CE3MN Лита дуплексна нержавіюча сталь

1. Резюме

CE3MN є литим аналогом кованих супердуплексних сплавів (Напр., США S32750): це поєднує дуже високий вміст хрому (≈24–26 %), значний молібден (≈3–4 %), підвищений вміст нікелю (≈6–8 %), контрольовані мідь і азот
для отримання двофазної мікроструктури з високою межею текучості, чудова стійкість до точкової/щілинної корозії та значно покращена стійкість до корозійного розтріскування під напругою, спричиненого хлоридами, порівняно зі звичайними аустенітами.

Його лита форма дозволяє використовувати компоненти складної геометричної форми для суворих умов (Тіла клапана, насос кожухів, колектори), але вимагає суворого контролю процесу (плавлення, затвердіння, Рішення відпалити) щоб забезпечити очікувану продуктивність і уникнути окрихчення інтерметалічних фаз.

2. Що таке лита двостороння нержавіюча сталь CE3MN?

CE3MN литий дуплекс нержавіюча сталь є високопродуктивним, двофазний (феритно-аустенітний) нержавіючий сплав, розроблений спеціально для вимогливі корозійні та механічні середовища де звичайна аустенітна або феритна нержавіюча сталь не забезпечує достатньої довговічності.

Воно належить до сімейство супердуплексних нержавіючих сталей, відрізняються підвищеним вмістом хрому (Cr), молібден (Mo), азот (П.) і нікель (У) вміст, який забезпечує виняткове поєднання міцність, стійкість до локальної корозії та стійкість до тріщин.

У стандартизованій номенклатурі, CE3MN зазвичай згадується в специфікаціях лиття, таких як ASTM A995 / ASME SA351 & SA995 оцінки (наприклад CD3MWCuN, також продається як "6A"). Його Позначення UNS – J93404.

Він широко визнаний як литий еквівалент кованих супердуплексних нержавіючих сталей, таких як США S32750 / ASTM A F55, і використовується при легкій вазі, потрібні складні геометрії або цільні компоненти з високою стійкістю до корозії.

Концептуальна мета CE3MN — подолати розрив між звичайні дуплексні нержавіючі сталі (Напр., 2205) і сплави на основі нікелю

завдяки максимальному підвищенню стійкості до корозії (особливо точкової та щілинної корозії в хлоридних середовищах) зберігаючи хороші механічні характеристики, зварюваність і економічна ефективність для великих або складних литих деталей.

Його часто вибирають для Тіла клапана, насос кожухів, колектори та підводні компоненти в нафта & газовий, нафтохімічний, морський, опріснення та електроенергетика.

3. Хімічний склад литої дуплексної нержавіючої сталі CE3MN

Елемент	Типовий діапазон (вага%)	Роль / коментар
Cr (Хром)	24.0 - 26.0	Основний елемент для пасивності та загальної стійкості до корозії; основний внесок у PREN.
У (Нікель)	6.0 - 8.0	Аустенітний стабілізатор; покращує міцність і допомагає досягти дуплексного балансу фаз.
Mo (Молібден)	3.0 - 4.0	Значно підвищує стійкість до точкової та щілинної корозії; ключовий учасник PREN.
П. (Азот)	0.14 - 0.30	Потужний засіб, що підвищує стійкість до ямок і міцності (множиться у формулі PREN); критичний для продуктивності дуплексного режиму.
Куточок (Мідь)	0.3 - 1.5	Присутній у деяких марках лиття для підвищення стійкості в певних відновних середовищах і для зміни поведінки твердіння.
C (Вуглець)	≤ 0.03	Зберігається на низькому рівні для обмеження виділення карбіду та міжзеренної крихкості.
Мн (Марганець)	≤ 2.0	Розкислювач / частковий утворювач аустеніту; контролюється, щоб уникнути надмірного утворення включень або сегрегації.
І (Кремнію)	≤ 1.0	Розкислювач; обмежується контролем окислення та утворення включень.
С (Фосфор)	≤ 0.03	Контроль домішок — низький рівень для збереження міцності.
S (Сірка)	≤ 0.01	Домішки — зведені до мінімуму, щоб уникнути гарячих тріщин і втрати пластичності.
Феод (Прасувати)	Балансувати (≈ 40–50%)	Залишок сплаву — ферит + аустенітну матрицю.

4. Мікроструктура та фазовий баланс

• Двофазна структура: CE3MN спеціально дуплексний — феритовий (р.) + Аустеніт (в).
  Механічні та корозійні властивості є прямою функцією частка фази, розділення хімії і Мікроструктурна однорідність.
• Баланс цільової фази: Зазвичай прагнуть до ~40–60% фериту; занадто велика кількість фериту знижує міцність і зварюваність; занадто мало фериту знижує міцність і стійкість до хлоридного корозійного розтріскування.
• Інтерметалічний ризик: Повільне охолодження, неправильні теплові цикли (або місцеве повторне нагрівання) сприяти с (сигма), ч, та інші інтерметаліди, багаті хромом крихкий, Багаті Cr/Mo та бідні Ni; вони різко знижують міцність і стійкість до корозії.

5. Типовий фізичний & механічні властивості — CE3MN (лита супердуплексна нержавіюча сталь)

Область застосування & застереження: наведені нижче значення типові інженерні діапазони для лиття CE3MN/J93404 у стані належного відпалу розчину.

Виливки (особливо великі/товсті ділянки) мають більший розкид, ніж ковані вироби, і чутливі до розміру секції, термічна обробка, і фактичний баланс фаз (d/c).

Для проектування та робіт, важливих для безпеки, завжди використовуйте сертифіковані постачальником дані випробувань для питомої теплоти/партії та перевіряйте їх частковими тестами.

Фізичні властивості (типовий)

Майно	Типове значення (литий CE3MN, розчинно-прожарений)	Коментувати
Щільність	≈ 7.8 - 8.0 г·см⁻³	Подібно до інших нержавіючих сплавів; використовувати 7.85 г/см³ для обчислення маси.
плавлення / діапазон затвердіння	≈ 1,375 - 1,425 ° C	Широкий діапазон затвердіння завдяки високому легуванню; впливає на живлення та усадку.
Теплопровідність (20 ° C)	≈ 12 - 18 Вт·м⁻¹·K⁻¹	Нижче, ніж вуглецеві сталі; впливає на температурні градієнти під час лиття та зварювання.
Питома теплоємність (20 ° C)	≈ 420 - 500 Дж·кг⁻¹·K⁻¹	Для теплових розрахунків використовуйте ~460 Дж·кг⁻¹·K⁻¹.
Коефіцієнт теплового розширення (20–300 ° C)	≈ 12.5 - 14.5 ×10⁻⁶ К⁻¹	Нижче, ніж у багатьох аустенітних марок; важливий при з’єднанні з іншими металами.
Модуль Юнга (кімнатна темп)	≈ 190 - 210 GPA	Для еластичного дизайну використовують 200 ГПа консервативно.
Electrical resistivity (20 ° C)	≈ 0.6 - 0.9 мкОм·м	Типовий асортимент нержавіючої сталі; залежить від точного складу.
Магнетизм	Злегка феритний; може проявляти слабку магнітну реакцію	Повністю аустенітні області немагнітні; дуплекс має слабкий магнетизм завдяки фериту.

Механічні властивості (типовий, розжарена лита форма)

Майно	Типовий діапазон	Нотатки
Межа текучості (RP0.2)	≈ 400 - 550 MPA	Набагато вище, ніж нержавіюча сталь серії 300; залежить від розділу, термічної обробки та ферритової фракції.
Сила на розрив (Rm)	≈ 750 - 900 MPA	Використовуйте сертифіковані дані партії для допустимих напруг.
Подовження (A, % у 50 мм)	≈ 10 - 25 %	Литі частини мають тенденцію до нижнього кінця; більш товсті секції та залишковий σ/χ зменшують пластичність.
Твердість (HB)	≈ 220 - 360 HB	Значення литого супердуплексу змінюються залежно від мікроструктури та будь-яких інтерметалідів; твердість корелює з міцністю і крихкістю.
V-образний удар Шарпі	≈ 30 - 120 J (кімнатна темп)	Широкий асортимент: кадати, розмір розділу та виділення призводять до розкиду — вимірюйте критичні частини.
В'язкість до руйнування (K_IC, приблизний)	≈ 50 - 120 МПа·√м	Сильно залежить від мікроструктури, розмір надрізу та метод випробування; використовуйте спеціальну механіку руйнування, де це необхідно.
Втома (поворотне згинання / витривалість)	Орієнтовна витривалість ≈ 250 - 400 MPA	Оздоблення поверхні, залишкове напруження та пористість домінують у довговічності втомлення — кількісно визначте експериментально.
Опір повзучості	Помірний (не високотемпературний сплав повзучості)	Підходить для періодичного впливу підвищеної температури; не рекомендовано для тривалої повзучості під високими навантаженнями вище ~350–400 °C без кваліфікації.

Поведінка при підвищеній температурі & сервісне керівництво

• Практична безперервна робоча температура: типово ≤ ~300 °C для чутливих до корозії застосувань; механічна міцність буде поступово падати з температурою.
• Короткочасний вплив: матеріал зберігає розумну міцність до ~400–500 °C, але довготривалий вплив ризикує утворенням інтерметалідів (стор, ч) які роблять сплав крихким.
• повзучість & розрив стресу: CE3MN забезпечує кращу високотемпературну міцність, ніж багато інших аустеників, але є ні заміна сплавів на основі нікелю, де потрібна довготривала повзучість.
  Для тривалого навантаження при високій температурі виберіть відповідний матеріал з рейтингом повзучості та проведіть випробування на повзучість.

6. Проблеми з поведінкою при лиття та затвердінням

Дизайн CE3MN як a литий сплав дозволяє використовувати цільні компоненти зі складними внутрішніми проходами, вбудовані функції та менша кількість з’єднань — переваги в ефективності виробництва, мінімізація витоків і цілісність деталей порівняно з виготовленням із кількох поковок або зварювання.

Кастинг CE3MN представляє ризики, пов’язані з процесом:

• Нерівноважне затвердіння і сегрегація: міждендритна залишкова рідина збагачується Cr, Я і Ні (або навпаки збіднений залежно від коефіцієнтів розподілу елементів),
  створення локальних хімічних варіацій, які можуть сприяти утворенню інтерметалів (с/год) в литому стані.
• Широкий діапазон заморожування: високий вміст сплаву розширює інтервал застигання, збільшення ризику усадки та труднощів подачі — вимагає ретельного проектування стояка, озноб і стратегія годування.
• Гарячий розрив і гарячий розтріскування: дуплексні литі сплави можуть бути чутливі до гарячого розриву, якщо не керувати обмеженнями та температурними градієнтами; допомога з очищення зерна та оптимізації стробування.
• Поверхневі та внутрішні дефекти: пористість (газ і усадка), залучення оксиду та включення є звичайним явищем, якщо контроль розплаву та фільтрація недостатні.

Пом'якшення: точний контроль хімічного складу розплаву, пінно-керамічна фільтрація, дегазація, оптимізоване розташування литника та живильника, що керується симуляцією затвердіння, і відпал розчину після лиття є важливими.

7. Термічна обробка, зварювання, і контроль виготовлення

Відпал розчину & гасіння

• Мета: розчинити литі інтерметаліди та гомогенізувати хімію для досягнення бажаного дуплексного балансу.
• Типова практика: розчин відпалу в діапазоні 1,050–1100 °C (точний діапазон залежить від секції деталі) з подальшим швидким загартовуванням, щоб уникнути повторного осадження інтерметалів.
• Застереження: Великі/товсті виливки вимагають часу витримки та стратегій загартування, адаптованих до розміру секції; недостатнє розчинення залишає залишковий σ/χ і сегрегацію.

Зварювання & термічне різання

• Металургія швів: витратні матеріали слід вибирати так, щоб відповідати або трохи перевищувати хімічний склад сплаву та сприяти збалансованому співвідношенню фаз у ЗТВ/металі зварного шва.
• Контроль надходження тепла: надмірне або неправильно розподілене підведення тепла зсуває фазовий баланс і може локально призвести до σ/χ.
• Післязварна обробка: для критичних збірок, для відновлення мікроструктури може знадобитися відпал розчину після зварювання або місцева термічна обробка.
• Застереження щодо термічного різання: як спостерігається на практиці, попереднє нагрівання + місцеве гаряче різання (Напр., киснево-паливний) з наступним повільним охолодженням може призвести до виділення σ/χ і крихкості на кромці зрізу;
  найкраща практика полягає в тому, щоб обробіть розчином перед термічним різанням або використовувати холодну нарізку (пиляння) з наступним відпалом розчину.

8. Типові дефекти та види відмов (практична спрямованість)

• стор / χ інтерметалічні осадження: утворюється в міждендритних і α/γ розділах при повільному охолодженні або під час термічного впливу після лиття; викликає крихкість і схильність до корозії.
• Сегрегація (Розподіл Ni/Cr/Mo): призводить до локальної депресії PREN і переважної атаки.
• Газова та усадочна пористість: зменшити несучий перетин і довговічність.
• Гаряче сльозотеча: від обмеженого затвердіння в товстих перерізах.
• Крихкість, викликана термічним різанням: різання стояків на литих компонентах без попереднього відпалу в розчині може спричинити σ/χ на зрізаному корені та ініціювати розтріскування (практичний засіб: розчин відпалити перед термічним різанням або холодним пилом, а потім розчинити).

9. Типове застосування литої дуплексної нержавіючої сталі CE3MN

Лита дуплексна нержавіюча сталь CE3MN вибирається для застосувань, де висока механічна міцність, чудова стійкість до локальної корозії, і структурна надійність у важких умовах експлуатації потрібні одночасно.

Як литий супердуплексний сорт, він особливо добре підходить для складних, товстостінні, компоненти, що містять тиск, які важко або неекономічно виготовляти з оброблених виробів.

Нафта & газова і нафтохімічна промисловість

• Корпуси та компоненти клапанів (кульові крани, клапани воріт, контрольні клапани) для кислих умов і середовищ з високим вмістом хлоридів
• Корпуси та робочі колеса насосів поводження з морською водою, вироблена вода, або агресивні вуглеводневі суміші
• Колектори та компоненти регулювання потоку піддається високому тиску, ерозія, та корозійні рідини

Морська та морська інженерія

• Системи обробки морської води (насосні корпуси, ситечка, клапанні блоки)
• Виливки конструкцій морських платформ за умови тривалого впливу морської води
• Компоненти опріснювальної установки включаючи насоси для розсолу та корпуси клапанів

Хімічна та переробна промисловість

• Внутрішні елементи та корпуси реактора піддається впливу змішаних кислот, хлориди, і підвищені температури
• Компоненти теплообмінника такі як головки каналів і водяні ящики
• Корпуси мішалок і компоненти насосів в агресивному хімічному обслуговуванні

Генерація електроенергії та енергетичні системи

• Системи охолодження води на теплових і атомних електростанціях
• Десульфурація димових газів (ФГД) компоненти системи
• Виливки для обробки водою під високим тиском в об’єктах відновлюваної енергетики

целюлоза, папір, та екологічна інженерія

• Компоненти системи варіння та відбілювання
• Насоси, змішувачі, і корпуси клапанів під впливом хлоридних і лужних середовищ
• Обладнання для очищення стічних вод і стоків

Майнінг, переробка корисних копалин, і транспортування гною

• Корпуси та робочі колеса шламових насосів
• Носити- і корозійно-стійкі корпуси для систем транспортування корисних копалин

Високоякісні компоненти, що містять тиск

• Компоненти посудини під тиском
• Товстостінні литі корпуси та кришки
• Литі деталі, виготовлені на замовлення зі складними внутрішніми проходами

10. Порівняння з іншими альтернативними матеріалами

Дуплексна нержавіюча сталь CE3MN часто вибирається замість інших нержавіючих сталей, супераустенітні сплави, і сплавів на основі нікелю через його унікальне поєднання стійкості до корозії, механічна міцність, і економічність в литому вигляді.

Наступне порівняння підкреслює його відносну продуктивність і придатність до застосування.

Майно / Критерій	CE3MN (Литий дуплекс, 25Cr-7Ni-Mo-N)	316Л / 1.4404 (Аустеніт SS)	904Л / 1.4539 (Супераустеніт SS)	Нікельні сплави (Напр., Hastelloy C-22)
Корозійна стійкість	Чудова стійкість до точкової корки, Корозія щілини, і корозія під напругою в хлоридних середовищах; Деревина ≈ 40	Помірний; схильність до утворення тріщин у середовищі з високим вмістом хлоридів	Дуже високий; порівнянний PREN (≈ 40–42), сильна кислотостійкість	Видатний в окислювальних і відновних кислотах
Механічна міцність	Висока сила (Rp0,2 ≈ 450–550 МПа, Rm ≈ 750–900 МПа); Хороша міцність	Помірний (Rp0,2 ≈ 200–250 МПа, Rm ≈ 500–600 МПа)	Помірний до високого; врожайність нижча за дуплекс	Високий, але часто дорого виготовляти
Фаза / Мікроструктура	Дуплекс (ферит + Аустеніт) для оптимального балансу міцності та корозії	Повністю аустенітний	Повністю аустенітний	Повністю аустенітний або комплексний
Каста	Відмінно підходить для комплексу, товстостінні частини; менша усадка, ніж високолегований аустеніт	Добрий, але менша міцність у товстих перерізах	Бідний; дорогий для великих виливків	Важкий; висока вартість, комплексний контроль розплаву
Продуктивність при підвищеній температурі	Помірний; підходить ≤ 300–350 °C; обмежена повзучість	Помірний; аустеніт розм'якшується при високій Т	Помірний; трохи краще ніж 316L	Відмінний; витримує 400-600 °C в агресивних середовищах
Вартість & Доступність	Помірний; більш економічний, ніж 904L і нікелеві сплави	Низький; широко доступні	Високий; обмежені постачальники лиття	Дуже високий; спеціальний сплав
Типові програми	Клапани, насос, кожухи під тиском, багаті хлоридами, високий тиск, хімічна служба	Загальнохімічне обладнання, харчування, поводження з водою	Цистерни кислототривкі, Теплообмінники	Високоагресивні хімічні процеси, екстремальних температур або корозії

Ключові висновки:

1. CE3MN проти 316L: CE3MN забезпечує значно кращу стійкість до корозії в хлоридних і агресивних хімічних середовищах, з більшою міцністю, що робить його ідеальним для високого тиску або товстостінних компонентів.
2. CE3MN проти 904L: CE3MN забезпечує більш високу механічну міцність і здатність до лиття, часто з меншою ціною, тоді як 904L є кращим для тонкостінних, висококислотні компоненти.
3. CE3MN проти сплавів на основі нікелю: Нікелеві сплави перевершують екстремальні корозійні та високі температури,
   але CE3MN надає економічний баланс міцності, Корозійна стійкість, і технологічність для більшості промислових застосувань.

11. Висновок

Дуплексна лита нержавіюча сталь CE3MN — це спеціально розроблений сплав для корозійних та механічно навантажених середовищ, де потрібна складна геометрія лиття.

Його супердуплексна хімія забезпечує привабливе поєднання високої міцності та чудової стійкості до локальної корозії — але ці переваги матеріалізуються лише під час плавлення, кастинг, відпал розчину та виготовлення виконуються з дисципліною, щоб уникнути сегрегації та крихкого інтерметалічного осадження.

Для критичних промислових або підводних компонентів, придбання CE3MN від перевірених постачальників із суворою кваліфікацією та тестуванням забезпечить довговічність, високоефективне лиття, яке виправдовує преміум за матеріал і обробку.