CE3MN Fundido Duplex em Aço Inoxidável

1. Sumário executivo

CE3MN é a contraparte fundida das ligas superduplex forjadas (por exemplo, US S32750): combina cromo muito alto (≈24–26 %), molibdênio significativo (≈3–4 %), níquel elevado (≈6–8 %), cobre e nitrogênio controlados
para produzir uma microestrutura bifásica com alta resistência ao escoamento, excelente resistência à corrosão por pites/fendas e resistência substancialmente melhorada à fissuração por corrosão sob tensão induzida por cloreto em relação aos austeníticos convencionais.

Sua forma fundida permite componentes de geometria complexa para ambientes agressivos (corpos de válvula, carcaças da bomba, variedades), mas requer controle rigoroso do processo (fusão, solidificação, recozimento da solução) para fornecer o desempenho esperado e evitar a fragilização das fases intermetálicas.

2. O que é aço inoxidável duplex fundido CE3MN?

Duplex fundido CE3MN aço inoxidável é um produto de alto desempenho, bifásico (ferrítico-austenítico) liga inoxidável projetada especificamente para exigentes ambientes corrosivos e mecanicamente estressados onde os aços inoxidáveis ​​austeníticos ou ferríticos convencionais não proporcionam durabilidade adequada.

Pertence ao família de aço inoxidável superduplex, distinguido pelo cromo elevado (Cr), molibdênio (Mo), azoto (N) e níquel (Em) conteúdos que oferecem uma combinação excepcional de força, resistência à corrosão localizada e resistência à fissuração.

Na nomenclatura padronizada, CE3MN é comumente referenciado em especificações de fundição, como ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 notas (por exemplo CD3MWCuN, também comercializado como “6A”). Isso é A designação UNS é J93404.

É amplamente aceito como o equivalente fundido aos aços inoxidáveis ​​superduplex forjados, como US S32750 / ASTM A F55, e é usado quando leve, são necessárias geometrias complexas ou componentes de peça única com alta resistência à corrosão.

O objetivo conceitual por trás do CE3MN é preencher a lacuna entre aços inoxidáveis ​​duplex convencionais (por exemplo, 2205) e ligas à base de níquel

maximizando a resistência à corrosão (particularmente corrosão por pites e frestas em ambientes de cloreto) mantendo um bom desempenho mecânico, soldabilidade e eficiência de custos para peças fundidas grandes ou complexas.

É frequentemente selecionado para corpos de válvula, carcaças da bomba, coletores e componentes submarinos no óleo & gás, petroquímico, marinho, indústrias de dessalinização e energia.

3. Composição Química do Aço Inoxidável Duplex Fundido CE3MN

Elemento	Faixa típica (WT%)	Papel / comentário
Cr (Cromo)	24.0 – 26.0	Elemento primário para passividade e resistência geral à corrosão; principal contribuidor do PREN.
Em (Níquel)	6.0 – 8.0	Estabilizador de austenita; melhora a tenacidade e ajuda a alcançar o equilíbrio da fase duplex.
Mo (Molibdênio)	3.0 – 4.0	Aumenta fortemente a resistência à corrosão por pites e fendas; principal contribuidor do PREN.
N (Azoto)	0.14 – 0.30	Potente resistência à corrosão e intensificador de força (multiplica na fórmula PREN); crítico para desempenho duplex.
Cu (Cobre)	0.3 – 1.5	Presente em algumas classes fundidas para melhorar a resistência em certos ambientes redutores e para modificar o comportamento de solidificação.
C (Carbono)	≤ 0.03	Mantido baixo para limitar a precipitação de carboneto e a fragilização intergranular.
Mn (Manganês)	≤ 2.0	Desoxidante / formador de austenita parcial; controlado para evitar formação excessiva de inclusão ou segregação.
E (Silício)	≤ 1.0	Desoxidante; limitado a controlar a oxidação e a formação de inclusão.
P (Fósforo)	≤ 0.03	Controle de impurezas – mantido baixo para preservar a resistência.
S (Enxofre)	≤ 0.01	Impureza — minimizada para evitar trincas a quente e perda de ductilidade.
Fé (Ferro)	Equilíbrio (≈ 40–50%)	Resto da liga — ferrita + matriz de austenita.

4. Microestrutura e equilíbrio de fases

• Estrutura bifásica: CE3MN é intencionalmente duplex – ferrite (d) + austenita (c).
  As propriedades mecânicas e de corrosão são uma função direta do fração de fase, particionamento químico e homogeneidade microestrutural.
• Equilíbrio da fase alvo: Normalmente busque cerca de 40–60% de ferrita; muita ferrita reduz a tenacidade e a soldabilidade; pouca ferrita reduz a força e a resistência à fissuração por corrosão sob tensão por cloreto.
• Risco intermetálico: Resfriamento lento, ciclos de calor inadequados (ou reaquecimento local) promover p (Sigma), h, e outros intermetálicos ricos em cromo que são frágil, Rico em Cr/Mo e pobre em Ni; estes reduzem drasticamente a tenacidade e a resistência à corrosão.

5. Físico típico & propriedades mecânicas — CE3MN (fundido em aço inoxidável superduplex)

Escopo & advertências: os valores abaixo são faixas típicas de engenharia para CE3MN/J93404 fundido em uma condição devidamente recozida em solução.

Peças fundidas (seções especialmente grandes/grossas) mostram maior dispersão do que produtos forjados e são sensíveis ao tamanho da seção, tratamento térmico, e equilíbrio de fase real (d/c).

Para projetos e trabalhos críticos de segurança, sempre use dados de teste certificados pelo fornecedor para o calor/lote específico e valide com testes em nível de peça.

Propriedades físicas (típico)

Propriedade	Valor típico (elenco CE3MN, recozido em solução)	Comentário
Densidade	≈ 7.8 – 8.0 g·cm⁻³	Semelhante a outras ligas inoxidáveis; usar 7.85 g/cm³ para cálculos de massa.
Fusão / faixa de solidificação	≈ 1,375 – 1,425 °C	Ampla faixa de solidificação devido à alta liga; afeta a alimentação e o encolhimento.
Condutividade térmica (20 °C)	≈ 12 – 18 W · m⁻¹ · k⁻¹	Menor que os aços carbono; impacta gradientes térmicos durante fundição e soldagem.
Calor específico (20 °C)	≈ 420 – 500 J · kg⁻¹ · k⁻¹	Use ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ para cálculos térmicos.
Coeficiente de expansão térmica (20–300 ° C.)	≈ 12.5 – 14.5 ×10⁻⁶K⁻¹	Inferior a muitos graus austeníticos; importante quando se junta a outros metais.
Módulo de Young (temperatura ambiente)	≈ 190 – 210 GPa	Para uso de design elástico 200 GPa conservadoramente.
Resistividade elétrica (20 °C)	≈ 0.6 – 0.9 μΩ·m	Gama típica de aço inoxidável; varia com a composição exata.
Magnetismo	Ligeiramente ferrítico; pode mostrar resposta magnética fraca	Regiões totalmente austeníticas não magnéticas; duplex mostra magnetismo leve devido à ferrita.

Propriedades mecânicas (típico, forma fundida recozida em solução)

Propriedade	Faixa típica	Notas
Força de rendimento (Rp0.2)	≈ 400 – 550 MPa	Muito superior aos aços inoxidáveis ​​da série 300; depende da seção, tratamento térmico e fração de ferrita.
Resistência à tracção (Rm)	≈ 750 – 900 MPa	Use dados de lote certificados para tensões admissíveis.
Alongamento (UM, % em 50 milímetros)	≈ 10 – 25 %	As peças fundidas tendem para a extremidade inferior; seções mais espessas e σ/χ residual reduzem a ductilidade.
Dureza (HB)	≈ 220 – 360 HB	Os valores superduplex fundidos variam com a microestrutura e quaisquer intermetálicos; dureza se correlaciona com resistência e fragilização.
Impacto Charpy V-notch	≈ 30 – 120 J. (temperatura ambiente)	Ampla gama: elenco, o tamanho da seção e os precipitados levam à dispersão – medida para peças críticas.
Resistência à fratura (K_IC, aproximado)	≈ 50 – 120 Mpa · √m	Altamente dependente da microestrutura, tamanho do entalhe e método de teste; usar mecânica de fratura específica da peça quando necessário.
Fadiga (flexão rotativa / resistência)	Resistência indicativa ≈ 250 – 400 MPa	Acabamento superficial, tensão residual e porosidade dominam a vida em fadiga – quantificar experimentalmente.
Resistência à fluência	Moderado (não é liga de fluência para altas temperaturas)	Adequado para exposição intermitente a temperaturas elevadas; não recomendado para serviços de fluência sustentados de alta tensão acima de ~350–400 °C sem qualificação.

Comportamento de temperatura elevada & orientação de serviço

• Temperatura prática de serviço contínuo: tipicamente ≤ ~300°C para aplicações sensíveis à corrosão; a resistência mecânica cairá progressivamente com a temperatura.
• Exposição de curto prazo: o material retém resistência razoável até ~400–500 °C, mas a exposição a longo prazo corre o risco de precipitação de intermetálicos (um, h) que fragilizam a liga.
• Rastejar & ruptura por estresse: CE3MN oferece melhor resistência a altas temperaturas do que muitos austeníticos, mas é não um substituto para ligas à base de níquel onde a fluência de longo prazo é necessária.
  Para carga sustentada em temperatura elevada, selecione o material com classificação de fluência apropriada e realize testes de fluência.

6. Comportamento de fundição e desafios de solidificação

O design do CE3MN como um liga fundida permite componentes de peça única com passagens internas complexas, recursos integrados e menos juntas — vantagens na eficiência de fabricação, minimização de vazamentos e integridade das peças em comparação com fabricações de múltiplas peças forjadas ou soldadas.

Fundição CE3MN introduz riscos específicos do processo:

• Solidificação e segregação sem equilíbrio: líquido residual interdendrítico torna-se enriquecido em Cr, Eu e Ni (ou inversamente esgotado dependendo dos coeficientes de partição do elemento),
  produzindo variações químicas locais que podem promover a formação intermetálica (s/h) na condição de elenco.
• Ampla faixa de congelamento: alto teor de liga amplia o intervalo de solidificação, aumentando o risco de encolhimento e dificuldade de alimentação - exigindo um projeto cuidadoso do riser, calafrios e estratégia de alimentação.
• Rasgo quente e rachaduras quentes: ligas fundidas duplex podem ser suscetíveis a rasgos a quente se a restrição e os gradientes térmicos não forem gerenciados; ajuda para refinamento de grãos e otimização de canais.
• Defeitos superficiais e internos: porosidade (gás e encolhimento), arrastamento de óxido e inclusões são comuns se o controle de fusão e a filtração forem insuficientes.

Mitigação: controle preciso da química do fundido, filtração de espuma cerâmica, desgaseificação, layout otimizado de canais e alimentadores guiado por simulação de solidificação, e o recozimento da solução pós-fundição são essenciais.

7. Tratamento térmico, soldagem, e controles de fabricação

Recozimento de solução & Querece

• Propósito: dissolver intermetálicos fundidos e homogeneizar a química para alcançar o equilíbrio duplex desejado.
• Prática típica: recozimento em solução na faixa 1,050–1.100 ° C. (a faixa exata depende da seção da peça) seguido de têmpera rápida para evitar reprecipitação intermetálica.
• Advertências: peças fundidas grandes/espessas exigem tempos de espera e estratégias de têmpera adaptadas ao tamanho da seção; solubilização insuficiente deixa σ/χ residual e segregação.

Soldagem & corte térmico

• Metalurgia de solda: os consumíveis devem ser selecionados para corresponder ou superar ligeiramente a química da liga e para promover uma relação de fase equilibrada na ZTA/metal de solda.
• Controle de entrada de calor: a entrada de calor excessiva ou sequenciada incorretamente altera o equilíbrio de fase e pode precipitar localmente σ/χ.
• Tratamento pós-solda: para montagens críticas, recozimento de solução pós-solda ou tratamento térmico local pode ser necessário para restaurar a microestrutura.
• Cuidado com corte térmico: como observado na prática, pré -aquecimento + corte a quente local (por exemplo, oxicombustível) seguido de resfriamento lento pode produzir precipitação σ/χ e fragilização na aresta de corte;
  a melhor prática é tratar com solução antes de qualquer corte térmico ou usar corte a frio (serrar) seguido de recozimento em solução.

8. Defeitos comuns e modos de falha (foco prático)

• um / χ precipitação intermetálica: se forma nas interfaces interdendríticas e α/γ no resfriamento lento ou durante a exposição térmica pós-fundição; causa fragilização e suscetibilidade à corrosão.
• Segregação (Particionamento Ni/Cr/Mo): leva à depressão local do PREN e ao ataque preferencial.
• Porosidade de gás e contração: reduzir a seção de suporte de carga e a vida útil em fadiga.
• Lágrima quente: da solidificação restrita em seções espessas.
• Fragilização induzida por corte térmico: cortar risers em componentes fundidos sem recozimento de solução prévio pode precipitar σ/χ na raiz de corte e iniciar rachaduras (remédio prático: recozimento da solução antes do corte térmico ou serra a frio e então solubilizar).

9. Aplicações típicas de aço inoxidável duplex fundido CE3MN

O aço inoxidável duplex fundido CE3MN é selecionado para aplicações onde alta resistência mecânica, excelente resistência à corrosão localizada, e confiabilidade estrutural sob condições severas de serviço são simultaneamente necessários.

Como uma classe superduplex fundida, é particularmente adequado para complexos, paredes espessas, componentes contendo pressão que são difíceis ou antieconômicos de fabricar a partir de produtos forjados.

Óleo & indústria de gás e petroquímica

• Corpos de válvulas e componentes de válvulas (válvulas de esfera, válvulas de gaveta, Verifique as válvulas) para serviços ácidos e ambientes com alto teor de cloreto
• Invólucros de bombas e impulsores manipulação de água do mar, água produzida, ou misturas agressivas de hidrocarbonetos
• Coletores e componentes de controle de fluxo exposto a alta pressão, erosão, e fluidos corrosivos

Engenharia offshore e marítima

• Sistemas de tratamento de água do mar (carcaças de bombas, filtros, blocos de válvulas)
• Fundições estruturais de plataformas offshore sujeito à exposição contínua à água do mar
• Componentes da planta de dessalinização incluindo bombas de salmoura e corpos de válvula

Indústrias químicas e de processo

• Internos e invólucros do reator exposto a ácidos mistos, cloretos, e temperaturas elevadas
• Componentes do trocador de calor como cabeçotes de canal e caixas d’água
• Carcaças do agitador e componentes da bomba em serviços químicos agressivos

Geração de energia e sistemas de energia

• Sistemas de água de resfriamento em usinas térmicas e nucleares
• Dessulfurização de gases de combustão (FGD) componentes do sistema
• Fundições para manuseio de água de alta pressão em instalações de energia renovável

Polpa, papel, e engenharia ambiental

• Componentes do digestor e do sistema de branqueamento
• Bombas, misturadores, e corpos da válvula exposto a meios ricos em cloreto e alcalinos
• Equipamento de tratamento de águas residuais e efluentes

Mineração, processamento mineral, e manuseio de lama

• Carcaças e impulsores da bomba de polpa
• Vestir- e caixas resistentes à corrosão para sistemas de transporte mineral

Componentes contendo pressão de alta integridade

• Componentes dos vasos de pressão
• Caixas e tampas fundidas de paredes espessas
• Peças fundidas de engenharia personalizada com passagens internas complexas

10. Comparação com outros materiais alternativos

O aço inoxidável duplex fundido CE3MN é frequentemente selecionado em vez de outros aços inoxidáveis, ligas superausteníticas, e ligas à base de níquel devido à sua combinação única de resistência à corrosão, resistência mecânica, e custo-benefício na forma fundida.

A comparação a seguir destaca seu desempenho relativo e adequação de aplicação.

Propriedade / Critério	CE3MN (Elenco Duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N)	316eu / 1.4404 (SS austenítico)	904eu / 1.4539 (SS Super-Austenítico)	Ligas à Base de Níquel (por exemplo, Hastelloy C-22)
Resistência à corrosão	Excelente resistência ao pitting, corrosão em fendas, e corrosão sob tensão em ambientes de cloreto; Madeira ≈ 40	Moderado; propenso a corrosão/fendas em meios com alto teor de cloreto	Muito alto; PREN comparável (≈ 40–42), forte resistência a ácidos	Excelente na oxidação e redução de ácidos
Resistência Mecânica	Alta resistência (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); boa resistência	Moderado (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa)	Moderado a alto; rendimento inferior ao duplex	Alto, mas muitas vezes caro para fabricar
Fase / Microestrutura	Dúplex (ferrita + austenita) para equilíbrio otimizado entre resistência e corrosão	Totalmente austenítico	Totalmente austenítico	Totalmente austenítico ou complexo
Castabilidade	Excelente para complexos, peças de paredes espessas; menor encolhimento do que austeníticos de alta liga	Bom, mas menor resistência em seções espessas	Pobre; caro para peças fundidas grandes	Difícil; alto custo, controle de fusão complexo
Desempenho em temperaturas elevadas	Moderado; adequado ≤ 300–350 °C; fluência limitada	Moderado; austenita amolece em alta T	Moderado; um pouco melhor que 316L	Excelente; pode suportar temperaturas de 400 a 600 °C em meios agressivos
Custo & Disponibilidade	Moderado; mais econômico que 904L e ligas de níquel	Baixo; amplamente disponível	Alto; fornecedores de fundição limitados	Muito alto; liga especial
Aplicações Típicas	Válvulas, bombas, caixas de pressão ricas em cloreto, de alta pressão, Serviço químico	Equipamento químico geral, comida, manuseio de água	Tanques resistentes a ácidos, trocadores de calor	Processos químicos altamente agressivos, temperatura extrema ou corrosão

Takeaways -chave:

1. CE3MN versus 316L: CE3MN oferece resistência à corrosão muito superior em ambientes de cloreto e produtos químicos agressivos, com maior resistência, tornando-o ideal para componentes de alta pressão ou de paredes espessas.
2. CE3MN versus 904L: CE3MN proporciona maior resistência mecânica e moldabilidade, muitas vezes a um custo menor, enquanto 904L é preferível para paredes finas, componentes altamente resistentes a ácidos.
3. CE3MN vs ligas à base de níquel: As ligas de níquel apresentam desempenho superior em condições extremamente corrosivas e de alta temperatura,
   mas CE3MN fornece uma equilíbrio econômico de força, resistência à corrosão, e capacidade de fabricação para a maioria das aplicações industriais.

11. Conclusão

O aço inoxidável duplex fundido CE3MN é uma liga desenvolvida especificamente para ambientes corrosivos e carregados mecanicamente exigentes, onde são necessárias geometrias fundidas complexas.

Isso é química superduplex oferece uma combinação atraente de alta resistência e excelente resistência à corrosão localizada - mas essas vantagens só se materializam durante a fusão, fundição, o recozimento e a fabricação da solução são executados com disciplina para evitar segregação e precipitação intermetálica frágil.

Para componentes industriais ou submarinos críticos, adquirir CE3MN de fornecedores comprovados com qualificação e testes rigorosos produzirá resultados duráveis, peças fundidas de alto desempenho que justificam o prêmio de material e processamento.