1. Sammanfattning
CE3MN är den gjutna motsvarigheten till smide superduplexlegeringar (TILL EXEMPEL., USA S32750): den kombinerar mycket hög krom (≈24–26 %), betydande molybden (≈3–4 %), förhöjt nickel (≈6–8 %), kontrollerad koppar och kväve
för att producera en tvåfasmikrostruktur med hög sträckgräns, utmärkt motståndskraft mot grop-/spaltkorrosion och väsentligt förbättrad motståndskraft mot klorid-inducerad spänningskorrosionssprickning jämfört med konventionell austenitik.
Dess gjutna form tillåter komplexa geometrikomponenter för tuffa miljöer (ventilkroppar, pumphöljen, grenrör), men kräver strikt processkontroll (smältande, stelning, lösning glödgning) för att leverera den förväntade prestandan och för att undvika spröda intermetalliska faser.
2. Vad är CE3MN Cast Duplex Rostfritt Stål?
CE3MN gjuten duplex rostfritt stål är en högpresterande, tvåfas (ferritisk-austenitisk) rostfri legering konstruerad speciellt för krävande korrosiva och mekaniskt belastade miljöer där konventionella austenitiska eller ferritiska rostfria stål inte ger tillräcklig hållbarhet.
Den tillhör super-duplex familj av rostfritt stål, kännetecknas av förhöjt krom (Cr), molybden (Mo), kväve (N) och nickel (I) innehåll som ger en exceptionell kombination av styrka, lokaliserad korrosionsbeständighet och sprickbeständighet.
I standardiserad nomenklatur, CE3MN refereras ofta till i gjutningsspecifikationer som t.ex ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 betyg (till exempel CD3MWCuN, marknadsförs även som "6A"). Dess UNS-beteckning är J93404.
Det är allmänt accepterat som gjutgods som motsvarar bearbetade superduplexa rostfria stål USA S32750 / ASTM A F55, och används när den är lätt, komplexa geometrier eller komponenter i ett stycke med hög korrosionsbeständighet krävs.
Det konceptuella målet bakom CE3MN är att överbrygga gapet mellan konventionella duplexa rostfria stål (TILL EXEMPEL., 2205) och nickelbaserade legeringar
genom att maximera korrosionsbeständigheten (särskilt gropfrätning och spaltkorrosion i kloridmiljöer) samtidigt som god mekanisk prestanda bibehålls, svetsbarhet och kostnadseffektivitet för stora eller komplicerade gjutna delar.
Det väljs ofta för ventilkroppar, pumphöljen, grenrör och undervattenskomponenter i olja & gas, petrokemisk, marin, avsaltning och kraftindustri.
3. Kemisk sammansättning av CE3MN gjutet duplex rostfritt stål
| Element | Typiskt sortiment (wt%) | Roll / kommentar |
| Cr (Krom) | 24.0 - 26.0 | Primärt element för passivitet och allmän korrosionsbeständighet; stor bidragsgivare till PREN. |
| I (Nickel) | 6.0 - 8.0 | Austenite stabilisator; förbättrar segheten och hjälper till att uppnå dubbelsidig fasbalans. |
| Mo (Molybden) | 3.0 - 4.0 | Ökar kraftigt grop- och spaltkorrosionsbeständigheten; viktig PREN-bidragsgivare. |
| N (Kväve) | 0.14 - 0.30 | Kraftig gropförstärkare och styrka (multipliceras i PREN-formeln); avgörande för duplexprestanda. |
| Cu (Koppar) | 0.3 - 1.5 | Finns i vissa gjutkvaliteter för att förbättra motståndet i vissa reducerande miljöer och för att modifiera stelningsbeteendet. |
C (Kol) |
≤. 0.03 | Hålls låg för att begränsa karbidutfällning och intergranulär försprödning. |
| Mn (Mangan) | ≤. 2.0 | Deoxidationsmedel / partiell austenitbildare; kontrolleras för att undvika överdriven inkluderingsbildning eller segregation. |
| Och (Kisel) | ≤. 1.0 | Deoxidationsmedel; begränsat till att kontrollera oxidation och inklusionsbildning. |
| P (Fosfor) | ≤. 0.03 | Föroreningskontroll — hålls låg för att bevara segheten. |
| S (Svavel) | ≤. 0.01 | Orenhet — minimerad för att undvika hetsprickbildning och förlust av duktilitet. |
| Fe (Järn) | Balans (≈ 40–50 %) | Resten av legeringen — ferrit + austenitmatris. |
4. Mikrostruktur och fasbalans
- Dubbelfas struktur: CE3MN är avsiktligt duplex — ferrit (d) + Austenit (c).
De mekaniska egenskaperna och korrosionsegenskaperna är en direkt funktion av fasfraktion, kemiuppdelning och mikrostrukturell homogenitet. - Målfasbalans: Sträva vanligtvis efter ~40–60 % ferrit; för mycket ferrit sänker segheten och svetsbarheten; för lite ferrit minskar styrkan och motståndskraften mot kloridspännings-korrosionssprickor.
- Intermetallisk risk: Långsam kylning, felaktiga värmecykler (eller lokal återuppvärmning) främja sid (sigma), h, och andra kromrika intermetaller som är spröd, Cr/Mo-rik och Ni-fattig; dessa minskar dramatiskt seghet och korrosionsbeständighet.
5. Typiskt fysiskt & mekaniska egenskaper — CE3MN (gjutet superduplex rostfritt stål)
Omfattning & varningar: värdena nedan är typiska tekniska intervall för gjuten CE3MN/J93404 i ett korrekt lösningsglödgat skick.
Gjutgods (speciellt stora/tjocka sektioner) visar större spridning än smidesprodukter och är känsliga för sektionsstorlek, värmebehandling, och faktisk fasbalans (d/c).
För design och säkerhetskritiskt arbete använd alltid leverantörscertifierade testdata för den specifika värmen/partiet och validera med delnivåtester.
Fysiska egenskaper (typisk)
| Egendom | Typiskt värde (gjuten CE3MN, lösningsglödgad) | Kommentar |
| Densitet | ≈ 7.8 - 8.0 g·cm⁻³ | Liknar andra rostfria legeringar; använda 7.85 g/cm³ för massaberäkningar. |
| Smältande / stelningsintervall | ≈ 1,375 - 1,425 ° C | Brett stelningsområde på grund av hög legering; påverkar utfodring och krympning. |
| Värmeledningsförmåga (20 ° C) | ≈ 12 - 18 W · m⁻ · k⁻ | Lägre än kolstål; påverkar termiska gradienter under gjutning och svetsning. |
| Specifik värme (20 ° C) | ≈ 420 - 500 J · kg⁻ · k⁻ | Använd ~460 J·kg⁻¹·K⁻¹ för termiska beräkningar. |
Termisk expansionskoefficient (20–300 ° C) |
≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ K⁻¹ | Lägre än många austenitiska kvaliteter; viktigt vid sammanfogning med andra metaller. |
| Young's Modulus (rumstemp) | ≈ 190 - 210 Gpa | För användning i elastisk design 200 GPa konservativt. |
| Elektrisk resistivitet (20 ° C) | ≈ 0.6 - 0.9 μΩ·m | Typiskt rostfritt sortiment; varierar med exakt sammansättning. |
| Magnetism | Något ferritisk; kan visa svag magnetisk respons | Helt austenitiska områden icke-magnetiska; duplex visar mild magnetism på grund av ferrit. |
Mekaniska egenskaper (typisk, lösningsglödgad gjuten form)
| Egendom | Typiskt sortiment | Anteckningar |
| Sträckstyrka (RP0.2) | ≈ 400 - 550 MPA | Mycket högre än 300-seriens rostfria stål; beror på avsnitt, värmebehandling och ferritfraktion. |
| Dragstyrka (Rm) | ≈ 750 - 900 MPA | Använd certifierade partidata för tillåtna spänningar. |
| Förlängning (En, % i 50 mm) | ≈ 10 - 25 % | Gjutna delar trendar mot den nedre änden; tjockare sektioner och kvarvarande σ/χ minskar duktiliteten. |
Hårdhet (Hb) |
≈ 220 - 360 Hb | Gjutna superduplexvärden varierar med mikrostruktur och eventuella intermetalliska material; hårdhet korrelerar med styrka och sprödhet. |
| Charpy V-notch inverkan | ≈ 30 - 120 J (rumstemp) | Brett räckvidd: kasta, sektionsstorlek och utfällningar leder till spridning – mått för kritiska delar. |
Frakturseghet (K_ic, ungefärlig) |
≈ 50 - 120 MPA · √m | Mycket beroende av mikrostruktur, hackstorlek och testmetod; använd delspecifik sprickmekanik vid behov. |
| Trötthet (roterande böjning / uthållighet) | Indikativ uthållighet ≈ 250 - 400 MPA | Ytfin, kvarvarande stress och porositet dominerar utmattningsliv - kvantifiera experimentellt. |
| Krypmotstånd | Måttlig (inte högtemperatur kryplegering) | Lämplig för intermittent exponering för förhöjda temperaturer; rekommenderas inte för långvarig krypning med hög stress över ~350–400 °C utan kvalifikationer. |
Beteende vid förhöjd temperatur & servicevägledning
- Praktisk kontinuerlig drifttemperatur: typiskt ≤ ~300 °C för korrosionskänsliga applikationer; mekanisk styrka kommer att minska gradvis med temperaturen.
- Kortvarig exponering: material bibehåller rimlig styrka till ~400–500 °C men långvarig exponering riskerar utfällning av intermetaller (en, h) som spröder legeringen.
- Krypa & stress ruptur: CE3MN erbjuder bättre högtemperaturhållfasthet än många austeniter men är det inte ett substitut för nickelbaserade legeringar där långtidskrypning krävs.
För ihållande belastning vid förhöjd temperatur välj lämpligt krypklassat material och utför kryptestning.
6. Gjutbeteende och stelningsutmaningar
CE3MN:s design som en gjuten legering möjliggör komponenter i ett stycke med komplexa inre passager, integrerade funktioner och färre leder — fördelar i tillverkningseffektivitet, läckageminimering och delintegritet jämfört med tillverkningar från flera smide eller svetsar.
Gjutning CE3MN introducerar processspecifika risker:
- Icke-jämvikt stelning och segregation: interdendritisk restvätska anrikas i Cr, Jag och Ni (eller omvänt utarmat beroende på elementfördelningskoefficienter),
producera lokala kemivariationer som kan främja intermetallisk bildning (s/h) i gjutgods. - Brett frysområde: högt legeringsinnehåll breddar stelningsintervallet, ökar risken för krympning och matningssvårigheter – vilket kräver noggrann utformning av stigarrör, frossa och utfodringsstrategi.
- Het rivning och het sprickbildning: duplexa gjutna legeringar kan vara känsliga för heta rivningar om återhållsamhet och termiska gradienter inte hanteras; kornförfining och grindoptimering hjälper till.
- Yta och inre defekter: porositet (gas och krympning), oxidindragning och inneslutningar är vanliga om smältkontroll och filtrering är otillräcklig.
Minskning: exakt kontroll av smältkemi, keramisk-skumfiltrering, avgasning, optimerad grind- och matarlayout styrd av stelningssimulering, och eftergjutning av lösningsglödgning är avgörande.
7. Värmebehandling, svetsning, och tillverkningskontroller
Lösningsglödgning & släcka
- Ändamål: lös upp gjutna intermetaller och homogenisera kemin för att uppnå den önskade duplexbalansen.
- Typisk praktik: lösningsglödgning i intervallet 1,050–1 100 ° C (Exakt intervall beror på delsektionen) följt av snabb släckning för att undvika intermetallisk återutfällning.
- Varningar: stora/tjocka gjutgods kräver hålltider och härdningsstrategier skräddarsydda för sektionsstorlek; otillräcklig upplösning lämnar kvarvarande σ/χ och segregation.
Svetsning & termisk skärning
- Svetsmetallurgi: förbrukningsvaror bör väljas för att matcha eller något övermatcha legeringskemi och för att främja balanserat fasförhållande i HAZ/svetsmetall.
- Värmeinmatningskontroll: överdriven eller felaktigt sekvenserad värmetillförsel förskjuter fasbalansen och kan lokalt fälla ut σ/χ.
- Eftersvetsbehandling: för kritiska församlingar, lösningsglödgning efter svetsning eller lokal värmebehandling kan krävas för att återställa mikrostrukturen.
- Varning för termisk skärning: som observerats i praktiken, förvärmning + lokal varmskärning (TILL EXEMPEL., syre-bränsle) följt av långsam kylning kan producera σ/χ nederbörd och sprödhet vid skärkanten;
bästa praxis är att lösningsbehandla före eventuell termisk skärning eller att använda kallstyckning (sågning) följt av lösningsglödgning.
8. Vanliga defekter och fellägen (praktiskt fokus)
- en / χ intermetallisk utfällning: bildas i interdendritiska och α/γ-gränssnitt vid långsam kylning eller under termisk exponering efter gjutning; orsakar sprödhet och korrosionskänslighet.
- Segregation (Ni/Cr/Mo-partitionering): leder till lokal PREN-depression och preferensattack.
- Gas- och krympporositet: minska den bärande delen och utmattningslivslängden.
- Hett rivning: från begränsad stelning i tjocka sektioner.
- Termisk skärning inducerad sprödhet: skärande stigare på gjutna komponenter utan föregående lösningsglödgning kan fälla ut σ/χ vid den avskurna roten och initiera sprickbildning (praktiskt botemedel: lösningsglödgning före termisk skärning eller kallsåg och lös sedan).
9. Typiska tillämpningar av CE3MN gjutet duplex rostfritt stål
CE3MN gjutet duplex rostfritt stål är valt för applikationer där hög mekanisk styrka, utmärkt motståndskraft mot lokal korrosion, och strukturell tillförlitlighet under svåra serviceförhållanden krävs samtidigt.
Som gjuten superduplexkvalitet, det är särskilt väl lämpat för komplexa, tjockväggig, tryckhaltiga komponenter som är svåra eller oekonomiska att tillverka av smidesprodukter.
Olja & gas- och petrokemisk industri
- Ventilhus och ventilkomponenter (kullventiler, grindventiler, Kontrollera ventiler) för sur service och högkloridhaltiga miljöer
- Pumphöljen och impeller hantera havsvatten, producerat vatten, eller aggressiva kolväteblandningar
- Fördelare och flödeskontrollkomponenter utsätts för högt tryck, erosion, och frätande vätskor
Offshore- och marinteknik
- Sjövattenhanteringssystem (pumphus, sår, ventilblock)
- Offshore plattformskonstruktionsgjutgods utsatt för kontinuerlig exponering av havsvatten
- Komponenter i avsaltningsanläggningen inklusive köldbärarpumpar och ventilhus
Kemisk industri och processindustri
- Reaktorns inre delar och höljen utsätts för blandade syror, klorider, och förhöjda temperaturer
- Komponenter i värmeväxlaren såsom kanalhuvuden och vattenlådor
- Omrörarhus och pumpkomponenter i aggressiv kemisk tjänst
Kraftproduktion och energisystem
- Kylvattensystem i värme- och kärnkraftverk
- Avsvavling av rökgas (FGD) systemkomponenter
- Högtrycksvattenhanteringsgjutgods i anläggningar för förnybar energi
Massa, papper, och miljöteknik
- Rötnings- och blekningssystemkomponenter
- Pumps, blandare, och ventilkroppar exponeras för kloridrika och alkaliska medier
- Utrustning för rening av avloppsvatten och avloppsvatten
Brytning, mineralbearbetning, och flytgödselhantering
- Slampumpshöljen och pumphjul
- Bära- och korrosionsbeständiga höljen för mineraltransportsystem
Högintegritetstryckinnehållande komponenter
- Tryckkärlskomponenter
- Tjockväggiga gjutna hus och lock
- Specialkonstruerade gjutna delar med komplexa inre passager
10. Jämförelse med andra alternativa material
CE3MN gjutet duplex rostfritt stål väljs ofta framför andra rostfria stål, superaustenitiska legeringar, och nickelbaserade legeringar på grund av dess unik kombination av korrosionsbeständighet, mekanisk styrka, och kostnadseffektivitet i gjuten form.
Följande jämförelse framhäver dess relativa prestanda och applikationslämplighet.
| Egendom / Kriterium | CE3MN (Gjuten duplex, 25Cr-7Ni-Mo-N) | 316L / 1.4404 (Austenitiska SS) | 904L / 1.4539 (Superaustenitisk SS) | Nickelbaserade legeringar (TILL EXEMPEL., Hastelloy C-22) |
| Korrosionsmotstånd | Utmärkt motstånd mot grop, sprickorrosion, och spänningskorrosion i kloridmiljöer; Trä ≈ 40 | Måttlig; benägen för gropbildning/sprickor i media med hög kloridhalt | Mycket hög; jämförbar PREN (≈ 40–42), stark syrabeständighet | Enastående i oxiderande och reducerande syror |
| Mekanisk styrka | Högstyrka (Rp0,2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 750–900 MPa); bra seghet | Måttlig (Rp0,2 ≈ 200–250 MPa, Rm ≈ 500–600 MPa) | Måttlig till hög; lägre än duplex i avkastning | Hög, men ofta dyra att tillverka |
Fas / Mikrostruktur |
Duplex (ferrit + Austenit) för optimerad styrka-korrosionsbalans | Helt austenitisk | Helt austenitisk | Helt austenitisk eller komplex |
| Kastbarhet | Utmärkt för komplex, tjockväggiga delar; lägre krympning än höglegerade austenitiska material | Bra, men lägre styrka i tjocka sektioner | Dålig; dyrt för stora gjutgods | Svår; hög kostnad, komplex smältkontroll |
Prestanda med förhöjd temperatur |
Måttlig; lämplig ≤ 300–350 °C; begränsad krypning | Måttlig; austenit mjuknar vid högt T | Måttlig; något bättre än 316L | Excellent; klarar 400–600 °C i aggressiva medier |
| Kosta & Tillgänglighet | Måttlig; mer ekonomiskt än 904L och nickellegeringar | Låg; allmänt tillgängligt | Hög; begränsade gjutningsleverantörer | Mycket hög; speciallegering |
| Typiska applikationer | Ventiler, pumps, tryckhus i kloridrika, högtryck, kemisk tjänst | Allmän kemisk utrustning, mat, vattenhantering | Syrabeständiga tankar, värmeväxlare | Mycket aggressiva kemiska processer, extrem temperatur eller korrosion |
Nyckelavtagare:
- CE3MN vs 316L: CE3MN erbjuder mycket överlägsen korrosionsbeständighet i klorid och aggressiva kemiska miljöer, med högre styrka, vilket gör den idealisk för högtrycks- eller tjockväggiga komponenter.
- CE3MN vs 904L: CE3MN ger högre mekanisk styrka och gjutbarhet, ofta till lägre kostnad, medan 904L är att föredra för tunnväggiga, mycket syrabeständiga komponenter.
- CE3MN vs nickelbaserade legeringar: Nickellegeringar överträffar i extrema korrosiva och höga temperaturer,
men CE3MN tillhandahåller en ekonomisk balans av styrka, korrosionsmotstånd, och tillverkningsbarhet för de flesta industriella tillämpningar.
11. Slutsats
CE3MN gjutet duplex rostfritt stål är en specialbyggd legering för krävande korrosiva och mekaniskt belastade miljöer där komplexa gjutna geometrier krävs.
Dess superduplex kemi ger en attraktiv kombination av hög hållfasthet och utmärkt lokal korrosionsbeständighet - men dessa fördelar förverkligas först vid smältning, gjutning, lösningsglödgning och tillverkning utförs med disciplin för att undvika segregation och spröd intermetallisk utfällning.
För kritiska industri- eller undervattenskomponenter, att köpa CE3MN från beprövade leverantörer med rigorösa kvalifikationer och tester kommer att ge hållbar, högpresterande gjutgods som motiverar material- och bearbetningspremien.
