CE3MN Odlewana stal nierdzewna typu duplex

1. Podsumowanie wykonawcze

CE3MN to odlewany odpowiednik stopów superduplex do obróbki plastycznej (np., US S32750): to łączy bardzo wysoka zawartość chromu (≈24–26 %), znaczna zawartość molibdenu (≈3–4 %), podwyższony nikiel (≈6–8 %), kontrolowana miedź i azot
w celu wytworzenia dwufazowej mikrostruktury o wysokiej granicy plastyczności, doskonała odporność na korozję wżerową/szczelinową i znacznie poprawiona odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe wywołane chlorkami w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami austenitycznymi.

Jego odlewana forma umożliwia stosowanie złożonych komponentów geometrycznych w trudnych warunkach (ciała zaworów, PMIP ASPINGS, kolektory), ale wymaga ścisłej kontroli procesu (topienie, zestalenie, Rozwiązanie wyżarzanie) aby zapewnić oczekiwaną wydajność i uniknąć kruchości faz międzymetalicznych.

2. Co to jest odlewana stal nierdzewna typu duplex CE3MN?

Odlew duplex CE3MN stal nierdzewna to produkt o dużej wydajności, dwufazowy (ferrytyczno-austenityczny) stop stali nierdzewnej zaprojektowany specjalnie dla w wymagających środowiskach korozyjnych i obciążonych mechanicznie tam, gdzie konwencjonalne austenityczne lub ferrytyczne stale nierdzewne nie zapewniają odpowiedniej trwałości.

Należy do rodzina stali nierdzewnej superduplex, wyróżnia się podwyższoną zawartością chromu (Kr), molibden (Pon), azot (N) i nikiel (W) treści, które zapewniają wyjątkową kombinację wytrzymałość, miejscowa odporność na korozję i odporność na pękanie.

W znormalizowanej nomenklaturze, CE3MN jest powszechnie wymieniany w specyfikacjach odlewów, takich jak ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 oceny (Na przykład CD3MWCuN, sprzedawany również jako „6A”). Jego Oznaczenie UNS to J93404.

Jest powszechnie akceptowany jako odlewany odpowiednik kutej stali nierdzewnej typu super duplex US S32750 / ASTM A F55, i jest używany, gdy jest lekki, wymagane są złożone geometrie lub jednoczęściowe elementy o wysokiej odporności na korozję.

Celem koncepcyjnym CE3MN jest wypełnienie luki pomiędzy konwencjonalne stale nierdzewne typu duplex (np., 2205) I stopy na bazie niklu

maksymalizując odporność na korozję (szczególnie korozja wżerowa i szczelinowa w środowisku chlorkowym) przy zachowaniu dobrych parametrów mechanicznych, spawalność i opłacalność dużych lub skomplikowanych części odlewanych.

Często jest wybierany ciała zaworów, PMIP ASPINGS, kolektory i elementy podmorskie w olej & gaz, petrochemiczny, morski, odsalanie i energetyka.

3. Skład chemiczny odlewanej stali nierdzewnej duplex CE3MN

Element	Typowy zakres (wt%)	Rola / komentarz
Kr (Chrom)	24.0 – 26.0	Podstawowy element zapewniający pasywność i ogólną odporność na korozję; główny współpracownik PREN.
W (Nikiel)	6.0 – 8.0	Stabilizator austenitu; poprawia wytrzymałość i pomaga osiągnąć dupleksową równowagę fazową.
Pon (Molibden)	3.0 – 4.0	Silnie zwiększa odporność na korozję wżerową i szczelinową; kluczowy współpracownik PREN.
N (Azot)	0.14 – 0.30	Silny środek zwiększający odporność na wżery i wytrzymałość (mnoży się we wzorze PREN); krytyczne dla wydajności dupleksu.
Cu (Miedź)	0.3 – 1.5	Występuje w niektórych gatunkach odlewów w celu poprawy odporności w niektórych środowiskach redukujących i modyfikacji zachowania podczas krzepnięcia.
C (Węgiel)	≤ 0.03	Utrzymywać niski poziom, aby ograniczyć wytrącanie się węglików i kruchość międzykrystaliczną.
Mn (Mangan)	≤ 2.0	Odtleniacz / częściowy pierwiastek austenitu; kontrolowane, aby uniknąć nadmiernego tworzenia się wtrąceń lub segregacji.
I (Krzem)	≤ 1.0	Odtleniacz; ogranicza się do kontroli utleniania i tworzenia inkluzji.
P (Fosfor)	≤ 0.03	Kontrola zanieczyszczeń — utrzymywana na niskim poziomie, aby zachować wytrzymałość.
S (Siarka)	≤ 0.01	Zanieczyszczenia — zminimalizowane, aby uniknąć pęknięć na gorąco i utraty plastyczności.
Fe (Żelazo)	Balansować (≈ 40–50%)	Pozostałość stopu — ferryt + osnowa austenityczna.

4. Mikrostruktura i równowaga fazowa

• Struktura dwufazowa: CE3MN jest celowo typu duplex – ferryt (D) + austenit (C).
  Właściwości mechaniczne i korozyjne są bezpośrednią funkcją frakcja fazowa, podział chemii I Mikrostrukturalna jednorodność.
• Docelowa równowaga fazowa: Zwykle celuj w ~40–60% ferrytu; zbyt dużo ferrytu obniża wytrzymałość i spawalność; zbyt mało ferrytu zmniejsza wytrzymałość i odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe.
• Ryzyko międzymetaliczne: Powolne chłodzenie, niewłaściwe cykle cieplne (lub lokalne dogrzewanie) promować str (Sigma), H, i inne związki międzymetaliczne bogate w chrom, które są kruchy, Bogate w Cr/Mo i ubogie w Ni; znacznie zmniejszają one wytrzymałość i odporność na korozję.

5. Typowy fizyczny & właściwości mechaniczne — CE3MN (odlew ze stali nierdzewnej super duplex)

Zakres & zastrzeżenia: poniższe wartości są typowe zakresy inżynieryjne dla odlewów CE3MN/J93404 w stanie odpowiednio wyżarzonym.

Odlewy (szczególnie duże/grube sekcje) wykazują większy rozrzut niż produkty kute i są wrażliwe na wielkość przekroju, obróbka cieplna, i rzeczywistą równowagę fazową (d/c).

W przypadku prac projektowych i krytycznych dla bezpieczeństwa zawsze korzystaj z danych testowych certyfikowanych przez dostawcę dla konkretnego ciepła/partii i sprawdzaj je za pomocą testów na poziomie części.

Właściwości fizyczne (typowy)

Nieruchomość	Typowa wartość (odlew CE3MN, wyżarzane w roztworze)	Komentarz
Gęstość	≈ 7.8 – 8.0 g·cm⁻³	Podobny do innych stopów stali nierdzewnej; używać 7.85 g/cm3 do obliczeń masy.
Topienie / zakres krzepnięcia	≈ 1,375 – 1,425 °C	Szeroki zakres krzepnięcia dzięki wysokiej zawartości stopów; wpływa na karmienie i skurcz.
Przewodność cieplna (20 °C)	≈ 12 – 18 W · M⁻¹ · K⁻¹	Niższe niż stale węglowe; wpływa na gradienty termiczne podczas odlewania i spawania.
Ciepło właściwe (20 °C)	≈ 420 – 500 J · Kg⁻¹ · K⁻¹	Do obliczeń termicznych użyj ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej (20–300 ° C.)	≈ 12.5 – 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹	Niższy niż wiele gatunków austenitu; ważne przy łączeniu z innymi metalami.
Moduł Younga (temperatura pokojowa)	≈ 190 – 210 GPa	Do stosowania w elastycznych konstrukcjach 200 GPa zachowawczo.
Rezystywność elektryczna (20 °C)	≈ 0.6 – 0.9 µΩ·m	Typowy asortyment stali nierdzewnej; różni się w zależności od dokładnego składu.
Magnetyzm	Lekko ferrytyczny; może wykazywać słabą odpowiedź magnetyczną	Obszary w pełni austenityczne, niemagnetyczne; dupleks wykazuje łagodny magnetyzm ze względu na ferryt.

Właściwości mechaniczne (typowy, Forma odlewu wyżarzana rozpuszczająco)

Nieruchomość	Typowy zakres	Notatki
Wydajność (RP0.2)	≈ 400 – 550 MPa	Znacznie wyższa niż stale nierdzewne serii 300; zależy od sekcji, obróbka cieplna i frakcja ferrytowa.
Wytrzymałość na rozciąganie (Rm)	≈ 750 – 900 MPa	Użyj certyfikowanych danych partii dla dopuszczalnych naprężeń.
Wydłużenie (A, % W 50 mm)	≈ 10 – 25 %	Części odlewane mają tendencję do dolnego końca; grubsze sekcje i resztkowe σ/χ zmniejszają ciągliwość.
Twardość (HB)	≈ 220 – 360 HB	Wartości superdupleksu odlewanego różnią się w zależności od mikrostruktury i wszelkich materiałów międzymetalicznych; twardość koreluje z wytrzymałością i kruchością.
Uderzenie Charpy'ego w kształcie litery V	≈ 30 – 120 J (temperatura pokojowa)	Szeroki zakres: rzucać , rozmiar przekroju i wydzielenia prowadzą do rozproszenia – miara dla części krytycznych.
Odporność na pękanie (K_IC, przybliżony)	≈ 50 – 120 MPA · √m	W dużym stopniu zależny od mikrostruktury, rozmiar nacięcia i metoda testowania; w razie potrzeby zastosować mechanikę pękania specyficzną dla części.
Zmęczenie (zginanie obrotowe / wytrzymałość)	Orientacyjna wytrzymałość ≈ 250 – 400 MPa	Wykończenie powierzchni, Naprężenia szczątkowe i porowatość dominują w trwałości zmęczeniowej — określić ilościowo eksperymentalnie.
Odporność na pełzanie	Umiarkowany (a nie stop pełzający w wysokiej temperaturze)	Nadaje się do okresowego narażenia na podwyższoną temperaturę; niezalecany do długotrwałego pełzania pod wysokim naprężeniem powyżej ~350–400 °C bez kwalifikacji.

Zachowanie w podwyższonej temperaturze & wskazówki serwisowe

• Praktyczna temperatura pracy ciągłej: zazwyczaj ≤ ~300°C do zastosowań wrażliwych na korozję; wytrzymałość mechaniczna będzie stopniowo spadać wraz z temperaturą.
• Narażenie krótkotrwałe: materiał zachowuje rozsądną wytrzymałość do ~ 400–500 ° C, ale długotrwałe narażenie powoduje ryzyko wytrącania się związków międzymetalicznych (A, H) które powodują kruchość stopu.
• Skradać się & pęknięcie stresu: CE3MN oferuje lepszą wytrzymałość w wysokiej temperaturze niż wiele materiałów austenitycznych, ale tak jest nie zamiennik stopów na bazie niklu, gdzie wymagane jest długotrwałe pełzanie.
  W przypadku długotrwałego obciążenia w podwyższonej temperaturze wybierz odpowiedni materiał odporny na pełzanie i wykonaj próbę pełzania.

6. Wyzwania związane z zachowaniem podczas odlewania i krzepnięciem

Projekt CE3MN jako stop odlewany umożliwia wykonanie jednoczęściowych elementów ze złożonymi przejściami wewnętrznymi, zintegrowane funkcje i mniej połączeń — korzyści w zakresie wydajności produkcji, minimalizacja wycieków i integralność części w porównaniu z produkcjami z wielu odkuwek lub konstrukcji spawanych.

Odlew CE3MN wprowadza ryzyka specyficzne dla procesu:

• Nierównowagowe krzepnięcie i segregacja: międzydendrytyczna ciecz resztkowa zostaje wzbogacona w Cr, Ja i Ni (lub odwrotnie zubożone w zależności od współczynników podziału elementów),
  wytwarzając lokalne zmiany chemiczne, które mogą sprzyjać tworzeniu się międzymetali (cii) w stanie po odlaniu.
• Szeroki zakres zamrażania: wysoka zawartość stopu wydłuża okres krzepnięcia, zwiększające ryzyko skurczu i trudności z podawaniem – wymagające starannego zaprojektowania pionu, dreszcze i strategia karmienia.
• Rozrywanie na gorąco i pękanie na gorąco: stopy odlewane metodą duplex mogą być podatne na rozdzieranie na gorąco, jeśli nie zostaną zapewnione utwierdzenia i gradienty termiczne; Pomoc w rozdrobnieniu ziarna i optymalizacji bramkowania.
• Wady powierzchniowe i wewnętrzne: porowatość (gaz i skurcz), porywanie tlenków i wtrącenia są powszechne, jeśli kontrola stopu i filtracja są niewystarczające.

Łagodzenie: precyzyjna kontrola składu chemicznego stopu, Filtracja ceramiczno-piankowa, Odgazowanie, zoptymalizowany układ wlewów i podajników na podstawie symulacji krzepnięcia, i wyżarzanie rozpuszczające po odlewaniu są niezbędne.

7. Obróbka cieplna, spawalniczy, i kontroli produkcji

Wyżarzanie roztworu & ugasić

• Zamiar: rozpuścić odlane związki międzymetaliczne i ujednolicić skład chemiczny, aby osiągnąć pożądaną równowagę dupleksową.
• Typowa praktyka: wyżarzanie rozpuszczające w zakresie 1,050–1 100 ° C. (dokładny zakres zależy od przekroju części) po czym następuje szybkie hartowanie, aby uniknąć ponownego wytrącania międzymetalicznego.
• Zastrzeżenia: duże/grube odlewy wymagają czasów przetrzymywania i strategii hartowania dostosowanych do wielkości przekroju; niewystarczające rozpuszczanie pozostawia resztki σ/χ i segregację.

Spawalniczy & cięcie termiczne

• Metalurgia spoin: materiały spawalnicze należy dobierać tak, aby odpowiadały lub nieznacznie przewyższały skład chemiczny stopu oraz aby promowały zrównoważony stosunek faz w HAZ/metalu spoiny.
• Kontrola wejściowa ciepła: nadmierne lub niewłaściwie uporządkowane doprowadzanie ciepła powoduje przesunięcie równowagi fazowej i może lokalnie wytrącić σ/χ.
• Obróbka po spawaniu: dla zespołów krytycznych, W celu przywrócenia mikrostruktury może być wymagane wyżarzanie po spawaniu lub miejscowa obróbka cieplna.
• Uwaga dotycząca cięcia termicznego: jak zaobserwowano w praktyce, podgrzewanie + lokalne cięcie na gorąco (np., paliwo tlenowe) następnie powolne chłodzenie może powodować wytrącanie się σ/χ i kruchość na krawędzi cięcia;
  najlepszą praktyką jest obróbka roztworowa przed jakimkolwiek cięciem termicznym lub zastosować cięcie na zimno (piłowanie) następnie wyżarzanie rozpuszczające.

8. Typowe defekty i tryby awarii (praktyczne skupienie)

• A / χ wytrącanie międzymetaliczne: tworzy się na powierzchniach międzydendrytycznych i α/γ podczas powolnego chłodzenia lub podczas ekspozycji termicznej po odlewaniu; powoduje kruchość i podatność na korozję.
• Segregacja (Podział Ni/Cr/Mo): prowadzi do lokalnej depresji PREN i ataku preferencyjnego.
• Porowatość gazowa i skurczowa: zmniejszyć przekrój nośny i trwałość zmęczeniową.
• Gorące łzy: z ograniczonego krzepnięcia w grubych przekrojach.
• Kruchość wywołana przecięciem termicznym: skrawanie nadstopni na elementach w stanie surowym bez uprzedniego wyżarzania rozpuszczającego może wytrącić σ/χ w ciętej grani i zainicjować pękanie (praktyczny środek: wyżarzanie rozpuszczające przed cięciem termicznym lub piłowaniem na zimno, a następnie rozpuszczanie).

9. Typowe zastosowania odlewanej stali nierdzewnej typu duplex CE3MN

Odlewana stal nierdzewna typu duplex CE3MN jest wybierana do zastosowań, w których wysoka wytrzymałość mechaniczna, doskonała odporność na miejscową korozję, i niezawodność konstrukcji w trudnych warunkach pracy są jednocześnie wymagane.

Jako gatunek superduplex do odlewów, szczególnie dobrze nadaje się do kompleksów, grubościenny, elementy zawierające ciśnienie, których produkcja z wyrobów kutych jest trudna lub nieekonomiczna.

Olej & przemysł gazowniczy i petrochemiczny

• Korpusy zaworów i elementy zaworów (zawory kulowe, zasuwy, Zawory sprawdzania) do zastosowań kwaśnych i środowisk o wysokiej zawartości chlorków
• Pompowanie obudów i przeszkód postępowania z wodą morską, wyprodukowaną wodę, lub agresywnych mieszanin węglowodorów
• Rozdzielacze i elementy kontroli przepływu narażony na działanie wysokiego ciśnienia, erozja, i żrące płyny

Inżynieria offshore i morska

• Systemy obsługi wody morskiej (pompowanie obudowa, sitki, bloki zaworowe)
• Odlewy konstrukcyjne platform morskich narażone na ciągłe działanie wody morskiej
• Elementy instalacji odsalania łącznie z pompami solanki i korpusami zaworów

Przemysł chemiczny i przetwórczy

• Elementy wewnętrzne i obudowy reaktorów narażone na działanie mieszanych kwasów, chlorki, i podwyższone temperatury
• Elementy wymiennika ciepła takie jak głowice kanałów i skrzynki wodne
• Obudowy mieszadeł i elementy pomp w agresywnych służbach chemicznych

Wytwarzanie energii i systemy energetyczne

• Systemy wody chłodzącej w elektrowniach cieplnych i jądrowych
• Odsiarczanie spalin (IOS) komponenty systemu
• Odlewy do obróbki wody pod wysokim ciśnieniem w obiektach wykorzystujących energię odnawialną

Miąższ, papier, i inżynieria środowiska

• Elementy fermentatora i systemu bielenia
• Lakierki, miksery, i ciała zaworów narażone na działanie mediów bogatych w chlorki i zasady
• Urządzenia do oczyszczania ścieków i ścieków

Górnictwo, obróbka minerałów, i obchodzenie się z szlamem

• Obudowy i wirniki pomp szlamowych
• Nosić- i obudowy odporne na korozję do systemów transportu minerałów

Komponenty przenoszące ciśnienie o wysokiej integralności

• Składniki naczyń ciśnieniowych
• Obudowy i pokrywy z grubego odlewu
• Części odlewane na zamówienie ze złożonymi przejściami wewnętrznymi

10. Porównanie z innymi materiałami alternatywnymi

Odlewana stal nierdzewna typu duplex CE3MN jest często wybierana spośród innych stali nierdzewnych, stopy superaustenityczne, i stopy na bazie niklu ze względu na swoje właściwości unikalne połączenie odporności na korozję, wytrzymałość mechaniczna, i opłacalność w formie odlewu.

Poniższe porównanie podkreśla jego względną wydajność i przydatność do zastosowania.

Nieruchomość / Kryterium	CE3MN (Obsada dwustronna, 25Cr-7Ni-Mo-N)	316L / 1.4404 (Austenityczny SS)	904L / 1.4539 (Superaustenityczny SS)	Stopy na bazie niklu (np., Hastelloy C-22)
Odporność na korozję	Doskonała odporność na wżery, korozja szczelinowa, oraz korozję naprężeniową w środowiskach chlorkowych; Drewno ≈ 40	Umiarkowany; podatne na wżery/szczeliny w mediach o wysokiej zawartości chlorków	Bardzo wysoko; porównywalny PREN (≈ 40–42), silna odporność na kwasy	Znakomity w utlenianiu i redukcji kwasów
Wytrzymałość mechaniczna	Wysoka wytrzymałość (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); dobra wytrzymałość	Umiarkowany (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa)	Umiarkowane do wysokiego; wydajność niższa niż w trybie duplex	Wysoki, ale często drogie w produkcji
Faza / Mikrostruktura	Dupleks (ferryt + austenit) dla zoptymalizowanej równowagi wytrzymałościowo-korozyjnej	W pełni austenityczny	W pełni austenityczny	W pełni austenityczne lub złożone
Odlewalność	Doskonały do ​​kompleksów, części grubościenne; niższy skurcz niż austenityki wysokostopowe	Dobry, ale mniejsza wytrzymałość w grubych przekrojach	Słaby; drogie w przypadku dużych odlewów	Trudny; wysoki koszt, złożona kontrola topienia
Wydajność w podwyższonej temperaturze	Umiarkowany; odpowiednia ≤ 300–350 °C; ograniczone pełzanie	Umiarkowany; austenit mięknie przy wysokim T	Umiarkowany; nieco lepszy od 316L	Doskonały; wytrzymuje temperaturę 400–600°C w agresywnych mediach
Koszt & Dostępność	Umiarkowany; bardziej ekonomiczne niż 904L i stopy niklu	Niski; szeroko dostępne	Wysoki; ograniczeni dostawcy odlewów	Bardzo wysoko; stop specjalny
Typowe zastosowania	Zawory, lakierki, obudowy ciśnieniowe w wersji bogatej w chlorki, wysoki ciśnienie, Usługa chemiczna	Ogólny sprzęt chemiczny, żywność, obsługa wody	Zbiorniki kwasoodporne, wymienniki ciepła	Wysoce agresywne procesy chemiczne, ekstremalna temperatura lub korozja

Kluczowe wyniki:

1. CE3MN kontra 316L: CE3MN oferuje znacznie lepszą odporność na korozję w środowisku chlorkowym i agresywnym środowisku chemicznym, z większą wytrzymałością, dzięki czemu idealnie nadaje się do elementów wysokociśnieniowych lub grubościennych.
2. CE3MN kontra 904L: CE3MN zapewnia wyższą wytrzymałość mechaniczną i lejność, często po niższych kosztach, podczas gdy 904L jest preferowany w przypadku cienkościennych, komponenty o wysokiej kwasoodporności.
3. CE3MN a stopy na bazie niklu: Stopy niklu radzą sobie lepiej w ekstremalnie korozyjnych i wysokotemperaturowych warunkach,
   ale CE3MN zapewnia równowagę ekonomiczną siły, odporność na korozję, i możliwości produkcyjne dla większości zastosowań przemysłowych.

11. Wniosek

Odlewana stal nierdzewna CE3MN typu duplex to stop opracowany specjalnie do zastosowań w wymagających środowiskach korozyjnych i obciążonych mechanicznie, gdzie wymagane są złożone geometrie odlewów.

Jego chemia superdupleksowa zapewnia atrakcyjne połączenie wysokiej wytrzymałości i doskonałej odporności na korozję miejscową – ale te zalety urzeczywistniają się dopiero po stopieniu, odlew, wyżarzanie przesycające i wytwarzanie są przeprowadzane z zachowaniem dyscypliny, aby uniknąć segregacji i kruchego wytrącania międzymetalicznego.

Do krytycznych komponentów przemysłowych lub podmorskich, zamawianie CE3MN od sprawdzonych dostawców o rygorystycznych kwalifikacjach i testach zapewni trwałość, odlewy o wysokiej wydajności, które uzasadniają najwyższą jakość materiału i przetwarzania.