoxidables., aleaciones superausteníticas, y aleaciones a base de níquel debido a su combinación única de resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, y rentabilidad en forma fundida.
La siguiente comparación destaca su rendimiento relativo y su idoneidad para la aplicación..
| Propiedad / Criterio | CE3MN (Dúplex fundido, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316l / 1.4404 (SS austenítico) | 904l / 1.4539 (SS súper austenítico) | Aleaciones a base de níquel (p.ej., Hastelloy C-22) |
| Resistencia a la corrosión | Excelente resistencia a las picaduras, corrosión por grietas, y corrosión bajo tensión en ambientes de cloruro; Madera ≈ 40 | Moderado; propenso a picaduras o grietas en medios con alto contenido de cloruro | Muy alto; comparable PREN (≈ 40-42), fuerte resistencia al ácido | Excelente en ácidos oxidantes y reductores. |
| Resistencia mecánica | Alta resistencia (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Sala ≈ 750–900 MPa); buena dureza | Moderado (Rp0,2 ≈ 200-250 MPa, RM ≈ 500–600 MPa) | Moderado a alto; inferior al dúplex en rendimiento | Alto, pero a menudo costoso de fabricar |
Fase / Microestructura |
Dúplex (ferrito + austenita) para un equilibrio optimizado entre resistencia y corrosión | Totalmente austenítico | Totalmente austenítico | Completamente austenítico o complejo |
| Castabilidad | Excelente para complejos, piezas de paredes gruesas; menor contracción que los austeníticos de alta aleación | Bien, pero menor resistencia en secciones gruesas | Pobre; caro para piezas fundidas grandes | Difícil; alto costo, control complejo de fusión |
Rendimiento a temperatura elevada |
Moderado; adecuado ≤ 300–350 °C; fluencia limitada | Moderado; la austenita se ablanda a alta T | Moderado; ligeramente mejor que 316L | Excelente; puede soportar 400–600 °C en medios agresivos |
| Costo & Disponibilidad | Moderado; Más económico que el 904L y las aleaciones de níquel. | Bajo; ampliamente disponible | Alto; proveedores de fundición limitados | Muy alto; aleación especial |
| Aplicaciones típicas | válvulas, zapatillas, carcasas de presión en cloruro rico, de alta presión, servicio químico | Equipos químicos generales., alimento, manejo del agua | Tanques resistentes a los ácidos, intercambiadores de calor | Procesos químicos altamente agresivos., temperatura extrema o corrosión |
Control de llave:
- CE3MN frente a 316L: CE3MN ofrece una resistencia a la corrosión muy superior en ambientes con cloruros y químicos agresivos., con mayor fuerza, lo que lo hace ideal para componentes de alta presión o de paredes gruesas.
- CE3MN frente a 904L: CE3MN proporciona mayor resistencia mecánica y moldeabilidad., a menudo a menor costo, mientras que 904L es preferible para paredes delgadas, componentes altamente resistentes a los ácidos.
- CE3MN frente a aleaciones a base de níquel: Las aleaciones de níquel tienen un rendimiento superior en condiciones extremas de corrosión y alta temperatura.,
pero CE3MN proporciona una equilibrio económico de fuerza, resistencia a la corrosión, y capacidad de fabricación para la mayoría de las aplicaciones industriales.
11. Conclusión
El acero inoxidable dúplex fundido CE3MN es una aleación especialmente diseñada para entornos exigentes corrosivos y cargados mecánicamente donde se requieren geometrías fundidas complejas..
Es química superdúplex Ofrece una combinación atractiva de alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión localizada, pero estas ventajas solo se materializan cuando se funde., fundición, El recocido de solución y la fabricación se ejecutan con disciplina para evitar la segregación y la precipitación intermetálica frágil..
Para componentes industriales o submarinos críticos, adquirir CE3MN de proveedores probados con calificaciones y pruebas rigurosas producirá productos duraderos, Piezas fundidas de alto rendimiento que justifican la prima de material y procesamiento..
