1. エグゼクティブサマリー
CE3MN は、鍛造超二相合金の鋳造品です。 (例えば, US S32750): それは組み合わせる 非常に高いクロム (≈24～26 %), 大量のモリブデン (≈3～4 %), ニッケルの上昇 (≈6～8 %), 銅と窒素を管理
高い降伏強度を備えた二相微細構造を生成する, 従来のオーステナイト系と比較して、孔食/隙間腐食に対する優れた耐性と、塩化物による応力腐食割れに対する耐性が大幅に向上.
鋳造フォームにより、過酷な環境に対応する複雑な形状のコンポーネントが可能になります (バルブ本体, ポンプケース, 多様体), ただし厳密なプロセス管理が必要 (溶融, 凝固, ソリューションアニール) 期待される性能を発揮し、脆化する金属間相を回避します。.
2. CE3MN鋳造二相ステンレス鋼とは?
CE3MN キャスト二重 ステンレス鋼 高性能です, 二相 (フェライト系オーステナイト系) 特別に設計されたステンレス合金 腐食性や機械的応力が要求される環境 従来のオーステナイト系またはフェライト系ステンレス鋼では十分な耐久性が得られない場合.
それはに属します 超二相ステンレス鋼ファミリー, 高クロムによって区別される (Cr), モリブデン (モー), 窒素 (N) そしてニッケル (で) の優れた組み合わせを提供するコンテンツ 強さ, 耐局部腐食性と耐クラック性.
標準化された命名法では, CE3MN は、次のような鋳造仕様で一般的に参照されます。 ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 成績 (例えば CD3MWCuN, 「6A」としても販売されています). その UNS指定はJ93404です.
超二相ステンレス鍛錬鋼と同等の鋳物として広く受け入れられています。 US S32750 / ASTM A F55, 軽量の場合に使用されます, 複雑な形状または高い耐食性を備えた一体型コンポーネントが必要.
CE3MN の背後にある概念的な目標は、次のようなギャップを埋めることです。 従来の二相ステンレス鋼 (例えば, 2205) そして ニッケル基合金
耐食性を最大限に高めることにより (特に塩化物環境での孔食や隙間腐食) 良好な機械的性能を維持しながら, 大型または複雑な鋳造部品の溶接性とコスト効率.
よく選ばれているのが、 バルブ本体, ポンプケース, 多様体と海底コンポーネント で 油 & ガス, 石油化学, 海洋, 海水淡水化および電力産業.
3. CE3MN鋳造二相ステンレス鋼の化学組成
| 要素 | 典型的な範囲 (wt％) | 役割 / コメント |
| Cr (クロム) | 24.0 – 26.0 | 不動態性と耐一般腐食性の主要要素; PREN への主要な貢献者. |
| で (ニッケル) | 6.0 – 8.0 | オーステナイト安定剤; 靭性を向上させ、二相相バランスの達成に役立ちます. |
| モー (モリブデン) | 3.0 – 4.0 | 耐孔食性および耐すきま腐食性を大幅に向上; PREN の主要な貢献者. |
| N (窒素) | 0.14 – 0.30 | 強力な耐孔食性と強度向上剤 (PREN 式で乗算します); 二重化のパフォーマンスにとって重要. |
| 銅 (銅) | 0.3 – 1.5 | 特定の還元環境における耐性を向上させ、凝固挙動を変更するために、一部の鋳造グレードに含まれています。. |
C (炭素) |
≤ 0.03 | 炭化物の析出と粒界脆化を制限するために低く保たれます。. |
| ん (マンガン) | ≤ 2.0 | 脱酸素剤 / 部分オーステナイトフォーマー; 過度の介在物の形成や偏析を避けるために制御される. |
| そして (シリコン) | ≤ 1.0 | 脱酸素剤; 酸化と介在物形成の制御に限定される. |
| P (リン) | ≤ 0.03 | 不純物制御 — 靭性を維持するために不純物を低く抑えます. |
| S (硫黄) | ≤ 0.01 | 不純物 — 高温割れや延性の損失を避けるために最小限に抑えられています。. |
| 鉄 (鉄) | バランス (≈ 40 ～ 50%) | 合金の残り - フェライト + オーステナイト母相. |
4. 微細構造と位相バランス
- 二相構造: CE3MN は意図的に二重化されています - フェライト (d) + オーステナイト (c).
機械的特性と腐食特性は、 相分率, 化学の分割 そして 微細構造の均一性. - 目標位相バランス: 通常、フェライト含有率は約 40 ～ 60% を目指します; フェライトが多すぎると靭性と溶接性が低下します; フェライトが少なすぎると、強度と塩化物応力腐食割れに対する耐性が低下します。.
- 金属間化合物のリスク: ゆっくりと冷却, 不適切な熱サイクル (または局所再加熱) pを促進する (シグマ), h, およびその他のクロムを豊富に含む金属間化合物 脆い, Cr/Mo が豊富で Ni が少ない; これらは靭性と耐食性を劇的に低下させます.
5. 典型的な身体的 & 機械的特性 — CE3MN (鋳造超二相ステンレス鋼)
範囲 & 注意事項: 以下の値は 適切に溶体化処理された状態での鋳造 CE3MN/J93404 の一般的なエンジニアリング範囲.
キャスティング (特に大きい/厚いセクション) 鍛造製品よりもばらつきが大きく、断面サイズの影響を受けやすい, 熱処理, と実際の位相バランス (DC).
設計および安全性が重要な作業の場合は、比熱/ロットに関するサプライヤー認定のテスト データを常に使用し、部品レベルのテストで検証してください。.
物理的性質 (典型的な)
| 財産 | 代表値 (キャスト CE3MN, 溶体化処理) | コメント |
| 密度 | ≈ 7.8 – 8.0 g・cm⁻³ | 他のステンレス合金と同様; 使用 7.85 質量計算用の g/cm3. |
| 溶融 / 凝固範囲 | ≈ 1,375 – 1,425 ℃ | 高合金化による広い凝固範囲; 送りと収縮に影響を与える. |
| 熱伝導率 (20 ℃) | ≈ 12 – 18 w・m⁻¹・k⁻¹ | 炭素鋼よりも低い; 鋳造および溶接時の温度勾配に影響を与える. |
| 比熱 (20 ℃) | ≈ 420 – 500 j・kg⁻¹・k⁻¹ | 熱計算には ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ を使用します. |
熱膨張係数 (20–300°C) |
≈ 12.5 – 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | 多くのオーステナイトグレードよりも低い; 他の金属と接合する場合に重要. |
| ヤング率 (室温) | ≈ 190 – 210 GPa | 伸縮性のあるデザインに使用 200 保守的にGPa. |
| 電気抵抗率 (20 ℃) | ≈ 0.6 – 0.9 μΩ・m | 代表的なステンレス製品; 正確な組成によって異なります. |
| 磁気 | わずかにフェライト系; 弱い磁気反応を示す可能性があります | 完全にオーステナイト領域の非磁性; 二相はフェライトにより弱い磁性を示します. |
機械的性質 (典型的な, 溶体化処理された鋳造フォーム)
| 財産 | 典型的な範囲 | 注意事項 |
| 降伏強さ (RP0.2) | ≈ 400 – 550 MPa | 300シリーズステンレス鋼よりもはるかに高い; セクションによって異なります, 熱処理とフェライト分率. |
| 抗張力 (rm) | ≈ 750 – 900 MPa | 許容応力には認定ロットデータを使用する. |
| 伸長 (あ, % で 50 mm) | ≈ 10 – 25 % | 鋳造部品は低価格帯に向かう傾向にある; より厚いセクションと残留 σ/χ により延性が低下します. |
硬度 (HB) |
≈ 220 – 360 HB | 鋳造超二相値は微細構造および金属間化合物によって異なります。; 硬度は強度と脆化に相関します. |
| シャルピー V ノッチ インパクト | ≈ 30 – 120 J (室温) | 幅広い範囲: キャスト, 断面サイズと析出物が飛散につながる - 重要な部品の測定. |
破壊靱性 (K_IC, 近似) |
≈ 50 – 120 MPA・√m | 微細構造に大きく依存する, ノッチサイズと試験方法; 必要に応じて部品固有の破壊力学を使用する. |
| 倦怠感 (回転曲げ / 持久力) | 耐久力の目安 ≈ 250 – 400 MPa | 表面仕上げ, 残留応力と気孔率が疲労寿命を支配 - 実験的に定量化. |
| 耐クリープ性 | 適度 (高温クリープ合金ではない) | 断続的な高温への曝露に適しています; 資格なしで ~350 ～ 400 °C を超える持続的な高応力クリープ作業には推奨されません. |
高温時の挙動 & サービス案内
- 実用連続使用温度: 通常 ≤ ~300 °C 腐食に敏感な用途向け; 機械的強度は温度とともに徐々に低下します.
- 短期暴露: 材料は約 400 ～ 500 °C まで適度な強度を維持しますが、長期間暴露すると金属間化合物が析出する危険性があります。 (a, h) 合金を脆化させるもの.
- クリープ & 応力破壊: CE3MN は、多くのオーステナイトよりも優れた高温強度を備えていますが、 ない 長期クリープが必要な場合のニッケル基合金の代替品.
高温での持続荷重については、適切なクリープ定格材料を選択し、クリープ試験を実行してください。.
6. 鋳造挙動と凝固に関する課題
CE3MNのデザインは、 鋳造合金 複雑な内部通路を備えた一体型コンポーネントを実現, 統合された機能と少ない接合部 – 製造効率における利点, 複数の鍛造品または溶接品からの製造と比較して、漏れの最小化と部品の完全性.
鋳造 CE3MN はプロセス固有のリスクを導入します:
- 非平衡凝固と偏析: 樹枝状結晶間の残留液体は Cr が豊富になります, 私とニー (または逆に、要素分配係数に応じて枯渇します),
金属間化合物の形成を促進する可能性のある局所的な化学変化を生成する (秒/時) 鋳放しの状態で. - 広い凍結範囲: 合金含有量が高いと凝固間隔が広がります, 収縮リスクが増大し、供給が困難になるため、慎重なライザー設計が必要になります, 悪寒と摂食戦略.
- 熱間引き裂きと熱間亀裂: 二相鋳造合金は、拘束と熱勾配が管理されていない場合、熱間引き裂きを受けやすい可能性があります。; 粒子の微細化とゲートの最適化が役立ちます.
- 表面欠陥と内部欠陥: 気孔率 (ガスと収縮), 溶融制御と濾過が不十分な場合、酸化物の混入と介在物がよく発生します。.
緩和: 正確な溶融化学制御, セラミックフォーム濾過, 脱気, 凝固シミュレーションに基づいて最適化されたゲートとフィーダーのレイアウト, 鋳造後の溶体化焼鈍が不可欠です.
7. 熱処理, 溶接, および製造管理
溶体化焼鈍 & クエンチ
- 目的: 鋳放しの金属間化合物を溶解し、化学的性質を均質化して、望ましい二相バランスを達成します。.
- 典型的な実践方法: 範囲内での溶体化アニール 1,050–1,100°C (正確な範囲は部品セクションによって異なります) 金属間の再析出を避けるために急速に急冷します。.
- 注意事項: 大型/厚い鋳造品には、断面サイズに合わせた保持時間と焼入れ戦略が必要です; 不十分な溶体化により残留 σ/χ と偏析が残る.
溶接 & 熱切断
- 溶接冶金: 消耗品は、合金の化学的性質と一致するかわずかに一致し、HAZ/溶接金属の相比のバランスを促進するように選択する必要があります。.
- 熱入力制御: 過剰な熱入力または不適切な順序の熱入力により位相バランスが変化し、局所的に σ/χ が析出する可能性があります。.
- 溶接後の処理: 重要なアセンブリ用, 微細構造を復元するには、溶接後の溶体化焼き鈍しまたは局所的熱処理が必要になる場合があります。.
- 熱切断に関する注意: 実際に観察されたように, 予熱 + ローカルホットカッティング (例えば, 酸素燃料) その後ゆっくりと冷却します 切断端に σ/χ の析出と脆化が発生する可能性があります;
ベストプラクティスは 熱切断の前に溶体化処理を行う または冷間切削を使用する (のこぎり) 続いて溶体化焼鈍.
8. 一般的な欠陥と故障モード (実践的な焦点)
- a / χ 金属間化合物の析出: 徐冷中または鋳造後の熱曝露中に樹枝状結晶間界面および α/γ 界面に形成されます。; 脆化と腐食感受性を引き起こす.
- 分離 (Ni/Cr/Mo 分割): 局所的なPREN低下と優先的攻撃を引き起こす.
- ガスおよび収縮気孔率: 耐荷重部と疲労寿命の短縮.
- 熱い涙: 厚い部分の拘束された凝固による.
- サーマルカットによる脆化: 事前の溶体化焼きなましを行わずに鋳放し部品のライザーを切断すると、切断ルートで σ/χ が析出し、亀裂が発生する可能性があります。 (現実的な救済策: 熱切断またはコールドソーの前に溶体化焼鈍し、その後溶体化します).
9. CE3MN鋳造二相ステンレス鋼の代表的な用途
CE3MN 鋳造二相ステンレス鋼は、次のような用途に選択されます。 高い機械的強度, 局部腐食に対する優れた耐性, 過酷な使用条件下での構造的信頼性 同時に必要とされる.
鋳造スーパー二相グレードとして, 特に複雑なものに適しています, 厚い壁の, 鍛造製品からの製造が困難または非経済的な圧力を含むコンポーネント.
油 & ガスおよび石油化学産業
- バルブ本体とバルブコンポーネント (ボールバルブ, ゲートバルブ, バルブを確認してください) サワーサービスおよび高塩化物環境向け
- ポンプケーシングとインペラ 海水を扱う, 生産された水, または攻撃的な炭化水素混合物
- マニホールドと流量制御コンポーネント 高圧にさらされる, 浸食, および腐食性流体
海洋および海洋工学
- 海水処理システム (ポンプハウジング, ストレーナー, バルブブロック)
- 海洋プラットフォーム構造鋳物 継続的に海水にさらされる
- 海水淡水化プラントのコンポーネント ブラインポンプとバルブ本体を含む
化学およびプロセス産業
- 原子炉内部構造およびケーシング 混合酸にさらされる, 塩化物, 気温の上昇
- 熱交換器部品 チャンネルヘッドやウォーターボックスなど
- 撹拌機ハウジングとポンプコンポーネント 積極的な化学サービスで
発電およびエネルギーシステム
- 冷却水システム 火力発電所や原子力発電所で
- 排煙脱硫 (FGD) システムコンポーネント
- 高圧水を扱う鋳物 再生可能エネルギー施設内
パルプ, 紙, 環境工学
- 蒸解装置および漂白システムのコンポーネント
- パンプス, ミキサー, およびバルブボディ 塩化物を多く含むアルカリ性媒体にさらされる
- 廃水・排水処理装置
マイニング, 鉱物加工, およびスラリーの取り扱い
- スラリーポンプのケーシングとインペラ
- 着る- 耐食性ハウジング 鉱物輸送システム用
完全性の高い圧力含有コンポーネント
- 圧力容器成分
- 厚肉の鋳造ハウジングとカバー
- カスタム設計の鋳造部品 複雑な内部通路を持つ
10. 他の代替材料との比較
CE3MN 鋳造二相ステンレス鋼は、他のステンレス鋼よりもよく選択されます。, スーパーオーステナイト合金, ニッケル基合金は、 耐食性のユニークな組み合わせ, 機械的強度, キャストフォームのコストパフォーマンスに優れています。.
次の比較は、相対的なパフォーマンスとアプリケーションの適合性を強調しています。.
| 財産 / 基準 | CE3MN (キャストデュプレックス, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L / 1.4404 (オーステナイトSS) | 904L / 1.4539 (スーパーオーステナイトSS) | ニッケル基合金 (例えば, Hastelloy C-22) |
| 耐食性 | 孔食に対する優れた抵抗, 隙間腐食, 塩化物環境での応力腐食; 木材≈ 40 | 適度; 高塩化物媒体では穴あき/亀裂が発生しやすい | 非常に高い; 同等の PREN (≈ 40 ～ 42), 強い耐酸性 | 酸化性および還元性の酸に優れています |
| 機械的強度 | 高強度 (Rp0.2 ≒ 450～550MPa, Rm ≈ 750 ～ 900 MPa); 良好な靭性 | 適度 (Rp0.2 ≒ 200～250MPa, Rm ≒ 500 ～ 600 MPa) | 中程度から高程度; 収率はデュプレックスよりも低い | 高い, しかし、多くの場合、製造コストが高くなります |
段階 / 微細構造 |
デュプレックス (フェライト + オーステナイト) 最適化された強度と腐食のバランスを実現 | 完全オーステナイト系 | 完全オーステナイト系 | 完全オーステナイトまたは複合オーステナイト |
| キャスタビリティ | コンプレックスに最適, 厚肉部品; 高合金オーステナイトよりも収縮が小さい | 良い, ただし、厚い部分では強度が低下します | 貧しい; 大型鋳物には高価 | 難しい; 高価な, 複雑な溶融制御 |
高温での性能 |
適度; 適切な ≤ 300 ～ 350 °C; 限定されたクリープ | 適度; オーステナイトは高温で軟化する | 適度; 316Lより若干良い | 素晴らしい; 攻撃的な媒体中で 400 ～ 600 °C に耐えることができます |
| 料金 & 可用性 | 適度; 904L やニッケル合金よりも経済的 | 低い; 広く利用可能です | 高い; 限られた鋳造サプライヤー | 非常に高い; 特殊合金 |
| 代表的な用途 | バルブ, パンプス, 塩化物が豊富な圧力ハウジング, 高圧, 化学サービス | 一般化学装置, 食べ物, 水の取り扱い | 耐酸タンク, 熱交換器 | 非常に攻撃的な化学プロセス, 極端な温度または腐食 |
キーテイクアウト:
- CE3MN vs 316L: CE3MN は、塩化物および攻撃的な化学環境においてはるかに優れた耐食性を提供します, より高い強度で, 高圧または厚肉のコンポーネントに最適です.
- CE3MN vs 904L: CE3MN はより高い機械的強度と鋳造性を提供します, 多くの場合、低コストで, 一方、薄肉には 904L が適しています, 耐酸性の高い成分.
- CE3MN 対 ニッケル基合金: ニッケル合金は、極端な腐食性および高温条件で優れた性能を発揮します,
ただし、CE3MN は 経済的なバランス 強さの, 耐食性, ほとんどの産業用途に適した製造可能性.
11. 結論
CE3MN 鋳造二相ステンレス鋼は、複雑な鋳造形状が必要な、要求の厳しい腐食環境や機械的負荷がかかる環境向けに専用に作られた合金です。.
その 超二本鎖化学 高強度と優れた局部腐食耐性の魅力的な組み合わせを提供します。ただし、これらの利点は溶融時にのみ実現します。, 鋳造, 溶体化処理と製造は、偏析や脆い金属間化合物の析出を避けるために規律を持って実行されます。.
重要な産業用または海底コンポーネント用, 厳格な認定とテストを行った実績のあるサプライヤーから CE3MN を調達することで、耐久性の高い製品が得られます。, 素材と加工のプレミアムに見合った高性能鋳造.
