1. Izvršni sažetak
CE3MN je lijevani pandan kovanim super-dupleks legurama (Npr., US S32750): ono kombinira vrlo visok sadržaj kroma (≈24–26 %), značajan molibden (≈3–4 %), povišeni nikal (≈6–8 %), kontrolirani bakar i dušik
za proizvodnju dvofazne mikrostrukture s visokom granicom razvlačenja, izvrsna otpornost na rupičastu/pukotinsku koroziju i znatno poboljšana otpornost na pucanje uslijed korozije izazvano kloridom u odnosu na konvencionalne austenite.
Njegov lijevani oblik omogućuje složene geometrijske komponente za teške uvjete (tijela ventila, pumpa, razmazi), ali zahtijeva strogu kontrolu procesa (topljenje, skrućivanje, Rješenje) da isporuči očekivane performanse i da izbjegne krtost intermetalnih faza.
2. Što je CE3MN lijevani dupleks nehrđajući čelik?
CE3MN lijevani duplex nehrđajući čelik je visokih performansi, dvofazni (feritno-austenitni) nehrđajuća legura dizajnirana posebno za zahtjevna korozivna i mehanički opterećena okruženja gdje konvencionalni austenitni ili feritni nehrđajući čelici ne pružaju odgovarajuću izdržljivost.
Spada u obitelj super-dupleks nehrđajućeg čelika, razlikuje se po povišenom kromu (CR), molibden (Mokar), dušik (N) i nikla (U) sadržaji koji donose izuzetnu kombinaciju jačina, lokalizirana otpornost na koroziju i otpornost na pukotine.
U standardiziranoj nomenklaturi, CE3MN se obično spominje u specifikacijama lijevanja kao što su ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 ocjene (na primjer CD3MWCuN, također se prodaje kao "6A"). Njegov UNS oznaka je J93404.
Široko je prihvaćen kao lijevani ekvivalent kovanom super-dupleks nehrđajućem čeliku kao 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 duplex nehrđajući čelici (Npr., 2205) i legure na bazi nikla
maksimiziranjem otpornosti na koroziju (posebno rupičasta i pukotinska korozija u kloridnim sredinama) uz zadržavanje dobrih mehaničkih svojstava, zavarljivost i isplativost za velike ili složene lijevane dijelove.
Često se bira za tijela ventila, pumpa, razdjelnici i podmorske komponente u ulje & plin, petrokemijski, morski, desalinizacija i elektroprivreda.
3. Kemijski sastav CE3MN lijevanog dupleks nehrđajućeg čelika
| Element | Tipični raspon (WT%) | Uloga / komentar |
| CR (Krom) | 24.0 - 26.0 | Primarni element za pasivnost i opću otpornost na koroziju; veliki suradnik PREN. |
| U (Nikla) | 6.0 - 8.0 | Austenitni stabilizator; poboljšava žilavost i pomaže u postizanju duplex fazne ravnoteže. |
| Mokar (Molibden) | 3.0 - 4.0 | Snažno povećava otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju; ključni suradnik PREN-a. |
| N (Dušik) | 0.14 - 0.30 | Snažan pojačivač otpornosti na rupičastu pojavu i čvrstoće (množi se u PREN formuli); kritičan za dvostruku izvedbu. |
| Pokrajina (Bakar) | 0.3 - 1.5 | Prisutan u nekim vrstama lijeva za poboljšanje otpornosti u određenim redukcijskim okruženjima i za modificiranje skrućivanja. |
C (Ugljik) |
≤ 0.03 | Održava se na niskoj razini kako bi se ograničilo taloženje karbida i međukristalna krtost. |
| MN (Mangan) | ≤ 2.0 | Deoksidans / djelomični formirač austenita; kontrolirati kako bi se izbjeglo prekomjerno stvaranje inkluzija ili segregacija. |
| I (Silicij) | ≤ 1.0 | Deoksidans; ograničeno na kontrolu oksidacije i stvaranja inkluzija. |
| P (Fosfor) | ≤ 0.03 | Kontrola nečistoća — održava se na niskoj razini kako bi se očuvala žilavost. |
| S (Sumpor) | ≤ 0.01 | Nečistoća — minimizirana kako bi se izbjegle vruće pukotine i gubitak duktilnosti. |
| FE (Željezo) | Uravnotežiti (≈ 40–50%) | Ostatak legure — ferit + austenitna matrica. |
4. Mikrostruktura i ravnoteža faza
- Dvofazna struktura: CE3MN je namjerno dupleks — ferit (d) + Austenit (c).
Mehanička i korozijska svojstva izravna su funkcija fazni udio, kemija particioniranje i mikrostrukturna homogenost. - Ravnoteža ciljne faze: Obično ciljajte na ~40–60% ferita; previše ferita smanjuje žilavost i zavarljivost; premalo ferita smanjuje čvrstoću i otpornost na kloridno pucanje uslijed korozije.
- Intermetalni rizik: Sporo hlađenje, nepravilni toplinski ciklusi (ili lokalno dogrijavanje) promovirati str (sigma), h, i drugi intermetali bogati kromom koji su krhki, Cr/Mo-bogati i Ni-siromašni; oni dramatično smanjuju žilavost i otpornost na koroziju.
5. Tipično fizičko & mehanička svojstva — CE3MN (lijevani super-dupleks nehrđajući čelik)
Opseg & upozorenja: vrijednosti ispod su tipični inženjerski rasponi za lijevani CE3MN/J93404 u ispravno žarenom stanju.
Kasting (posebno velike/debele dijelove) pokazuju veću raspršenost od kovanih proizvoda i osjetljivi su na veličinu presjeka, toplotna obrada, i stvarna ravnoteža faza (d/c).
Za projektiranje i rad kritičan za sigurnost uvijek koristite ispitne podatke ovjerene od dobavljača za specifičnu toplinu/lot i potvrdite testovima na djelimičnoj razini.
Fizička svojstva (tipičan)
| Imovina | Tipična vrijednost (lijevani CE3MN, otopinom kaljeno) | Komentar |
| Gustoća | ≈ 7.8 - 8.0 g·cm⁻³ | Slično drugim nehrđajućim legurama; koristiti 7.85 g/cm³ za izračun mase. |
| Topljenje / raspon skrućivanja | ≈ 1,375 - 1,425 ° C | Široki raspon skrućivanja zahvaljujući visokom legiranju; utječe na hranjenje i skupljanje. |
| Toplinska vodljivost (20 ° C) | ≈ 12 - 18 W·m⁻¹·K⁻¹ | Niži od ugljičnih čelika; utječe na toplinske gradijente tijekom lijevanja i zavarivanja. |
| Specifična toplina (20 ° C) | ≈ 420 - 500 J·kg⁻¹·K⁻¹ | Koristite ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ za toplinske izračune. |
Koeficijent toplinskog širenja (20–300 ° C) |
≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Niži od mnogih austenitnih stupnjeva; važno kod spajanja s drugim metalima. |
| Youngov modul (sobna temp) | ≈ 190 - 210 GPA | Za upotrebu elastičnog dizajna 200 GPa konzervativno. |
| Električni otpor (20 ° C) | ≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m | Tipični raspon od nehrđajućeg čelika; varira s točnim sastavom. |
| Magnetizam | Blago feritno; može pokazati slab magnetski odgovor | Potpuno austenitna područja nemagnetska; duplex pokazuje blagi magnetizam zbog ferita. |
Mehanička svojstva (tipičan, lijevani oblik žaren otopinom)
| Imovina | Tipični raspon | Bilješke |
| Snaga popuštanja (RP0.2) | ≈ 400 - 550 MPA | Mnogo viši od nehrđajućeg čelika serije 300; ovisi o sekciji, toplinska obrada i feritna frakcija. |
| Zatečna čvrstoća (RM) | ≈ 750 - 900 MPA | Koristite certificirane podatke o seriji za dopuštena naprezanja. |
| Produženje (A, % u 50 mm) | ≈ 10 - 25 % | Lijevani dijelovi se kreću prema donjem kraju; deblji presjeci i zaostali σ/χ smanjuju duktilnost. |
Tvrdoća (HB) |
≈ 220 - 360 HB | Vrijednosti lijevanog super-dupleksa variraju s mikrostrukturom i svim intermetalima; tvrdoća je u korelaciji sa čvrstoćom i krtošću. |
| Charpyjev udar s V-zarezom | ≈ 30 - 120 J (sobna temp) | Širok raspon: cast, veličina presjeka i talozi dovode do rasipanja—mjerite za kritične dijelove. |
Žilavost loma (K_IC, približan) |
≈ 50 - 120 MPa·√m | Jako ovisi o mikrostrukturi, veličina zareza i metoda ispitivanja; koristiti mehaniku loma specifičnu za dio gdje je to potrebno. |
| Umor (rotirajuće savijanje / izdržljivost) | Indikativna izdržljivost ≈ 250 - 400 MPA | Površinska obrada, zaostalo naprezanje i poroznost dominiraju vijekom trajanja od zamora—kvantificirajte eksperimentalno. |
| Otpornost na puzanje | Umjeren (ne visokotemperaturna legura puzanja) | Prikladno za povremeno izlaganje povišenoj temperaturi; ne preporučuje se za trajno puzanje pod visokim naprezanjem iznad ~350–400 °C bez kvalifikacije. |
Ponašanje pri povišenoj temperaturi & servisno vođenje
- Praktična stalna radna temperatura: tipično ≤ ~300 °C za aplikacije osjetljive na koroziju; mehanička čvrstoća progresivno će opadati s temperaturom.
- Kratkotrajna izloženost: materijal zadržava razumnu čvrstoću do ~400–500 °C, ali dugotrajna izloženost rizikuje taloženje intermetala (a, h) koji krti leguru.
- jeza & prekid stresa: CE3MN nudi bolju čvrstoću na visokim temperaturama nego mnogi austeniti, ali je ne zamjena za legure na bazi nikla gdje je potrebno dugotrajno puzanje.
Za dugotrajno opterećenje pri povišenoj temperaturi odaberite odgovarajući materijal s ocjenom puzanja i provedite ispitivanje puzanja.
6. Ponašanje pri lijevanju i izazovi skrućivanja
Dizajn CE3MN kao lijevana legura omogućuje jednodijelne komponente sa složenim unutarnjim prolazima, integrirane značajke i manje spojeva — prednosti u učinkovitosti proizvodnje, minimiziranje curenja i cjelovitost dijela u usporedbi s izradom od višestrukih otkovaka ili zavarivanja.
Lijevanje CE3MN uvodi rizike specifične za proces:
- Neravnotežno skrućivanje i segregacija: interdendritička rezidualna tekućina postaje obogaćena Cr, Ja i Ni (ili obrnuto osiromašeni ovisno o koeficijentima raspodjele elemenata),
proizvodeći lokalne kemijske varijacije koje mogu potaknuti stvaranje intermetala (s/h) u lijevanom stanju. - Širok raspon smrzavanja: visok sadržaj legure proširuje interval skrućivanja, povećavajući rizik od skupljanja i poteškoće u hranjenju—zahtijeva pažljiv dizajn dizanja, zimica i strategija hranjenja.
- Vruće kidanje i vruće pucanje: duplex lijevane legure mogu biti osjetljive na vruće kidanje ako se ne upravlja ograničenjem i toplinskim gradijentima; pročišćavanje zrna i optimizacija strijele pomažu.
- Površinski i unutarnji nedostaci: poroznost (plin i skupljanje), uvlačenje oksida i inkluzije su uobičajeni ako kontrola taljenja i filtracija nisu dovoljni.
Smanjenje: precizna kontrola kemije taline, keramičko-pjenasta filtracija, nagaranje, optimizirani raspored otvora i dodavača vođen simulacijom skrućivanja, i žarenje otopinom nakon lijevanja su bitni.
7. Toplotna obrada, zavarivanje, i kontrole proizvodnje
Otopina žarenja & ugasiti
- Svrha: otopiti lijevane intermetalne spojeve i homogenizirati kemiju kako bi se postigla željena dupleks ravnoteža.
- Tipična praksa: otopina žariti u rasponu 1,050–1100 °C (točan raspon ovisi o dijelu dijela) nakon čega slijedi brzo gašenje kako bi se izbjeglo ponovno taloženje intermetala.
- upozorenja: veliki/debeli odljevci zahtijevaju vrijeme zadržavanja i strategije kaljenja prilagođene veličini presjeka; nedovoljno otapanje ostavlja zaostali σ/χ i segregaciju.
Zavarivanje & termičko rezanje
- Metalurgija zavara: potrošni materijal treba odabrati tako da odgovara ili malo premašuje kemijski sastav legure i da promiče uravnoteženi omjer faza u ZUT/metalu zavara.
- Kontrola unosa topline: prekomjerni ili nepravilno sekvencirani unos topline pomiče faznu ravnotežu i može lokalno precipitirati σ/χ.
- Obrada nakon zavarivanja: za kritične sklopove, može biti potrebno žarenje u otopini nakon zavarivanja ili lokalna toplinska obrada za obnovu mikrostrukture.
- Oprez pri termičkom rezanju: kako se uočava u praksi, predgrijavanje + lokalno vruće rezanje (Npr., kisikovo gorivo) nakon čega slijedi polagano hlađenje može proizvesti taloženje σ/χ i krtost na reznom rubu;
najbolja praksa je da tretirati otopinom prije bilo kakvog termičkog rezanja ili koristiti hladno rezanje (piljenje) nakon čega slijedi žarenje otopinom.
8. Uobičajeni nedostaci i načini kvarova (praktični fokus)
- a / χ intermetalno taloženje: formira se u interdendritičnim i α/γ sučeljima pri sporom hlađenju ili tijekom toplinske izloženosti nakon lijevanja; uzrokuje krtost i osjetljivost na koroziju.
- Segregacija (Ni/Cr/Mo podjela): dovodi do lokalne PREN depresije i preferencijalnog napada.
- Plinska i skupljajuća poroznost: smanjiti nosivi presjek i vijek trajanja od zamora.
- Vruće suzenje: od ograničenog skrućivanja u debelim presjecima.
- Krtost izazvana toplinskim rezanjem: rezanje uspona na lijevanim komponentama bez prethodnog žarenja otopinom može precipitirati σ/χ u korijenu reza i započeti pucanje (praktični lijek: otopina žariti prije toplinskog rezanja ili hladne pile zatim otopiti).
9. Tipične primjene CE3MN lijevanog dupleks nehrđajućeg čelika
CE3MN lijevani duplex nehrđajući čelik odabran je za primjene gdje visoka mehanička čvrstoća, izvrsna otpornost na lokaliziranu koroziju, i strukturalna pouzdanost u teškim uvjetima rada su istovremeno potrebni.
Kao lijevani super-dupleks kvalitet, posebno je prikladan za složene, debelih stijenki, komponente pod pritiskom koje je teško ili neekonomično proizvesti od kovanih proizvoda.
Ulje & plinska i petrokemijska industrija
- Tijela ventila i komponente ventila (kuglasti ventili, ventili za vrata, povratni ventili) za kiselu uslugu i okruženja s visokim udjelom klorida
- Kućišta pumpe i ronilaca rukovanje morskom vodom, proizvedena voda, ili agresivne smjese ugljikovodika
- Razdjelnici i komponente za kontrolu protoka izložena visokom pritisku, erozija, i korozivne tekućine
Pučinsko i pomorsko inženjerstvo
- Sustavi za rukovanje morskom vodom (Kućiva pumpe, cjedila, blokovi ventila)
- Odljevci konstrukcije offshore platforme podložni kontinuiranoj izloženosti morskoj vodi
- Komponente postrojenja za desalinizaciju uključujući pumpe za slanu vodu i tijela ventila
Kemijska i procesna industrija
- Unutrašnji dijelovi i kućišta reaktora izložen miješanim kiselinama, kloridi, i povišene temperature
- Komponente izmjenjivača topline kao što su glave kanala i vodene kutije
- Kućišta mješalica i komponente pumpe u agresivnoj kemijskoj službi
Proizvodnja električne energije i energetski sustavi
- Sustavi rashladne vode u termo i nuklearnim elektranama
- Odsumporavanje dimnih plinova (FGD) komponente sustava
- Odljevci za rukovanje vodom pod visokim pritiskom u objektima obnovljive energije
Pulpa, papir, i inženjerstvo zaštite okoliša
- Digester i komponente sustava za izbjeljivanje
- Pumpe, miješalice, i tijela ventila izloženi kloridima bogatim i alkalnim medijima
- Oprema za pročišćavanje otpadnih voda i otpadnih voda
Rudarstvo, obrada minerala, i rukovanje gnojovkom
- Kućišta i impeleri pumpi za gnojnicu
- Nositi- i kućišta otporna na koroziju za transportne sustave minerala
Komponente visokog integriteta koje sadrže pritisak
- Komponente tlačne posude
- Lijevana kućišta i poklopci debelih stijenki
- Lijevani dijelovi izrađeni po narudžbi sa složenim unutarnjim prolazima
10. Usporedba s drugim alternativnim materijalima
CE3MN lijevani dupleks nehrđajući čelik često se odabire u odnosu na druge nehrđajuće čelike, super-austenitne legure, i legure na bazi nikla zbog svoje jedinstvena kombinacija otpornosti na koroziju, mehanička čvrstoća, i isplativost u lijevanom obliku.
Sljedeća usporedba naglašava njegove relativne performanse i prikladnost primjene.
| Imovina / Kriterij | CE3MN (Cast Duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L / 1.4404 (Austenitni SS) | 904L / 1.4539 (Super-austenit SS) | Legure na bazi nikla (Npr., Hastelloy C-22) |
| Otpor korozije | Izvrsna otpornost na piting, korozija pukotine, i korozija naprezanja u kloridnim sredinama; Drvo ≈ 40 | Umjeren; sklon nastajanju rupa/pukotina u medijima s visokim udjelom klorida | Vrlo visoko; usporedivi PREN (≈ 40–42), jaka otpornost na kiseline | Izvanredan u oksidacijskim i redukcijskim kiselinama |
| Mehanička čvrstoća | Visoka snaga (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); Dobra žilavost | Umjeren (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Umjeren do visok; niži od duplexa u prinosu | Visok, ali često skupo za izradu |
Faza / Mikrostruktura |
Dupleks (ferit + Austenit) za optimiziranu ravnotežu čvrstoće i korozije | Potpuno austenit | Potpuno austenit | Potpuno austenitan ili kompleksan |
| Odljenost | Izvrsno za kompleks, dijelovi debelih stijenki; manje skupljanje nego visokolegirani austenitici | Dobro, ali manja čvrstoća u debelim presjecima | Siromašan; skupo za velike odljevke | Težak; visoka cijena, složena kontrola taljenja |
Performanse na povišenoj temperaturi |
Umjeren; prikladno ≤ 300–350 °C; ograničeno puzanje | Umjeren; austenit omekšava pri visokoj T | Umjeren; nešto bolji od 316L | Izvrstan; može izdržati 400–600 °C u agresivnim medijima |
| Koštati & Raspoloživost | Umjeren; ekonomičniji od 904L i legura nikla | Nizak; široko dostupan | Visok; ograničeni dobavljači odljevaka | Vrlo visoko; specijalna legura |
| Tipične primjene | Ventili, pumpe, tlačna kućišta bogata kloridima, visokog pritiska, kemijska služba | Opća kemijska oprema, hrana, rukovanje vodom | Cisterne otporne na kiseline, izmjenjivači topline | Visoko agresivni kemijski procesi, ekstremne temperature ili korozije |
Ključni zahvati:
- CE3MN protiv 316L: CE3MN nudi daleko bolju otpornost na koroziju u kloridnim i agresivnim kemijskim okruženjima, s većom snagom, što ga čini idealnim za visokotlačne komponente ili komponente debelih stijenki.
- CE3MN u odnosu na 904L: CE3MN osigurava veću mehaničku čvrstoću i mogućnost lijevanja, često po nižoj cijeni, dok je 904L poželjniji za tankostjenu, komponente vrlo otporne na kiseline.
- CE3MN u odnosu na legure na bazi nikla: Legure nikla su bolje u ekstremnim korozivnim uvjetima i uvjetima visoke temperature,
ali CE3MN pruža ekonomska ravnoteža snage, otpor korozije, i mogućnost izrade za većinu industrijskih primjena.
11. Zaključak
CE3MN lijevani dupleks nehrđajući čelik je namjenska legura za zahtjevna korozivna i mehanički opterećena okruženja gdje su potrebne složene geometrije lijeva.
Njegov super-dupleksna kemija pruža atraktivnu kombinaciju visoke čvrstoće i izvrsne otpornosti na lokaliziranu koroziju — ali te se prednosti materijaliziraju tek kada se tope, lijevanje, žarenje otopinom i izrada provode se disciplinirano kako bi se izbjegla segregacija i krhka intermetalna taloženja.
Za kritične industrijske ili podmorske komponente, nabava CE3MN od dokazanih dobavljača sa rigoroznom kvalifikacijom i testiranjem dat će izdržljivost, odljevci visokih performansi koji opravdavaju premiju materijala i obrade.
