1. Tiivistelmä
CE3MN on valettu vastine muokatuille superduplex-seoksille (ESIM., Yhdysvaltain S32750): se yhdistää erittäin korkea kromipitoisuus (≈24–26 %), merkittävää molybdeeniä (≈3–4 %), kohonnut nikkeli (≈6–8 %), kontrolloitu kupari ja typpi
tuottaa kaksivaiheisen mikrorakenteen, jolla on korkea myötöraja, erinomainen piste-/rakokorroosionkestävyys ja huomattavasti parempi kestävyys kloridin aiheuttamaa jännityskorroosiohalkeilua vastaan verrattuna tavanomaisiin austeniittisiin.
Sen valettu muoto mahdollistaa monimutkaiset geometriset komponentit vaativiin ympäristöihin (venttiilirungot, pumppu, monivuotiset), mutta vaatii tiukkaa prosessin valvontaa (sulaminen, jähmettyminen, liuoshehkutus) tuottaa odotetun suorituskyvyn ja välttää haurastuvat metallien väliset faasit.
2. Mikä on CE3MN Cast Duplex Stainless Steel?
CE3MN valettu duplex ruostumaton teräs on korkean suorituskyvyn, kaksivaiheinen (ferriittis-austeniittista) ruostumaton metalliseos, joka on suunniteltu erityisesti vaativiin syövyttäviin ja mekaanisesti rasittuviin ympäristöihin joissa tavanomaiset austeniittiset tai ferriittiset ruostumattomat teräkset eivät tarjoa riittävää kestävyyttä.
Se kuuluu Super-duplex ruostumattomasta teräksestä valmistettu perhe, erottuu korkeasta kromista (Cr), molybdeini (MO), typpi (N) ja nikkeliä (Sisä-) sisältöä, joka tarjoaa poikkeuksellisen yhdistelmän vahvuus, paikallinen korroosionkestävyys ja halkeamankestävyys.
Standardoidussa nimikkeistössä, CE3MN:ään viitataan yleisesti valuspesifikaatioissa, kuten ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 arvosanat (esimerkiksi CD3MWCuN, markkinoidaan myös nimellä "6A"). Sen UNS-tunnus on J93404.
Se on laajalti hyväksytty valettu vastaavaksi muokatuille super-duplex ruostumattomille teräksille, kuten Yhdysvaltain S32750 / ASTM A F55, ja sitä käytetään kevyenä, tarvitaan monimutkaisia geometrioita tai yksiosaisia komponentteja, joilla on korkea korroosionkestävyys.
CE3MN:n käsitteellinen tavoite on kuroa umpeen välinen kuilu perinteiset ruostumattomat duplex-teräkset (ESIM., 2205) ja nikkelipohjaiset seokset
maksimoimalla korroosionkestävyys (erityisesti piste- ja rakokorroosio kloridiympäristöissä) säilyttäen samalla hyvän mekaanisen suorituskyvyn, hitsattavuus ja kustannustehokkuus suurille tai monimutkaisille valuosille.
Se valitaan usein venttiilirungot, pumppu, jakoputket ja vedenalaiset komponentit in öljy & kaasu, petrokemian, meren-, suolanpoisto- ja sähköteollisuudessa.
3. Ruostumattoman CE3MN-valun duplex-teräksen kemiallinen koostumus
| Elementti | Tyypillinen valikoima (painoprosentti) | Rooli / kommentti |
| Cr (Kromi) | 24.0 - 26.0 | Passiivisuuden ja yleisen korroosionkestävyyden ensisijainen elementti; merkittävä PREN-avustaja. |
| Sisä- (Nikkeli) | 6.0 - 8.0 | Austeniittista stabilointiaine; parantaa sitkeyttä ja auttaa saavuttamaan kaksisuuntaisen vaiheen tasapainon. |
| MO (Molybdeini) | 3.0 - 4.0 | Lisää voimakkaasti piste- ja rakokorroosionkestävyyttä; avain PREN-avustaja. |
| N (Typpi) | 0.14 - 0.30 | Tehokas pistesuojaus ja voiman lisääjä (kerrotaan PREN-kaavalla); kriittinen kaksipuolisen suorituskyvyn kannalta. |
| Cu (Kupari) | 0.3 - 1.5 | Käytetään joissakin valulaaduissa parantamaan kestävyyttä tietyissä pelkistävissä ympäristöissä ja muuttamaan jähmettymiskäyttäytymistä. |
C (Hiili) |
≤ 0.03 | Pidetään alhaisena karbidin saostumisen ja rakeiden välisen haurastumisen rajoittamiseksi. |
| Mn (Mangaani) | ≤ 2.0 | Hapettaja / osittainen austeniitin muodostaja; valvotaan liiallisen inkluusiomuodostuksen tai erottelun välttämiseksi. |
| Ja (Pii) | ≤ 1.0 | Hapettaja; rajoittuu hapettumisen ja inkluusiomuodostuksen säätelyyn. |
| P (Fosfori) | ≤ 0.03 | Epäpuhtauksien hallinta – pidetään alhaisena sitkeyden säilyttämiseksi. |
| S (Rikki) | ≤ 0.01 | Epäpuhtaudet – minimoitu kuumahalkeilun ja taipuisuuden menettämisen välttämiseksi. |
| Fe (Rauta) | Saldo (≈ 40–50 %) | Lejeerinkin loppu - ferriitti + austeniittimatriisi. |
4. Mikrorakenne ja faasitasapaino
- Kaksivaiheinen rakenne: CE3MN on tarkoituksella duplex - ferriitti (d -d) + austeniitit (c).
Mekaaniset ja korroosio-ominaisuudet ovat suora funktio faasifraktio, kemiallinen osiointi ja mikrorakenteinen homogeenisuus. - Tavoitevaiheen tasapaino: Tyypillisesti tavoitteena on ~40–60 % ferriittiä; Liian paljon ferriittiä heikentää sitkeyttä ja hitsattavuutta; liian vähän ferriittiä heikentää lujuutta ja kestävyyttä kloridijännityskorroosiohalkeilua vastaan.
- Intermetallisten riski: Hitaasti jäähdytys, väärät lämmitysjaksot (tai paikallinen jälkilämmitys) edistää p (sigma), h, ja muut kromipitoiset intermetallit, jotka ovat hauras, Cr/Mo-rikas ja Ni-köyhä; nämä vähentävät dramaattisesti sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä.
5. Tyypillistä fyysistä & mekaaniset ominaisuudet — CE3MN (valettua super-duplex ruostumatonta terästä)
Laajuus & varoituksia: alla olevat arvot ovat tyypilliset suunnittelualueet valetulle CE3MN/J93404:lle oikein liuoshehkutetussa tilassa.
Castings (erityisen suuria/paksuja osia) niissä on suurempi hajonta kuin muokatut tuotteet ja ne ovat herkkiä osien koosta, lämmönkäsittely, ja todellinen vaihetasapaino (d/c).
Käytä suunnittelussa ja turvallisuuskriittisissä töissä aina toimittajan sertifioimia testitietoja tietylle lämmölle/erälle ja validoi osatason testeillä.
Fysikaaliset ominaisuudet (tyypillinen)
| Omaisuus | Tyypillinen arvo (valettu CE3MN, liuoshehkutettu) | Kommentti |
| Tiheys | ≈ 7.8 - 8.0 g·cm⁻³ | Samanlainen kuin muut ruostumattomat seokset; käyttää 7.85 g/cm³ massalaskelmia varten. |
| Sulaminen / jähmettymisalue | ≈ 1,375 - 1,425 ° C | Laaja jähmettymisalue korkean seostuksen ansiosta; vaikuttaa ruokintaan ja kutistumiseen. |
| Lämmönjohtavuus (20 ° C) | ≈ 12 - 18 W·m⁻¹·K⁻¹ | Matalampi kuin hiiliteräkset; vaikuttaa lämpögradienttiin valun ja hitsauksen aikana. |
| Ominaislämpö (20 ° C) | ≈ 420 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ | Käytä lämpölaskelmissa ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹. |
Lämpölaajenemiskerroin (20-300 °C) |
≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Alempi kuin monet austeniittiset laadut; tärkeä liitettäessä muihin metalleihin. |
| Youngin moduuli (huoneen lämpötila) | ≈ 190 - 210 GPA | Elastiseen muotoiluun 200 GPA konservatiivisesti. |
| Sähkövastus (20 ° C) | ≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m | Tyypillinen ruostumaton valikoima; vaihtelee tarkan koostumuksen mukaan. |
| Magnetismi | Hieman ferriittistä; voi osoittaa heikkoa magneettista vastetta | Täysin austeniittiset alueet eivät ole magneettisia; duplex osoittaa lievää magnetismia ferriitin takia. |
Mekaaniset ominaisuudet (tyypillinen, liuoshehkutettu valettu muoto)
| Omaisuus | Tyypillinen valikoima | Muistiinpanot |
| Sadonvoimakkuus (RP0.2) | ≈ 400 - 550 MPA | Paljon korkeampi kuin 300-sarjan ruostumattomat teräkset; riippuu jaksosta, lämpökäsittely ja ferriittifraktio. |
| Vetolujuus (Rm) | ≈ 750 - 900 MPA | Käytä sertifioituja erätietoja sallituille jännityksille. |
| Pidennys (Eräs, % sisä- 50 mm) | ≈ 10 - 25 % | Valuosat suuntautuvat alapäätä kohti; paksummat osat ja jäännös σ/χ vähentävät sitkeyttä. |
Kovuus (HB) |
≈ 220 - 360 HB | Valettu superdupleksiarvot vaihtelevat mikrorakenteen ja mahdollisten intermetallisten mukaan; kovuus korreloi lujuuden ja haurauden kanssa. |
| Charpy V-lovinen isku | ≈ 30 - 120 J - (huoneen lämpötila) | Laaja valikoima: heittää, poikkileikkauksen koko ja saostumat johtavat sirontaan – mittaa kriittiset osat. |
Murtuman sitkeys (K_IC, lähentää) |
≈ 50 - 120 MPA · √M | Erittäin riippuvainen mikrorakenteesta, loven koko ja testausmenetelmä; käytä tarvittaessa osakohtaista murtumismekaniikkaa. |
| Väsymys (pyörivä taivutus / kestävyyttä) | Ohjeellinen kestävyys ≈ 250 - 400 MPA | Pintakäsittely, jäännösjännitys ja huokoisuus hallitsevat väsymystä - määritä kokeellisesti. |
| Rypymisen vastustuskyky | Kohtuullinen (ei korkean lämpötilan virumaseos) | Soveltuu ajoittaiseen altistumiseen korkeille lämpötiloille; ei suositella jatkuvaan korkean jännityksen virumiseen yli ~350–400 °C ilman pätevyyttä. |
Korkean lämpötilan käyttäytyminen & palveluopastusta
- Käytännöllinen jatkuva käyttölämpötila: tyypillisesti ≤ ~300 °C korroosiolle herkille sovelluksille; mekaaninen lujuus laskee asteittain lämpötilan myötä.
- Lyhytaikainen altistuminen: materiaali säilyttää kohtuullisen lujuuden ~400–500 °C:ssa, mutta pitkäaikainen altistuminen vaarantaa intermetallien saostumisen (eräs, h) jotka haurastavat metalliseoksen.
- Hiipiä & stressin repeämä: CE3MN tarjoaa paremman lujuuden korkeissa lämpötiloissa kuin monet austeniittiset materiaalit, mutta on ei nikkelipohjaisten metalliseosten korvike, kun vaaditaan pitkäkestoista virumaa.
Jatkuvaa kuormitusta varten korotetussa lämpötilassa valitse sopiva virumisluokituksen omaava materiaali ja suorita virumistesti.
6. Casting käyttäytyminen ja jähmettyminen haasteita
CE3MN:n suunnittelu a valettu metalliseos mahdollistaa yksiosaiset komponentit, joissa on monimutkaiset sisäkanavat, integroidut ominaisuudet ja vähemmän liitoksia – etuja valmistustehokkuudessa, vuotojen minimoiminen ja osien eheys verrattuna useista takeista tai hitsauksista tehtyihin valmisteisiin.
Valu CE3MN tuo mukanaan prosessikohtaisia riskejä:
- Ei-tasapainoinen kiinteytyminen ja segregaatio: interdendriittinen jäännösneste rikastuu Cr:lla, Minä ja Ni (tai päinvastoin tyhjennetty riippuen elementin jakokertoimista),
tuottaa paikallisia kemiallisia muunnelmia, jotka voivat edistää metallien välistä muodostumista (s/h) valetussa tilassa. - Laaja jäätymisalue: korkea seosainepitoisuus laajentaa jähmettymisväliä, kutistumisriski ja syöttövaikeudet lisääntyvät – vaatii huolellista nousuputken suunnittelua, vilunväristykset ja ruokintastrategia.
- Kuuma repeytys ja kuuma halkeilu: duplex-valuseokset voivat olla herkkiä kuumarepeämiselle, jos rajoituksia ja lämpögradientteja ei hallita; viljan jalostus ja portituksen optimointi auttavat.
- Pinta- ja sisävaurioita: huokoisuus (kaasu ja kutistuminen), oksidin mukana kulkeutuminen ja sulkeumat ovat yleisiä, jos sulamisen hallinta ja suodatus eivät ole riittäviä.
Lieventäminen: tarkka sulatuskemian hallinta, keraaminen vaahtosuodatus, kaasu, optimoitu portituksen ja syöttölaitteen asettelu, jota ohjataan jähmettymissimulaatiolla, ja valun jälkeinen liuoshehkutus ovat välttämättömiä.
7. Lämmönkäsittely, hitsaus, ja valmistuksen säätimet
Liuoksen hehkutus & sammuttaa
- Tarkoitus: liuottaa valettu intermetalli ja homogenisoi kemia halutun duplex-tasapainon saavuttamiseksi.
- Tyypillinen käytäntö: liuoshehkutus alueella 1,050–1100 °C (tarkka alue riippuu osan osasta) jota seuraa nopea sammutus metallien välisen saostumisen välttämiseksi.
- Varoitukset: suuret/paksut valukappaleet vaativat pitoaikoja ja osan koon mukaan räätälöityjä sammutusstrategioita; riittämätön liukeneminen jättää jäännös σ/χ ja segregaatio.
Hitsaus & lämpöleikkaus
- Hitsausmetallurgia: kulutusosat tulee valita vastaamaan seoskemiaa tai hieman ylisopimaan seoskemiaa ja edistämään tasapainotettua faasisuhdetta HAZ/hitsausmetallissa.
- Lämmöntuoton ohjaus: liiallinen tai väärin sekvensoitu lämmönsyöttö muuttaa vaihetasapainoa ja voi paikallisesti saostaa σ/χ.
- Hitsauksen jälkeinen käsittely: kriittisiin kokoonpanoihin, Hitsauksen jälkeinen liuoshehkutus tai paikallinen lämpökäsittely saattaa olla tarpeen mikrorakenteen palauttamiseksi.
- Varoitus lämpöleikkauksesta: kuten käytännössä havaitaan, esilämmitys + paikallinen kuumaleikkaus (ESIM., happi-polttoaine) sen jälkeen hidas jäähdytys voi tuottaa σ/χ saostumista ja haurastumista leikatussa reunassa;
paras käytäntö on liuoskäsittely ennen lämpöleikkausta tai käyttää kylmäleikkausta (sahaus) jota seuraa liuoshehkutus.
8. Yleiset viat ja vikatilat (käytännön keskittyminen)
- eräs / χ metallien välinen saostus: muodostuu interdendriittisiin ja α/γ-rajapintoihin hitaalla jäähdytyksellä tai valun jälkeisen lämpöaltistuksen aikana; aiheuttaa haurastumista ja korroosioherkkyyttä.
- Erottelu (Ni/Cr/Mo osiointi): johtaa paikalliseen PREN-masennustilaan ja etusijalle.
- Kaasu- ja kutistumishuokoisuus: lyhentää kantavaa osaa ja väsymisikää.
- Kuuma repiminen: pakotetusta kiinteytymisestä paksuissa osissa.
- Lämpöleikkauksen aiheuttama haurastuminen: Valukomponenttien leikkaaminen ilman aiempaa liuoshehkutusta voi saostaa σ/χ leikkausjuuressa ja aiheuttaa halkeilua (käytännöllinen parannuskeino: liuoshehkutus ennen lämpöleikkausta tai kylmäsaha ja liuos).
9. Ruostumattoman CE3MN-valun duplex-teräksen tyypilliset sovellukset
CE3MN-valettu ruostumaton teräs on valittu sovelluksiin, joissa korkea mekaaninen lujuus, erinomainen paikallisen korroosionkestävyys, ja rakenteellinen luotettavuus vaikeissa käyttöolosuhteissa vaaditaan samanaikaisesti.
Valettu super-duplex-laatu, se sopii erityisen hyvin monimutkaisiin, paksuseinäisiä, painetta sisältävät komponentit, joita on vaikea tai epätaloudellista valmistaa takotuotteista.
Öljy & kaasu- ja petrokemianteollisuus
- Venttiilirungot ja venttiilikomponentit (palloventtiilit, luistiventtiilit, takaiskuventtiilit) happamaan palveluun ja korkean kloridin ympäristöihin
- Pumppauskotelot ja juoksupyörät meriveden käsittelyyn, tuotettua vettä, tai aggressiivisia hiilivetyseoksia
- Jakotukit ja virtauksen ohjauskomponentit altistuu korkealle paineelle, eroosio, ja syövyttäviä nesteitä
Offshore- ja meritekniikka
- Meriveden käsittelyjärjestelmät (pumppukotelot, siivilät, venttiililohkot)
- Offshore-alustojen rakennevalut altistuu jatkuvasti merivedelle
- Suolanpoistolaitoksen komponentit mukaan lukien suolavesipumput ja venttiilirungot
Kemianteollisuus ja prosessiteollisuus
- Reaktorin sisäosat ja kotelot alttiina sekahapoille, kloridit, ja kohonneet lämpötilat
- Lämmönvaihtimen komponentit kuten kanavapäät ja vesilaatikot
- Sekoittimen kotelot ja pumppukomponentit aggressiivisessa kemian palvelussa
Sähköntuotanto ja energiajärjestelmät
- Jäähdytysvesijärjestelmät lämpö- ja ydinvoimalaitoksissa
- Savukaasujen rikinpoisto (FGD) järjestelmän komponentit
- Korkeapaineiset vedenkäsittelyvalut uusiutuvan energian laitoksissa
Sellu, paperia, ja ympäristötekniikka
- Ruoansulatus- ja valkaisujärjestelmän komponentit
- Pumput, sekoittimet, ja venttiilirungot alttiina kloridipitoisille ja emäksisille väliaineille
- Jäteveden ja jäteveden käsittelylaitteet
Kaivostoiminta, mineraalien käsittely, ja lietteen käsittelyyn
- Lietepumppujen kotelot ja juoksupyörät
- Käyttää- ja korroosionkestävät kotelot mineraalien kuljetusjärjestelmiin
Erittäin eheät painetta sisältävät komponentit
- Paineastian komponentit
- Paksuseinäiset valukotelot ja kannet
- Mittatilaustyönä valmistetut valuosat monimutkaisilla sisäosilla
10. Vertailu muihin vaihtoehtoisiin materiaaleihin
CE3MN-valettu duplex ruostumaton teräs valitaan usein muiden ruostumattomien terästen edelle, superausteniittiset seokset, ja nikkelipohjaiset seokset sen vuoksi ainutlaatuinen yhdistelmä korroosionkestävyyttä, mekaaninen lujuus, ja kustannustehokkuus valumuodossa.
Seuraava vertailu korostaa sen suhteellista suorituskykyä ja sovellusten soveltuvuutta.
| Omaisuus / Kriteeri | CE3MN (Cast Duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316Lens / 1.4404 (Austeniittinen SS) | 904Lens / 1.4539 (Superausteniittinen SS) | Nikkelipohjaiset seokset (ESIM., Hastelloy C-22) |
| Korroosionkestävyys | Erinomainen pistekestävyys, raon korroosio, ja jännityskorroosio kloridiympäristöissä; Puu ≈ 40 | Kohtuullinen; altis pistemäisyydelle/rakoille runsaasti kloridia sisältävissä väliaineissa | Erittäin korkea; vertailukelpoinen PREN (≈ 40–42), vahva haponkestävyys | Erinomaista hapettavissa ja pelkistävissä hapoissa |
| Mekaaninen lujuus | Voimakkuus (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); hyvä sitkeys | Kohtuullinen (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Kohtalainen; pienempi kuin duplex-tuotto | Korkea, mutta usein kallista valmistaa |
Vaihe / Mikrorakenne |
Dupleksi (ferriitti + austeniitit) optimaaliseen lujuus-korroosion tasapainoon | Täysin austeniittista | Täysin austeniittista | Täysin austeniittista tai monimutkaista |
| Kestävyys | Erinomainen komplekseihin, paksuseinäisiä osia; pienempi kutistuminen kuin korkeaseosteiset austeniittiset materiaalit | Hyvä, mutta pienempi lujuus paksuissa osissa | Huono; kalliita suurille valukappaleille | Vaikea; korkeat kustannukset, monimutkainen sulamisen hallinta |
Suorituskyky kohotetussa lämpötilassa |
Kohtuullinen; sopiva ≤ 300–350 °C; rajoitettu ryyppy | Kohtuullinen; austeniitti pehmenee korkeassa T:ssä | Kohtuullinen; hieman parempi kuin 316L | Erinomainen; kestää 400-600 °C aggressiivisissa väliaineissa |
| Maksaa & Saatavuus | Kohtuullinen; taloudellisempi kuin 904L ja nikkeliseokset | Matala; laajasti saatavilla | Korkea; rajalliset valutoimittajat | Erittäin korkea; erikoisseos |
| Tyypilliset sovellukset | Venttiilit, pumput, kloridipitoiset painekotelot, korkea paine, kemian palvelu | Yleiset kemialliset laitteet, ruoka, vedenkäsittely | Haponkestävät säiliöt, lämmönvaihtimet | Erittäin aggressiiviset kemialliset prosessit, äärimmäisiä lämpötiloja tai korroosiota |
Avaimet takeawayt:
- CE3MN vs 316L: CE3MN tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden kloridi- ja aggressiivisissa kemiallisissa ympäristöissä, suuremmalla vahvuudella, joten se sopii erinomaisesti korkeapaineisille tai paksuseinäisille komponenteille.
- CE3MN vs 904L: CE3MN tarjoaa paremman mekaanisen lujuuden ja valuvuuden, usein halvemmalla, kun taas 904L on parempi ohutseinäisille, erittäin haponkestäviä komponentteja.
- CE3MN vs nikkelipohjaiset metalliseokset: Nikkeliseokset toimivat paremmin äärimmäisissä syövyttävissä ja korkeissa lämpötiloissa,
mutta CE3MN tarjoaa taloudellinen tasapaino voimasta, korroosionkestävyys, ja valmistettavuus useimpiin teollisiin sovelluksiin.
11. Johtopäätös
CE3MN valettu duplex ruostumaton teräs on tarkoitukseen valmistettu metalliseos vaativiin syövyttäviin ja mekaanisesti kuormitettuihin ympäristöihin, joissa vaaditaan monimutkaisia valugeometrioita.
Sen super-duplex kemia tarjoaa houkuttelevan yhdistelmän suurta lujuutta ja erinomaista paikallista korroosionkestävyyttä – mutta nämä edut ilmenevät vasta sulattaessa, valu, liuoshehkutus ja valmistus suoritetaan kurinalaisesti erottelun ja hauraan metallien välisen saostumisen välttämiseksi.
Kriittisille teollisille tai vedenalaisille komponenteille, CE3MN:n hankkiminen todistetuilta toimittajilta tiukalla pätevyydellä ja testauksella tuottaa kestävää, korkean suorituskyvyn valut, jotka oikeuttavat materiaali- ja käsittelypalkkion.
