ЦЕ3МН ливени дуплекс нерђајући челик

1. Извршни сажетак

ЦЕ3МН је ливени пандан кованим супер-дуплекс легурама (Нпр., УС С32750): комбинује се веома висок хром (≈24–26 %), значајан молибден (≈3–4 %), повишен никал (≈6–8 %), контролисаног бакра и азота
да би се произвела двофазна микроструктура високе границе течења, одлична отпорност на корозију удубљења/пукотина и значајно побољшана отпорност на пуцање изазвано хлоридом у односу на конвенционалну аустенитику.

Његова ливена форма омогућава сложене геометријске компоненте за тешке услове (Тела вентила, кућишта пумпе, раздјелнике), али захтева строгу контролу процеса (топљење, очвршћавање, Решење Аннеал) да се испоруче очекивани учинак и да се избегну крхкост интерметалних фаза.

2. Шта је ЦЕ3МН ливени дуплекс нерђајући челик?

ЦЕ3МН ливени дуплекс нехрђајући челик је високих перформанси, двофазни (феритно-аустенит) нерђајућа легура конструисана посебно за захтевне корозивне и механички оптерећене средине где конвенционални аустенитни или феритни нерђајући челици не пружају одговарајућу издржљивост.

Припада у супер-дуплекс породица од нерђајућег челика, одликује се повишеним хромом (ЦР), молибден (Мо), азот (Н) и никл (У) садржаја који пружају изузетну комбинацију снага, локализована отпорност на корозију и отпорност на пукотине.

У стандардизованој номенклатури, ЦЕ3МН се обично помиње у спецификацијама ливења као што су АСТМ А995 / АСМЕ СА351 & СА995 оцене (на пример ЦД3МВЦуН, такође се продаје као "6А"). То је УНС ознака је Ј93404.

Широко је прихваћен као ливени еквивалент кованом супер-дуплекс нерђајућем челику као што је УС С32750 / АСТМ А Ф55, и користи се када је лаган, потребне су сложене геометрије или једноделне компоненте високе отпорности на корозију.

Концептуални циљ иза ЦЕ3МН је да се премости јаз између конвенционални дуплекс нерђајући челици (Нпр., 2205) и легуре на бази никла

максимизирањем отпорности на корозију (посебно корозија удубљења и пукотина у хлоридним срединама) уз одржавање добрих механичких перформанси, заварљивост и економичност за велике или сложене ливене делове.

Често се бира за Тела вентила, кућишта пумпе, разводници и подморске компоненте у уље & гас, петрохемијски, маринац, десалинизацију и електропривреду.

3. Хемијски састав ЦЕ3МН ливеног дуплекс нерђајућег челика

Елемент	Типичан опсег (вт%)	Улога / коментар
ЦР (Хром)	24.0 - 26.0	Примарни елемент за пасивност и општу отпорност на корозију; главни сарадник ПРЕН-а.
У (Никл)	6.0 - 8.0	Аустенит стабилизатор; побољшава жилавост и помаже у постизању равнотеже дуплекс фазе.
Мо (Молибден)	3.0 - 4.0	Снажно повећава отпорност на корозију на рупице и пукотине; кључни сарадник ПРЕН-а.
Н (Азот)	0.14 - 0.30	Снажна отпорност на удубљење и појачивач снаге (множе у формули ПРЕН); критично за перформансе дуплекса.
Цу (Бакар)	0.3 - 1.5	Присутан у неким врстама ливења ради побољшања отпорности у одређеним редукционим срединама и модификације понашања при очвршћавању.
Ц (Угљеник)	≤ 0.03	Одржава се на ниском нивоу како би се ограничило таложење карбида и интергрануларно крхкост.
Мн (Манган)	≤ 2.0	Деокидисер / делимично формирање аустенита; контролисано да би се избегло прекомерно формирање инклузије или сегрегација.
И (Силицијум)	≤ 1.0	Деокидисер; ограничено на контролу оксидације и формирања инклузије.
П (Фосфор)	≤ 0.03	Контрола нечистоћа — одржава се на ниском нивоу да би се очувала жилавост.
С (Сумпорни)	≤ 0.01	Нечистоћа — сведена на минимум да би се избегло пуцање од врућине и губитак дуктилности.
Фе (Гвожђе)	Равнотежа (≈ 40–50%)	Остатак легуре — ферит + аустенитну матрицу.

4. Микроструктура и фазни баланс

• Двофазна структура: ЦЕ3МН је намерно дуплекс — ферит (д) + Аустенит (ц).
  Механичка својства и својства корозије су директна функција фракција фазе, подела хемије и Микроструктурна хомогеност.
• Циљни фазни баланс: Обично циљајте на ~40–60% ферита; превише ферита смањује жилавост и заварљивост; премало ферита смањује снагу и отпорност на пуцање хлоридним стресом и корозијом.
• Интерметални ризик: Споро хлађење, неправилни топлотни циклуси (или локално догревање) промовисати стр (сигма), х, и други интерметали богати хромом који су ломљив, Цр/Мо богати и сиромашни Ни; они драматично смањују жилавост и отпорност на корозију.

5. Типично физичко & механичка својства — ЦЕ3МН (ливени супер-дуплекс нерђајући челик)

Обим & упозорења: вредности испод су типични инжењерски опсег за ливене ЦЕ3МН/Ј93404 у исправном жареном стању.

Одлив (посебно велике/дебеле делове) показују веће расипање од кованих производа и осетљиви су на величину пресека, топлотни третман, и стварни фазни биланс (д/ц).

За пројектовање и рад од критичне важности за безбедност увек користите податке о тестирању које је сертификован добављач за специфичну топлоту/партију и потврдите тестовима на делимичном нивоу.

Физичка својства (типично)

Имовина	Типична вредност (ливени ЦЕ3МН, раствором жарени)	Коментар
Густина	≈ 7.8 - 8.0 г·цм⁻³	Слично другим нерђајућим легурама; користити 7.85 г/цм³ за прорачун масе.
Топљење / опсег очвршћавања	≈ 1,375 - 1,425 ° Ц	Широк опсег очвршћавања због високе легуре; утиче на храњење и скупљање.
Топлотна проводљивост (20 ° Ц)	≈ 12 - 18 В · м⁻¹ · к⁻¹	Нижи од угљеничних челика; утиче на термичке градијенте током ливења и заваривања.
Специфична топлота (20 ° Ц)	≈ 420 - 500 Ј · кг⁻¹ · к⁻¹	Користите ~460 Ј·кг⁻¹·К⁻¹ за термичке прорачуне.
Коефицијент топлотног ширења (20–300 °Ц)	≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ К⁻¹	Ниже од многих аустенитних класа; важно при спајању са другим металима.
Иоунг'с Модул (собна темп)	≈ 190 - 210 ГПА	За употребу еластичног дизајна 200 ГПа конзервативно.
Електрична отпорност (20 ° Ц)	≈ 0.6 - 0.9 μΩ·м	Типичан опсег од нерђајућег челика; варира са тачним саставом.
Магнетизам	Помало феритно; може показати слаб магнетни одговор	Потпуно аустенитне области немагнетне; дуплекс показује благи магнетизам због ферита.

Механичке особине (типично, раствором жарени ливени облик)

Имовина	Типичан опсег	Белешке
Граница течења (РП0.2)	≈ 400 - 550 МПА	Много виши од нерђајућег челика серије 300; зависи од секције, термичка обрада и феритна фракција.
Затезна чврстоћа (Рм)	≈ 750 - 900 МПА	Користите сертификоване податке о серији за дозвољена напрезања.
Издужење (А, % у 50 мм)	≈ 10 - 25 %	Ливени делови се крећу према доњем крају; дебљи пресеци и заостали σ/χ смањују дуктилност.
Тврдоћа (Хб)	≈ 220 - 360 Хб	Вредности ливеног супер-дуплекса варирају у зависности од микроструктуре и било које интерметалике; тврдоћа је у корелацији са чврстоћом и кртошћу.
Шарпијев В-зарез	≈ 30 - 120 Ј (собна темп)	Широк распон: лишити, величина пресека и преципитати доводе до расејања—мера за критичне делове.
Чврстоћа лома (К_ИЦ, приближна)	≈ 50 - 120 МПа·√м	Веома зависи од микроструктуре, величина зареза и метода испитивања; користите механику лома специфичну за део где је потребно.
Умор (ротационо савијање / издржљивост)	Индикативна издржљивост ≈ 250 - 400 МПА	Површинска завршна обрада, резидуални напон и порозност доминирају заморним веком - експериментално квантификовати.
Отпорност на пузање	Умерен (не легура пузања на високим температурама)	Погодно за повремено излагање повишеним температурама; не препоручује се за дуготрајно пузање под високим стресом изнад ~350–400 °Ц без квалификација.

Понашање на повишеној температури & сервисно вођење

• Практична континуирана температура рада: обично ≤ ~300 °Ц за апликације осетљиве на корозију; механичка чврстоћа ће прогресивно опадати са температуром.
• Краткорочна изложеност: материјал задржава разумну чврстоћу до ~400–500 °Ц, али дуготрајно излагање ризикује таложење интерметала (а, х) који отежавају легуру.
• Црееп & стрес руптуре: ЦЕ3МН нуди бољу чврстоћу на високим температурама од многих аустенитика, али јесте не замена за легуре на бази никла где је потребно дуготрајно пузање.
  За трајно оптерећење на повишеној температури изаберите одговарајући материјал са оценом пузања и извршите испитивање пузања.

6. Понашање ливења и изазови учвршћивања

ЦЕ3МН дизајн као а ливена легура омогућава једноделне компоненте са сложеним унутрашњим пролазима, интегрисане карактеристике и мање спојева — предности у ефикасности производње, минимизирање цурења и интегритет делова у поређењу са израдама од вишеструких отковака или заварених делова.

Ливење ЦЕ3МН уводи ризике специфичне за процес:

• Неравнотежно очвршћавање и сегрегација: интердендритична резидуална течност постаје обогаћена Цр, Ја и Ни (или обрнуто осиромашени у зависности од коефицијената поделе елемената),
  производећи локалне варијације хемије које могу подстаћи формирање интерметала (с/х) у изливеном стању.
• Широк опсег замрзавања: висок садржај легуре проширује интервал очвршћавања, повећање ризика од скупљања и потешкоћа у храњењу — што захтева пажљив дизајн успона, мрзлица и стратегија храњења.
• Вруће кидање и вруће пуцање: дуплекс ливене легуре могу бити подложне врућем цепању ако се не контролишу задржавање и термички градијенти; пречишћавање зрна и оптимизација гајта помажу.
• Површински и унутрашњи недостаци: порозност (гаса и скупљања), увлачење оксида и инклузије су уобичајени ако контрола топљења и филтрација нису довољни.

Ублажавање: прецизна контрола хемије топљења, керамичко-пенасто филтрирање, дегастирање, оптимизован распоред улаза и фидера вођен симулацијом очвршћавања, и жарење раствора након ливења су од суштинског значаја.

7. Топлотни третман, заваривање, и контроле производње

Решење жарење & гасити

• Сврха: растворити као ливене интерметале и хомогенизовати хемију да би се постигао жељени дуплекс баланс.
• Типична пракса: раствор жарење у опсегу 1,050-1,100 ° Ц (тачан опсег зависи од пресека дела) праћено брзим гашењем да би се избегла интерметална репреципитација.
• Упозорења: велики/дебели одливци захтевају време задржавања и стратегије гашења прилагођене величини пресека; недовољно растварање оставља резидуални σ/χ и сегрегацију.

Заваривање & термичко сечење

• Металургија заваривања: потрошни материјал треба да буде изабран тако да одговара или мало надмашује хемију легуре и да промовише уравнотежен однос фаза у ХАЗ/метал заваривања.
• Контрола уноса топлоте: прекомерна или неправилно распоређена унос топлоте помера фазни баланс и може локално да таложи σ/χ.
• Третман након заваривања: за критичне скупове, може бити потребно жарење раствором након заваривања или локални топлотни третман да би се обновила микроструктура.
• Опрез при термичком сечењу: како се уочава у пракси, загревање + локално вруће сечење (Нпр., кисеоник-гориво) праћено спором хлађењем може произвести σ/χ таложење и крхкост на ивици реза;
  најбоља пракса је да раствор-третирати пре било каквог термичког сечења или користити хладно сечење (тестерисање) након чега следи жарење раствора.

8. Уобичајени кварови и начини квара (практични фокус)

• а / χ интерметалне преципитације: формира се у интердендритским и α/γ интерфејсима при спором хлађењу или током термичког излагања након ливења; изазива крхкост и подложност корозији.
• Сегрегација (Подела Ни/Цр/Мо): доводи до локалне ПРЕН депресије и преференцијалног напада.
• Порозност гаса и скупљања: смањити носиви пресек и век трајања замора.
• Вруће кидање: од ограниченог очвршћавања у дебелим пресецима.
• Кртост изазвана термичким резањем: сечење успона на ливеним компонентама без претходног жарења раствором може исталожити σ/χ на одсеченом корену и покренути пуцање (практичан лек: жарење раствором пре термичког сечења или хладне тестере, а затим растварање).

9. Типичне примене ЦЕ3МН ливеног дуплекс нерђајућег челика

ЦЕ3МН ливени дуплекс нерђајући челик је изабран за апликације где висока механичка чврстоћа, одлична отпорност на локализовану корозију, и поузданост конструкције у тешким условима рада истовремено су потребни.

Као ливена супер-дуплекс класа, посебно је погодан за сложене, дебелих зидова, компоненте које садрже притисак и које је тешко или неекономично произвести од кованих производа.

Уље & гасне и петрохемијске индустрије

• Тела вентила и компоненте вентила (куглични вентили, Вентили врата, неповратни вентили) за киселе услуге и окружења са високим садржајем хлорида
• Кућишта и радна кола пумпи руковање морском водом, произведена вода, или агресивне мешавине угљоводоника
• Колектори и компоненте за контролу протока изложен високом притиску, ерозија, и корозивне течности

Оффсхоре и поморски инжењеринг

• Системи за руковање морском водом (кућишта пумпе, цедиљке, блокови вентила)
• Конструктивни одливци платформи на мору подложан сталном излагању морској води
• Компоненте постројења за десалинизацију укључујући пумпе за слану воду и тела вентила

Хемијска и процесна индустрија

• Унутрашњост реактора и кућишта изложени мешаним киселинама, хлориди, и повишене температуре
• Компоненте измењивача топлоте као што су главе канала и кутије за воду
• Кућишта мешалице и компоненте пумпе у агресивној хемијској служби

Производња електричне енергије и енергетски системи

• Системи воде за хлађење у термо и нуклеарним електранама
• Одсумпоравање димних гасова (ФГД) компоненте система
• Одливци за руковање водом под високим притиском у објектима обновљиве енергије

Пулпа, папир, и еколошки инжењеринг

• Дигестер и компоненте система за бељење
• Пумпе, миксери, и тела вентила изложени хлоридима и алкалним срединама
• Опрема за третман отпадних вода и отпадних вода

Рударство, прерада минерала, и руковање муљом

• Кућишта и радна кола пумпи за стајњак
• Носити- и кућишта отпорна на корозију за системе транспорта минерала

Компоненте високог интегритета које садрже притисак

• Компоненте посуде под притиском
• Ливена кућишта и поклопци дебелих зидова
• Изливени делови по мери са сложеним унутрашњим пролазима

10. Поређење са другим алтернативним материјалима

ЦЕ3МН ливени дуплекс нерђајући челик се често бира у односу на друге нерђајуће челике, супераустенитних легура, и легуре на бази никла због своје јединствена комбинација отпорности на корозију, механичка чврстоћа, и исплативост у ливеном облику.

Следеће поређење наглашава његове релативне перформансе и погодност за примену.

Имовина / Критеријум	ЦЕ3МН (Цаст Дуплек, 25Цр-7Ни-Мо-Н)	316Л / 1.4404 (Аустенит СС)	904Л / 1.4539 (Супер-аустенит СС)	Легуре на бази никла (Нпр., Хастеллои Ц-22)
Отпорност на корозију	Одлична отпорност на удубљење, Цревице Цорросион, и корозија под напоном у хлоридним срединама; Дрво ≈ 40	Умерен; склона удубљењима/пукотинама у медијима са високим садржајем хлорида	Веома високо; упоредиви ПРЕН (≈ 40–42), јака отпорност на киселине	Изванредан у оксидационим и редукционим киселинама
Механичка чврстоћа	Велика снага (Рп0,2 ≈ 450–550 МПа, Рм ≈ 750–900 МПа); добра жилавост	Умерен (Рп0,2 ≈ 200–250 МПа, Рм ≈ 500–600 МПа)	Умерен до високо; мањи од дуплекса у приносу	Високо, али често скупа за израду
Фаза / Микроструктура	Дуплекс (ферит + Аустенит) за оптимизован баланс чврстоће и корозије	Потпуно аустенит	Потпуно аустенит	Потпуно аустенитне или сложене
Капитаљивост	Одлично за комплекс, делови дебелих зидова; мање скупљање од високолегираних аустенита	Добри, али мања чврстоћа у дебелим пресецима	Сиромашан; скупо за велике ливене	Тежак; висока цена, сложена контрола топљења
Перформансе при повишеној температури	Умерен; погодан ≤ 300–350 °Ц; ограничено пузање	Умерен; аустенит омекшава при високој Т	Умерен; нешто боље од 316Л	Одличан; може поднети 400–600 °Ц у агресивним медијима
Трошак & Доступност	Умерен; економичнији од 904Л и легура никла	Низак; широко доступно	Високо; ограничени добављачи ливења	Веома високо; специјална легура
Типичне апликације	Вентили, пумпе, кућишта под притиском богата хлоридима, високог притиска, хемијска служба	Општа хемијска опрема, храна, руковање водом	Резервоари отпорни на киселине, Измењивачи топлоте	Веома агресивни хемијски процеси, екстремне температуре или корозије

Кеи Такеаваис:

1. ЦЕ3МН вс 316Л: ЦЕ3МН нуди далеко бољу отпорност на корозију у хлоридним и агресивним хемијским срединама, са већом снагом, што га чини идеалним за компоненте високог притиска или дебелих зидова.
2. ЦЕ3МН против 904Л: ЦЕ3МН обезбеђује већу механичку чврстоћу и способност ливења, често по нижој цени, док је 904Л пожељнији за танке зидове, компоненте високе отпорности на киселине.
3. ЦЕ3МН наспрам легура на бази никла: Легуре никла имају бољи учинак у екстремним корозивним и високотемпературним условима,
   али ЦЕ3МН пружа економска равнотежа снаге, отпорност на корозију, и производност за већину индустријских примена.

11. Закључак

ЦЕ3МН ливени дуплекс нерђајући челик је наменски направљена легура за захтевна корозивна и механички оптерећена окружења где су потребне сложене ливене геометрије.

То је супер-дуплекс хемија пружа атрактивну комбинацију високе чврстоће и одличне отпорности на локализовану корозију — али ове предности се материјализују тек када се топе, ливење, жарење и производња раствора се изводе дисциплиновано како би се избегла сегрегација и крто интерметално таложење.

За критичне индустријске или подморске компоненте, набавка ЦЕ3МН од доказаних добављача са ригорозном квалификацијом и тестирањем ће дати издржљив, одливци високих перформанси који оправдавају премију материјала и обраде.