1. Ringkasan Eksekutif
CE3MN ialah rakan sejawat kepada aloi super-dupleks tempa (Mis., AS S32750): ia bergabung kromium yang sangat tinggi (≈24–26 %), molibdenum yang ketara (≈3–4 %), nikel yang dinaikkan (≈6–8 %), kuprum dan nitrogen terkawal
untuk menghasilkan struktur mikro dua fasa dengan kekuatan hasil yang tinggi, rintangan yang sangat baik terhadap kakisan pitting/celah dan rintangan yang bertambah baik dengan ketara terhadap retakan tegasan yang disebabkan oleh klorida berbanding dengan austenitik konvensional.
Bentuk tuangannya membenarkan komponen geometri kompleks untuk persekitaran yang keras (badan injap, casing pam, manifolds), tetapi memerlukan kawalan proses yang ketat (lebur, pemejalan, Penyelesaian Anneal) untuk memberikan prestasi yang diharapkan dan untuk mengelakkan fasa antara logam yang membingungkan.
2. Apakah Keluli Tahan Karat Dupleks Tuang CE3MN?
dupleks tuang CE3MN Keluli tahan karat adalah prestasi tinggi, dua fasa (feritik-austenit) aloi tahan karat direka khusus untuk menuntut persekitaran yang menghakis dan tekanan mekanikal di mana keluli tahan karat austenit atau ferit konvensional tidak memberikan ketahanan yang mencukupi.
Ia adalah milik keluarga keluli tahan karat super dupleks, dibezakan oleh kromium yang dinaikkan (Cr), Molybdenum (Mo), nitrogen (N) dan nikel (Dalam) kandungan yang menyampaikan gabungan yang luar biasa daripada kekuatan, rintangan kakisan setempat dan rintangan retak.
Dalam tatanama piawai, CE3MN biasanya dirujuk dalam spesifikasi tuangan seperti ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 gred (contohnya CD3MWCuN, juga dipasarkan sebagai "6A"). Itu Jawatan UNS ialah J93404.
Ia diterima secara meluas sebagai tuangan yang setara dengan keluli tahan karat super dupleks tempa seperti AS S32750 / ASTM A F55, dan digunakan apabila ringan, geometri kompleks atau komponen satu keping dengan rintangan kakisan tinggi diperlukan.
Matlamat konsep di sebalik CE3MN adalah untuk merapatkan jurang antara keluli tahan karat dupleks konvensional (Mis., 2205) dan aloi asas nikel
dengan memaksimumkan rintangan kakisan (terutamanya kakisan pitting dan celah dalam persekitaran klorida) sambil mengekalkan prestasi mekanikal yang baik, kebolehkimpalan dan kecekapan kos untuk bahagian tuang yang besar atau rumit.
Ia sering dipilih untuk badan injap, casing pam, manifold dan komponen dasar laut dalam minyak & gas, petrokimia, Marin, penyahgaraman dan industri kuasa.
3. Komposisi Kimia Keluli Tahan Karat Dupleks Tuang CE3MN
| Elemen | Julat tipikal (wt%) | Peranan / komen |
| Cr (Chromium) | 24.0 - 26.0 | Elemen utama untuk pasif dan rintangan kakisan umum; penyumbang utama kepada PREN. |
| Dalam (Nikel) | 6.0 - 8.0 | Penstabil austenit; meningkatkan keliatan dan membantu mencapai keseimbangan fasa dupleks. |
| Mo (Molybdenum) | 3.0 - 4.0 | Meningkatkan rintangan kakisan pitting dan celah dengan kuat; penyumbang utama PREN. |
| N (Nitrogen) | 0.14 - 0.30 | Rintangan pitting yang kuat dan penambah kekuatan (mendarab dalam formula PREN); kritikal untuk prestasi dupleks. |
| Cu (Tembaga) | 0.3 - 1.5 | Hadir dalam beberapa gred tuang untuk meningkatkan rintangan dalam persekitaran pengurangan tertentu dan untuk mengubah suai tingkah laku pemejalan. |
C (Karbon) |
≤ 0.03 | Dikekalkan rendah untuk mengehadkan pemendakan karbida dan kemerosotan antara butiran. |
| Mn (Mangan) | ≤ 2.0 | Penyahoksida / bekas austenit separa; dikawal untuk mengelakkan pembentukan inklusi atau pengasingan yang berlebihan. |
| Dan (Silikon) | ≤ 1.0 | Penyahoksida; terhad untuk mengawal pengoksidaan dan pembentukan kemasukan. |
| P (Fosforus) | ≤ 0.03 | Kawalan kekotoran — dikekalkan rendah untuk mengekalkan keliatan. |
| S (Sulfur) | ≤ 0.01 | Kekotoran — diminimumkan untuk mengelakkan keretakan panas dan kehilangan kemuluran. |
| Fe (Besi) | Keseimbangan (≈ 40–50%) | Baki aloi - ferit + matriks austenit. |
4. Struktur mikro dan keseimbangan fasa
- Struktur dwi fasa: CE3MN sengaja dupleks — ferit (d) + Austenite (c).
Sifat mekanikal dan kakisan adalah fungsi langsung bagi pecahan fasa, pembahagian kimia dan homogenitas mikrostruktur. - Imbangan fasa sasaran: Biasanya bertujuan untuk ~ 40-60% ferit; terlalu banyak ferit merendahkan keliatan dan kebolehkimpalan; ferit yang terlalu sedikit mengurangkan kekuatan dan rintangan kepada retakan kakisan tegasan klorida.
- Risiko antara logam: Penyejukan perlahan, kitaran haba yang tidak betul (atau pemanasan semula setempat) mempromosikan p (Sigma), h, dan antara logam lain yang kaya dengan kromium iaitu rapuh, Cr/Mo-kaya dan Ni-miskin; ini secara mendadak mengurangkan keliatan dan rintangan kakisan.
5. Fizikal tipikal & sifat mekanikal - CE3MN (tuang keluli tahan karat super-dupleks)
Skop & kaveat: nilai di bawah ialah julat kejuruteraan biasa untuk tuangan CE3MN/J93404 dalam keadaan penyepuhlindapan penyelesaian yang betul.
Castings (terutamanya bahagian yang besar/tebal) menunjukkan taburan yang lebih besar daripada produk tempa dan sensitif kepada saiz bahagian, rawatan haba, dan keseimbangan fasa sebenar (d/c).
Untuk reka bentuk dan kerja kritikal keselamatan sentiasa gunakan data ujian yang diperakui pembekal untuk haba/lot tertentu dan sahkan dengan ujian peringkat bahagian.
Sifat fizikal (tipikal)
| Harta | Nilai tipikal (pelakon CE3MN, penyelesaian-anil) | Komen |
| Ketumpatan | ≈ 7.8 - 8.0 g · cm⁻³ | Sama seperti aloi tahan karat yang lain; gunakan 7.85 g/cm³ untuk pengiraan jisim. |
| Lebur / julat pemejalan | ≈ 1,375 - 1,425 ° C. | Julat pemejalan yang luas disebabkan pengaloian yang tinggi; menjejaskan pemakanan dan pengecutan. |
| Kekonduksian terma (20 ° C.) | ≈ 12 - 18 W · M⁻¹ · K⁻¹ | Lebih rendah daripada keluli karbon; memberi kesan kecerunan terma semasa tuangan dan kimpalan. |
| Haba tertentu (20 ° C.) | ≈ 420 - 500 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | Gunakan ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ untuk pengiraan haba. |
Pekali pengembangan haba (20-300 ° C.) |
≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Lebih rendah daripada banyak gred austenit; penting apabila bercantum dengan logam lain. |
| Modulus Young (suhu bilik) | ≈ 190 - 210 GPA | Untuk kegunaan reka bentuk elastik 200 GPa secara konservatif. |
| Resistiviti elektrik (20 ° C.) | ≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m | Julat tahan karat biasa; berbeza dengan komposisi yang tepat. |
| Magnetisme | Feritik sedikit; mungkin menunjukkan tindak balas magnet yang lemah | Kawasan austenitik sepenuhnya bukan magnet; dupleks menunjukkan kemagnetan ringan disebabkan oleh ferit. |
Sifat mekanikal (tipikal, bentuk tuangan anil larutan)
| Harta | Julat tipikal | Nota |
| Kekuatan hasil (RP0.2) | ≈ 400 - 550 MPA | Jauh lebih tinggi daripada keluli tahan karat 300 siri; bergantung pada bahagian, rawatan haba dan pecahan ferit. |
| Kekuatan tegangan (Rm) | ≈ 750 - 900 MPA | Gunakan data lot yang diperakui untuk tegasan yang dibenarkan. |
| Pemanjangan (A, % dalam 50 mm) | ≈ 10 - 25 % | Aliran bahagian cast ke arah hujung bawah; bahagian yang lebih tebal dan baki σ/χ mengurangkan kemuluran. |
Kekerasan (Hb) |
≈ 220 - 360 Hb | Nilai super-dupleks cast berbeza-beza mengikut struktur mikro dan sebarang interlogam; kekerasan berkorelasi dengan kekuatan dan kerapuhan. |
| Kesan takuk V Charpy | ≈ 30 - 120 J (suhu bilik) | Julat yang luas: Cast, saiz bahagian dan mendakan membawa kepada serakan—ukuran untuk bahagian kritikal. |
Keliatan patah (K_ic, anggaran) |
≈ 50 - 120 MPA · √m | Sangat bergantung kepada struktur mikro, saiz takuk dan kaedah ujian; gunakan mekanik patah bahagian khusus jika perlu. |
| Keletihan (lenturan berputar / daya tahan) | Daya tahan indikatif ≈ 250 - 400 MPA | Kemasan permukaan, tegasan dan keliangan sisa mendominasi hayat keletihan—kuantumkan secara eksperimen. |
| Rintangan rayapan | Sederhana (bukan aloi rayapan suhu tinggi) | Sesuai untuk pendedahan suhu tinggi yang terputus-putus; tidak disyorkan untuk perkhidmatan rayapan tekanan tinggi berterusan melebihi ~350–400 °C tanpa kelayakan. |
Tingkah laku suhu tinggi & bimbingan perkhidmatan
- Suhu perkhidmatan berterusan yang praktikal: biasanya ≤ ~300 °C untuk aplikasi sensitif kakisan; kekuatan mekanikal akan menurun secara beransur-ansur dengan suhu.
- Pendedahan jangka pendek: bahan mengekalkan kekuatan yang munasabah kepada ~400–500 °C tetapi pendedahan jangka panjang berisiko pemendakan antara logam (a, h) yang mengoyakkan aloi.
- merayap & pecah tekanan: CE3MN menawarkan kekuatan suhu tinggi yang lebih baik daripada kebanyakan austenitik tetapi adalah tidak pengganti untuk aloi asas nikel di mana rayapan jangka panjang diperlukan.
Untuk beban yang berterusan pada suhu tinggi pilih bahan berkadar rayapan yang sesuai dan lakukan ujian rayapan.
6. Tingkah laku pemutus dan cabaran pemejalan
Reka bentuk CE3MN sebagai a aloi tuang membolehkan komponen satu bahagian dengan laluan dalaman yang kompleks, ciri bersepadu dan kurang sambungan — kelebihan dalam kecekapan pembuatan, pengecilan kebocoran dan integriti bahagian berbanding dengan fabrikasi daripada pelbagai tempaan atau kimpalan.
Casting CE3MN memperkenalkan risiko khusus proses:
- Pemejalan dan pengasingan bukan keseimbangan: cecair sisa interdendritik menjadi diperkaya dalam Cr, Saya dan Ni (atau sebaliknya habis bergantung pada pekali sekatan unsur),
menghasilkan variasi kimia tempatan yang boleh memupuk pembentukan antara logam (s/j) dalam keadaan as-cast. - Julat pembekuan yang luas: kandungan aloi yang tinggi meluaskan selang pemejalan, meningkatkan risiko pengecutan dan kesukaran memberi makan—memerlukan reka bentuk riser yang teliti, menggigil dan strategi pemakanan.
- Panas koyak dan panas retak: aloi tuang dupleks boleh terdedah kepada koyakan panas jika sekatan dan kecerunan terma tidak diurus; bantuan penghalusan bijirin dan pengoptimuman gating.
- Kecacatan permukaan dan dalaman: keliangan (gas dan pengecutan), entrainment dan inklusi oksida adalah perkara biasa jika kawalan cair dan penapisan tidak mencukupi.
Pengurangan: kawalan kimia cair yang tepat, penapisan seramik-buih, degassing, susun atur gating dan feeder dioptimumkan berpandukan simulasi pemejalan, dan penyepuhlindapan larutan selepas tuangan adalah penting.
7. Rawatan haba, kimpalan, dan kawalan fabrikasi
Penyelesaian Anneal & menghilangkan
- Tujuan: larutkan antara logam sebagai tuang dan homogenkan kimia untuk mencapai keseimbangan dupleks yang diingini.
- Amalan biasa: anil larutan dalam julat 1,050-1,100 ° C. (julat tepat bergantung pada bahagian bahagian) diikuti dengan pelindapkejutan pantas untuk mengelakkan semula antara logam.
- Kaveat: tuangan besar/tebal memerlukan masa tahan dan strategi pelindapkejutan yang disesuaikan dengan saiz bahagian; penyelesaian yang tidak mencukupi meninggalkan baki σ/χ dan pengasingan.
Kimpalan & pemotongan haba
- Metalurgi kimpalan: bahan habis pakai hendaklah dipilih untuk memadankan atau sedikit padanan kimia aloi dan untuk menggalakkan nisbah fasa seimbang dalam HAZ/logam kimpalan.
- Kawalan input haba: input haba yang berlebihan atau terjujukan tidak betul menganjakkan keseimbangan fasa dan boleh memendakan setempat σ/χ.
- Rawatan selepas kimpalan: untuk perhimpunan kritikal, anil larutan selepas kimpalan atau rawatan haba tempatan mungkin diperlukan untuk memulihkan struktur mikro.
- Pemotongan terma berhati-hati: seperti yang diperhatikan dalam amalan, memanaskan + pemotongan panas tempatan (Mis., bahan api oksi) diikuti dengan penyejukan perlahan boleh menghasilkan σ/χ pemendakan dan kemerosotan di tepi potong;
amalan terbaik ialah larutan-rawat sebelum sebarang pemotongan haba atau menggunakan pemotongan sejuk (menggergaji) diikuti dengan anneal larutan.
8. Kecacatan biasa dan mod kegagalan (fokus praktikal)
- a / χ kerpasan antara logam: terbentuk dalam antara muka interdendritik dan α/γ pada penyejukan perlahan atau semasa pendedahan terma selepas tuangan; menyebabkan kerapuhan dan mudah terdedah kepada kakisan.
- Pemisahan (Pembahagian Ni/Cr/Mo): membawa kepada kemurungan PREN tempatan dan serangan keutamaan.
- Keliangan gas dan pengecutan: mengurangkan bahagian galas beban dan hayat keletihan.
- Panas merobek: daripada pemejalan terkekang dalam bahagian tebal.
- Kerosakan akibat pemotongan haba: pemotongan riser pada komponen as-cast tanpa anil larutan terdahulu boleh mendakan σ/χ pada akar yang dipotong dan memulakan keretakan (penawar praktikal: penyepuh larutan sebelum pemotongan haba atau gergaji sejuk kemudian larutan).
9. Aplikasi Biasa Keluli Tahan Karat Dupleks Tuang CE3MN
Keluli tahan karat dupleks tuang CE3MN dipilih untuk aplikasi di mana kekuatan mekanikal yang tinggi, rintangan yang sangat baik terhadap kakisan setempat, dan kebolehpercayaan struktur di bawah keadaan perkhidmatan yang teruk diperlukan serentak.
Sebagai gred super-dupleks pelakon, ia amat sesuai untuk kompleks, berdinding tebal, komponen yang mengandungi tekanan yang sukar atau tidak ekonomik untuk dihasilkan daripada produk tempa.
Minyak & industri gas dan petrokimia
- Badan injap dan komponen injap (injap bola, injap pintu, periksa injap) untuk perkhidmatan masam dan persekitaran berklorida tinggi
- Casing pam dan pendesak mengendalikan air laut, Air yang dihasilkan, atau campuran hidrokarbon yang agresif
- Manifold dan komponen kawalan aliran terdedah kepada tekanan tinggi, Hakisan, dan cecair menghakis
Kejuruteraan luar pesisir dan marin
- Sistem pengendalian air laut (Perumahan pam, penahan, blok injap)
- Tuangan struktur platform luar pesisir tertakluk kepada pendedahan air laut yang berterusan
- Komponen loji penyahgaraman termasuk pam air garam dan badan injap
Industri kimia dan proses
- Bahagian dalam dan selongsong reaktor terdedah kepada asid campuran, klorida, dan suhu tinggi
- Komponen penukar haba seperti kepala saluran dan kotak air
- Perumah agitator dan komponen pam dalam perkhidmatan kimia yang agresif
Penjanaan kuasa dan sistem tenaga
- Sistem air penyejuk dalam loji tenaga haba dan nuklear
- Penyahsulfuran gas serombong (FGD) komponen sistem
- Tuangan pengendalian air tekanan tinggi dalam kemudahan tenaga boleh diperbaharui
Pulpa, kertas, dan kejuruteraan alam sekitar
- Komponen sistem penghadam dan pelunturan
- Pam, pengadun, dan badan injap terdedah kepada media yang kaya dengan klorida dan beralkali
- Peralatan rawatan air sisa dan efluen
Perlombongan, pemprosesan mineral, dan pengendalian buburan
- Selongsong pam buburan dan pendesak
- Pakai- dan perumah tahan kakisan untuk sistem pengangkutan mineral
Komponen yang mengandungi tekanan berintegriti tinggi
- Komponen Kapal Tekanan
- Perumah dan penutup tuang berdinding tebal
- Bahagian tuangan kejuruteraan tersuai dengan laluan dalaman yang kompleks
10. Perbandingan dengan Bahan Alternatif Lain
Keluli tahan karat dupleks tuang CE3MN sering dipilih berbanding keluli tahan karat lain, aloi super-austenit, dan aloi berasaskan nikel kerana gabungan unik rintangan kakisan, kekuatan mekanikal, dan keberkesanan kos dalam bentuk tuang.
Perbandingan berikut menyerlahkan prestasi relatifnya dan kesesuaian aplikasinya.
| Harta / Kriteria | CE3MN (Dupleks Cast, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L. / 1.4404 (Austenitik SS) | 904L. / 1.4539 (SS Super-Austenit) | Aloi berasaskan nikel (Mis., Hastelloy C-22) |
| Rintangan kakisan | Rintangan yang sangat baik terhadap pitting, Crevice Corrosion, dan kakisan tegasan dalam persekitaran klorida; Kayu ≈ 40 | Sederhana; terdedah kepada pitting/celah dalam media berklorida tinggi | Sangat tinggi; setanding PREN (≈ 40–42), rintangan asid yang kuat | Cemerlang dalam mengoksida dan mengurangkan asid |
| Kekuatan mekanikal | Kekuatan tinggi (Rp0.2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); ketangguhan yang baik | Sederhana (Rp0.2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Sederhana hingga tinggi; lebih rendah daripada dupleks dalam hasil | Tinggi, tetapi selalunya mahal untuk dibuat |
Fasa / Mikrostruktur |
Dupleks (Ferrite + Austenite) untuk keseimbangan kekuatan-kakisan yang dioptimumkan | Austenit sepenuhnya | Austenit sepenuhnya | Austenit atau kompleks sepenuhnya |
| Kebolehan | Cemerlang untuk kompleks, bahagian berdinding tebal; pengecutan yang lebih rendah daripada austenitik aloi tinggi | Baik, tetapi kekuatan yang lebih rendah dalam bahagian tebal | Miskin; mahal untuk tuangan besar | Sukar; kos tinggi, kawalan cair yang kompleks |
Prestasi Suhu Ditinggikan |
Sederhana; sesuai ≤ 300–350 °C; rayapan terhad | Sederhana; austenit melembut pada T tinggi | Sederhana; lebih baik sedikit daripada 316L | Cemerlang; boleh mengendalikan 400–600 °C dalam media yang agresif |
| Kos & Adanya | Sederhana; lebih menjimatkan daripada aloi 904L dan nikel | Rendah; tersedia secara meluas | Tinggi; pembekal pemutus terhad | Sangat tinggi; aloi khusus |
| Aplikasi biasa | Injap, pam, perumah tekanan dalam kaya klorida, tekanan tinggi, perkhidmatan kimia | Peralatan kimia am, makanan, pengendalian air | Tangki tahan asid, penukar haba | Proses kimia yang sangat agresif, suhu melampau atau kakisan |
Takeaways utama:
- CE3MN lwn 316L: CE3MN menawarkan rintangan kakisan yang jauh lebih baik dalam klorida dan persekitaran kimia yang agresif, dengan kekuatan yang lebih tinggi, menjadikannya sesuai untuk komponen bertekanan tinggi atau berdinding tebal.
- CE3MN lwn 904L: CE3MN memberikan kekuatan mekanikal dan kebolehtuangan yang lebih tinggi, selalunya dengan kos yang lebih rendah, manakala 904L adalah lebih baik untuk berdinding nipis, komponen yang sangat tahan asid.
- CE3MN lwn Aloi Berasaskan Nikel: Aloi nikel mengatasi prestasi dalam keadaan menghakis dan suhu tinggi yang melampau,
tetapi CE3MN menyediakan keseimbangan ekonomi daripada kekuatan, Rintangan kakisan, dan kebolehkilangan untuk kebanyakan aplikasi perindustrian.
11. Kesimpulan
Keluli tahan karat dupleks tuang CE3MN ialah aloi yang dibina khas untuk menuntut persekitaran yang mengakis dan dimuatkan secara mekanikal di mana geometri tuangan kompleks diperlukan.
Itu kimia super-dupleks memberikan gabungan kekuatan tinggi yang menarik dan rintangan kakisan setempat yang sangat baik - tetapi kelebihan ini hanya menjadi kenyataan apabila lebur, Casting, penyepuhlindapan dan fabrikasi larutan dilaksanakan dengan berdisiplin untuk mengelakkan pengasingan dan pemendakan antara logam rapuh.
Untuk komponen industri atau dasar laut yang kritikal, memperoleh CE3MN daripada pembekal yang terbukti dengan kelayakan dan ujian yang ketat akan menghasilkan yang tahan lama, tuangan berprestasi tinggi yang mewajarkan bahan dan premium pemprosesan.
