1. Zavedení
CD3MWCuN (US J93380, ASTM A890/A995 Třída 6A) je vysoce výkonná super duplexní nerezová ocel (SDSS) vyvinuta v polovině 80. let, speciálně navrženy tak, aby řešily problémy s korozí v extrémních provozních prostředích, jako jsou podmořská ropná a plynová pole, chemické zpracovatelské závody, a zařízení na odsolování mořské vody.
Na rozdíl od běžných duplexních nerezových ocelí (DSS) jako 2205, CD3MWCuN dosahuje průlomové rovnováhy odolnosti proti korozi, Mechanická síla, a zpracovatelnost díky optimalizovanému designu legování, vyplnění mezery ve výkonu mezi standardními DSS a drahými slitinami na bázi niklu (NAPŘ., Hastelloy C276).
2. Co je CD3MWCuN Duplex Stainless Steel?
CD3MWCuN je a super-duplex nerez slitina navržená tak, aby kombinovala velmi vysokou odolnost proti lokální korozi se zvýšenou mechanickou pevností a praktickou vyrobitelností v litých i tvářených formách.
Jeho označení odráží důraz na legování – vysoký Cr (Chromium), významný Mo (molybden) a W (wolfram), úmyslně N (dusík) úrovně pro stabilizaci a zpevnění austenitu, a kontrolovaný Cu (měď) přídavek pro zlepšené chování v určitých redukčních nebo kyselých procesních médiích.
V technické praxi je CD3MWCuN specifikován v prostředích bohatých na chloridy, vysoká mechanická zatížení, a dlouhé servisní intervaly se shodují – například, podmořský hardware, čerpadla a ventily na mořskou vodu, olej & plynové potrubí, součásti odsolovacích zařízení a zařízení pro agresivní chemické procesy.
Typické funkční atributy (shrnutí)
- Výjimečně vysoká odolnost proti lokální korozi: navržená váha Cr–Mo–W–N poskytuje hodnoty PREN obvykle hluboko v „superduplexním“ rozsahu (stínící indikátor pro vynikající odolnost proti důlkové/štěrbinové oblasti).
- Vysoká mechanická pevnost: duplexní struktura poskytuje meze kluzu a pevnosti v tahu podstatně větší než běžné austenitické materiály (umožňující ředidlo, lehčí tlakové díly).
- Zlepšená tolerance SCC: snížená náchylnost k chloridovému koroznímu praskání v porovnání s austenitikou řady 300 a mnoha nízkolegovanými duplexními ocelmi.
- Slévatelnost pro složité geometrie: formulován tak, aby byl vyroben jako vysoce celistvé odlitky (s příslušnými slévárenskými kontrolami) takže složité komponenty mohou být dodávány v téměř čistém tvaru.
- Dobrá obecná korozní stabilita: stabilní pasivní film v oxidačních podmínkách; legovací šíře poskytuje všestrannost v mnoha procesních chemikáliích.
3. Chemická a metalurgická funkce legujících prvků
Výkon CD3MWCuN duplexní nerezová ocel se řídí pečlivě vyváženým, víceprvkový slitinový systém navržený tak, aby stabilizoval dvoufázovou feritovo-austenitovou mikrostrukturu při maximalizaci lokální odolnosti proti korozi a mechanické pevnosti.
| Živel | Typický obsah (Wt.%) | Hutní funkce |
| Chromium (Cr) | 24.0 - 26.0 | Primární pasivační prvek; podporuje tvorbu stabilního Cr2O3 filmu; silný feritový stabilizátor |
| Nikl (V) | 6.0 - 8.5 | Austenitový stabilizátor; Zlepšuje houževnatost a tažnost |
| Molybden (Mo) | 3.0 - 4.0 | Zvyšuje odpor vůči korozi a štěrbiny; posiluje ferit |
| Wolfram (W) | 0.5 - 1.0 | Doplňuje Mo při zlepšování odolnosti proti lokální korozi |
Dusík (N) |
0.18 - 0.30 | Výkonný austenitový stabilizátor; zpevnění pevným roztokem; Zlepšuje odpor jámy |
| Měď (Cu) | 0.5 - 1.0 | Zlepšuje odolnost vůči některým redukčním kyselinám; zvyšuje obecnou odolnost proti korozi |
| Uhlík (C) | ≤ 0.03 | Kontrolováno, aby se minimalizovalo srážení karbidu |
| Mangan (Mn) | ≤ 1.0 | Deoxidizer; podporuje rozpustnost dusíku |
| Křemík (A) | ≤ 1.0 | Deoxidizer; zlepšuje tekutost při odlévání |
| Fosfor (Str) | ≤ 0.03 | Zbytkový prvek; omezeno na zachování houževnatosti |
| Síra (S) | ≤ 0.02 | Kontrola nečistot |
| Železo (Fe) | Váhy | Element základní matice |
4. Typické mechanické vlastnosti (stav rozpouštěcího žíhání)
| Vlastnictví | Typický rozsah / hodnota | Zkušební stav / komentář |
| 0.2% důkaz / Výnosová síla, RP0.2 (MPA) | 450 - 700 | Variace podle formy produktu: odlitky směrem ke spodnímu konci, kované/kované na horním konci |
| Pevnost v tahu, Rm (MPA) | 700 - 950 | Pokojová teplota, standardní tahový vzorek |
| Prodloužení při přetržení, A (%) | 20 - 35 | Vyšší pro tepané/kované; odlitky mohou být směrem k dolní hranici |
| Zmenšení plochy, Z (%) | 30 - 50 | Závisí na formě produktu a kvalitě tepelného zpracování |
Tvrdost, HB (Brinell) |
220 - 350 | Typické při dodání; vyšší hodnoty mohou naznačovat práci za studena nebo místní zpevnění |
| Energie nárazu Charpyho V-zářezu (J) | ≥ 50 - 150 (Teplota pokoje) | Široký sortiment — závisí na kvalitě odlitku a tepelném zpracování; uveďte požadované minimum |
| Únava (rotační ohýbání, 10^7 cyklů) (MPA) | ~300 – 450 (závislé na aplikaci) | Silně povrch- a záleží na detailech; pro návrh použijte kvalifikovaná data S–N |
| Výtěžek / poměr tahu (RP0.2 / Rm) | ~0,60 – 0.80 | Typické pro duplexní mikrostrukturu |
5. Fyzikální a tepelné vlastnosti CD3MWCuN duplexní nerezové oceli
| Vlastnictví | Typická hodnota / rozsah | Zkušební stav / komentář |
| Hustota (G · CM⁻³) | 7.80 - 7.90 | Pokojová teplota |
| Modul pružnosti, E (GPA) | 200 - 210 | Pokojová teplota; snižuje s teplotou |
| Poissonův poměr, n | 0.27 - 0.30 | Inženýrský odhad: použití 0.28 tam, kde je to potřeba |
| Tepelná vodivost, k (W·m⁻¹·K⁻¹) | 14 - 18 | Na 20 ° C.; nižší než feritické oceli, vyšší než u mnoha slitin niklu |
| Součinitel tepelné roztažnosti (20–200 ° C.) (×10⁻⁶ K⁻¹) | 11.0 - 13.0 | Použijte teplotně závislou křivku pro přesnou analýzu tepelné deformace |
| Měrná tepelná kapacita, cp (J·kg⁻¹·K⁻¹) | 450 - 500 | Pokojová teplota; se zvyšuje s teplotou |
| Tepelná difuzivita (m²·s⁻¹) | ~4,5 – 7.0 × 10⁻⁶ | Počítáno z k/(ρ·cp); závislé na produktu |
Elektrický odpor (Ó; m) |
~7,5 – 9.5 ×10⁻⁷ | Pokojová teplota; záleží na přesné chemii |
| Magnetické chování | Částečně magnetický | Kvůli frakci feritické fáze; propustnost závisí na fázové rovnováze a práci za studena |
| Typická provozní teplota (nepřetržité) | −50 °C až ≈ 300 ° C. (doporučeno) | Nad ~300 °C, riziko intermetalické precipitace a ztráty houževnatosti/odolnosti vůči korozi; kvalifikace nutná pro vyšší temp |
| Solidus / kapalný (° C.) | Závislá na slitině; obraťte se na dodavatele | Duplexní/superduplexní slitiny tuhnou v určitém rozsahu; konzultujte údaje o válcovně pro praxi odlévání/svařování |
6. Odolnost proti korozi: Kromě konvenčních duplexních ocelí
Odolnost CD3MWCuN proti korozi je jeho určující výhodou, podporovaný PREN (Take = cr + 3.3Mo + 30N + 16Cu) z více než 40, daleko přesahující 2205 DSS (PREN≈32) a austenitické oceli 316L (PREN≈34).
Rozsáhlá testovací data potvrzují jeho výkon v extrémních prostředích:
Odolnost proti korozi a štěrbiny
V 6% roztok FeCl3 (ASTM G48 Metoda A), CD3MWCuN vykazuje míru důlkové koroze ≤0,015 g/(m²·h), s kritickou teplotou důlkové koroze (Cpt) ≥40℃ a kritická teplota koroze štěrbiny (CCCT) ≥35℃.
Polní testy v mořské vodě (salinita 35‰) vykazují rychlost koroze ≤0,003 mm/rok, vhodné pro dlouhodobý provoz v membránových pláštích RO pro odsolování mořské vody.
Praskání koroze (SCC) Odpor
V médiích obsahujících chloridy, Faktor kritické intenzity napětí CD3MWCuN KISCC ≥30 MPa·m¹/², překonat 2205 DSS (KISCC≈25 MPa·m¹/²).
Vyhovuje normám NACE MR0175 pro kyselá ropná a plynová pole, toleruje parciální tlak H₂S až 20 kPa bez iniciace SCC.
Odolnost proti korozi kyselin a smíšených médií
V 10% H₂so₄ (25℃), jeho rychlost koroze ≤0,05 mm/rok, takže je vhodný pro vložky chemických reaktorů.
Při odsíření spalin (FGD) systémy (Cl⁻ + SO₃²⁻ smíšená média), udržuje stabilní výkon bez viditelné koroze 5,000 hodiny služby.
7. Odlévací charakteristiky CD3MWCuN
Být vysoce slitinou, litá super-duplexní slitina představuje specifické obsazení výzvy:
- Široký rozsah mrazení a segregace: vysoký obsah slitin zvyšuje rozsah mezi likvidem a solidem, zvýšení pravděpodobnosti mezidendritické segregace a zachycení zbytkové tekutiny s nízkým obsahem PREN, pokud je krmení nedostatečné.
- Intermetalické srážení: pomalé ochlazování nebo nadměrné vystavení teplu během čištění/svařování může podporovat σ a χ fáze v interdendritických oblastech a α/γ rozhraní – tyto fáze křehnou materiál a snižují odolnost proti korozi.
- Pórovitost plynu a citlivost na oxidy: přísná čistota taveniny, odplynění a keramická filtrace jsou rozhodující – pórovitost snižuje účinnou pevnost a korozi.
- Krmení & Návrh stoupání: Směrové tuhnutí, správně dimenzované podavače a chladící boxy jsou nezbytné, aby se zabránilo vadám při smršťování; simulace lití se doporučuje pro složité geometrie.
Požadavky na slévárnu: tavení ve vakuu nebo v řízené atmosféře (EAF + AOD/VOD), přísná deoxidace/tavení, keramická pěnová filtrace, a ověřené žíhací pece dimenzované pro největší sekci jsou nejlepší praxí při výrobě odlitků CD3MWCuN.
8. Tepelné zpracování, Roztokové žíhání a tepelná stabilita
Žíhání řešení
- Účel: rozpustit intermetalické látky a odstranit segregaci, obnovit duplexní fázovou rovnováhu a maximalizovat odolnost proti korozi.
- Typické okno:cca. 1,050–1 100 ° C. (přesný cyklus závisí na tloušťce řezu), následuje rychlé zchlazení (rychlé ochlazení vodou nebo vzduchem) aby nedošlo k opětovnému vysrážení.
- Čas namáčení: zmenšen na maximální velikost sekce; tlusté odlitky vyžadují prodloužené máčení, aby se plně homogenizovaly.
Tepelná stabilita & fázové srážení
- Sigma fáze a další intermetalika se může tvořit při dlouhodobé expozici v 600–900 ° C. rozsah, zkřehnutí slitiny a snížení odolnosti proti korozi. Vyhněte se teplotním výkyvům v tomto rozsahu po delší dobu.
- Srážení nitridů a tvorba karbidu chrómu jsou obavy, pokud nejsou řízeny chladicí/ohřívací cykly – nízkouhlíkové a vhodné postupy pece snižují citlivost.
9. Svařování, Nejlepší postupy při výrobě a obrábění
Svařování
- Spotřební materiál: použijte odpovídající nebo mírně překrývající se přídavné kovy navržené pro superduplexní složení, které pomůže obnovit odolnost svarového kovu proti korozi.
- Regulace přívodu tepla: minimalizujte přívod tepla a řiďte teplotu mezi průchody, aby se zabránilo nadměrným lokálním tepelným cyklům, které podporují tvorbu σ/χ v HAZ.
- Před/po ošetření: pro kritické komponenty, K obnovení homogenní mikrostruktury se běžně používá rozpouštěcí žíhání po svařování; na terénní opravy, TIG s nízkým tepelným příkonem s kvalifikovaným PQR/WPS a místním řešením po svařování tam, kde je to možné.
- Řízení vodíku: platí standardní opatření – suché elektrody, kde je to vhodné, procesy s nízkým obsahem vodíku.
Obrábění
- Machinability: duplexní/superduplexní oceli jsou houževnatější a tvrdší než austenitické – používejte robustní karbidové nástroje, pozitivní rake, tuhé upevnění, a chladicí kapaliny. Počítejte s nižší řeznou rychlostí než u nerezu 304/316.
- Závitování a vložky: pro opakovanou montáž, zvažte nerezové orustenitické/bronzové vložky, pokud je to nutné kvůli opotřebení; odpovídajícím způsobem specifikujte záběr závitu.
Poradenství při výrobě
- Vyhněte se kyslíko-palivovému tepelnému řezání u kritických odlitků před rozpouštěcím žíháním – lokální ohřev může vysrážet intermetalické látky a způsobit křehké praskliny na kořenech stoupaček.
Pokud je tepelné řezání nevyhnutelné, preferujte mechanické/bezpečnější řezání (řezání) následuje rozpouštěcí žíhání.
10. Možnosti povrchové úpravy a ochrany proti korozi
- Moření & pasivace: standardní pasivace kyselinou dusičnou/fluorovodíkovou nebo kyselinou citrónovou přizpůsobená pro duplexní chemii odstraňuje kontaminanty a podporuje stabilní pasivní film.
- Mechanická úprava: výstřel, broušení a leštění zlepšuje stav povrchu a únavovou životnost; vyhněte se nadměrné práci za studena, která zvyšuje zbytkové napětí.
- Povlaky: polymerní barvy, epoxidové obložení nebo speciální nátěry poskytují extra ochranu v extrémně agresivních médiích nebo snižují riziko štěrbinové koroze.
- Katodická ochrana: v masivních podmořských strukturách katodická ochrana (obětní anody nebo vložený proud) doplňuje vrozenou odolnost CD3MWCuN v náročných mořských prostředích.
11. Typické aplikace nerezové oceli CD3MWCuN
- Podmořské komponenty: potrubí, konektory, svorky, upevňovací prvky (tam, kde je vyžadováno vysoké PREN a pevnost).
- Ventily & armatury: tělesa ventilu, kapoty a obložení pro mořskou vodu a užitkovou vodu.
- Obaly čerpadla & oběžné kolo: čerpadla na mořskou vodu a solanku, kde hrozí nebezpečí eroze, koroze a důlkové koroze.
- Odsolování & RO systémy: komponenty vystavené solným roztokům s vysokým obsahem chloridů.
- Chemické zpracovatelské zařízení: výměníky tepla, reaktory, a potrubí v proudech obsahujících chloridy.
- Olej & vrchní strana plynu / horní trubice: kde vysoká pevnost a odolnost proti korozi snižuje počet dílů a hmotnost.
12. Výhody a omezení
Výhody nerezové oceli CD3MWCuN
- Vysoká odolnost proti důlkům/štěrbinám pro chloridové prostředí (PREN často > 40 pro dobře legované teplo).
- Vysoká mechanická pevnost — umožňuje tenčí řezy a úsporu hmotnosti ve srovnání s austenitikou.
- Dobrá odolnost proti SCC vzhledem k nerezovým ocelím řady 300.
- Odlévatelný pro složité geometrie s pečlivou slévárenskou praxí, umožňující konsolidaci dílů.
Omezení nerezové oceli CD3MWCuN
- Náklady: vyšší legování (Mo, W, N) zvyšuje náklady na materiál a taveninu ve srovnání s běžnými druhy.
- Obsazení & složitost tepelného zpracování: vyžaduje pečlivou kontrolu slévárny, možné rozpouštěcí žíhání a NDT; velké části mohou být obtížně tepelně zpracovány rovnoměrně.
- Citlivost svařování/opravy: svařování vyžaduje kvalifikovaný spotřební materiál a ovládací prvky; riziko sigma nebo jiných škodlivých fází při nesprávném zacházení.
- Tvrdost obrábění: tvrdší na obrobení než austenitické třídy — nástroje & Návrh cyklu s tím musí počítat.
13. Srovnávací analýza — CD3MWCuN versus podobné slitiny
Tato část porovnává CD3MWCuN s běžně zvažovanými alternativami pro chloridové a konstrukční aplikace: Duplex 2205, super-duplex 2507, a 316L (Austenic).
| Vlastnictví | CD3MWCuN (reprezentativní obsazení super-duplex) | Duplex 2205 (Teaket) | Super-duplex 2507 (Teaket) | 316L (Austenic / obsazení ekv.) |
| Reprezentativní chemie (WT%) | Cr ≈ 25.0; V ≈ 4.0; Po ≈ 3.6; W ≈ 0.5; N ≈ 0.30 | Cr ≈ 22.0; V ≈ 5.0; Po ≈ 3.1; N ≈ 0.17 | Cr ≈ 25.0; V ≈ 6.5; Po ≈ 4.0; N ≈ 0.28 | Cr ≈ 17.0; V ≈ 10.0; Po ≈ 2.5; N ≈ 0.03 |
| Dřevo (calc. = Cr + 3.3· Po + 16·N + 0.5·W) | 41.93 (25.00 + 11.88 + 4.80 + 0.25) ≈ 42 | 34.95 (22.00 + 10.23 + 2.72) ≈ 35 | 42.68 (25.00 + 13.20 + 4.48) ≈ 42.7 | 25.73 (17.00 + 8.25 + 0.48) ≈ 25.7 |
| Typická tažná síla (UTS), MPA | 700 - 900 | 620 - 850 | 800 - 1000 | 480 - 650 |
| Výtěžek (0.2%), MPA | 450 - 700 | 450 - 550 | 650 - 800 | 200 - 300 |
| Prodloužení (A5) | 10 - 25% (sekce závislá) | 15 - 30% | 10 - 20% | 35 - 50% |
| Hustota (G · CM⁻³) | ~7,8 – 8.0 | ~7,8 – 7.9 | ~7,8 – 7.9 | ~ 7,9 - 8.0 |
| Castiability | Dobrý (konstruované pro odlévání) | Mírný (litý duplex možný, ale náročný) | Náročný (super-duplexní lití vyžaduje odbornou kontrolu) | Vynikající (existují ekvivalenty odlitků jako CF8M) |
Svařovatelnost |
Dobré při použití vhodného duplexního spotřebního materiálu; potřebuje kontrolu | Dobré s kvalifikovanými postupy | Náročnější; vyžaduje přísnou kontrolu | Vynikající |
| SCC / odolnost chloridu | Vysoký pro mnoho služeb mořské vody/solného roztoku (Dřevo ≈ 42) | Středně vysoká (dobré pro mnoho služeb) | Velmi vysoká (Dřevo ≈ 41–45) | Nízko -významné; náchylné k důlkové korozi/SCC v chloridech |
| Typické aplikace | Odlévaná tělesa ventilů, podmořské komponenty, tělesa čerpadel pro mořskou vodu/solanku | Výměníky tepla, tlakové nádoby, potrubí tam, kde je potřeba duplexní pevnost | Kritické podmoří, vysoce agresivní chloridové prostředí | Obecný chemický proces, jídlo, Pharma, mírné chloridové služby |
| Relativní cena materiálu | Vysoký (zmiňování + složitost taveniny) | Střední | Velmi vysoká | Nízké medium |
14. Závěr
CD3MWCuN je řada odlévané superduplexní nerezové oceli, která nabízí atraktivní kombinaci vysoká síla a vynikající lokální odolnost proti korozi pro náročná prostředí obsahující chloridy.
Jeho vhodnost pro složité odlévané díly z něj činí vynikající možnost integrace, Úspora hmotnosti a odolnost proti korozi jsou vyžadovány současně.
Úspěšné použití závisí na rigorózní slévárenská praxe (kontrola tuhnutí, tavenina čistota, feritové ovládání), vhodnou tepelnou úpravou, a kvalifikované výrobní/svařovací postupy.
Při správném zadání a zpracování, CD3MWCuN poskytuje odolnost, vysoce výkonné odlitky pro podmoří, Odsolování, olej & plynárenský a chemický průmysl.
Časté časté
Co znamená PREN > 40 v praxi znamenat?
Dřevo > 40 označuje silnou odolnost proti důlkové a štěrbinové oblasti. Z praktického hlediska, to znamená, že slitina odolá lokalizovanému napadení v mořské vodě a mnoha procesním proudům s vysokým obsahem chloridů při teplotách a podmínkách proudění, které by způsobily důlky materiálů s nižším obsahem PREN.
Je CD3MWCuN vhodný pro podmořské použití?
Ano – pokud je odléván/kován a vyroben podle kvalifikovaných postupů, a s kontrolovanou povrchovou úpravou a kontrolou, CD3MWCuN je široce používán v podmořských součástech a hardwaru vystaveném mořské vodě.
Lze CD3MWCuN svařovat bez tepelného zpracování po svařování?
Svařování je možné bez PWHT, pokud jsou postupy kvalifikované a přívod tepla je přísně kontrolován; však, pro nejkritičtější součásti nebo tam, kde je prvořadý výkon HAZ, rozpouštěcí žíhání po svařování (nebo jiná ověřená nápravná opatření) může být vyžadováno.
Jak je CD3MWCuN ve srovnání se superaustenitickými slitinami?
Superaustenitika se může v některých chemických látkách rovnat nebo převyšovat PREN a nabízet lepší tažnost/tvařitelnost, ale CD3MWCuN obecně poskytuje vyšší pevnost a často příznivější cenu životního cyklu u chloridů, mechanicky náročný servis.
