1. Introducción
CD3MWCuN (EE. UU. J93380, ASTM A890/A995 Grado 6A) Es un acero inoxidable súper dúplex de alto rendimiento. (SDSS) desarrollado a mediados de la década de 1980, Diseñado específicamente para abordar los desafíos de corrosión de entornos de servicio extremos, como campos submarinos de petróleo y gas., plantas de procesamiento químico, e instalaciones desaladoras de agua de mar.
A diferencia de los aceros inoxidables dúplex convencionales (DSS) como 2205, CD3MWCuN logra un equilibrio revolucionario de resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, y procesabilidad mediante un diseño de aleación optimizado, llenar la brecha de rendimiento entre el DSS estándar y las costosas aleaciones a base de níquel (P.EJ., Hastelloy C276).
2. ¿Qué es el acero inoxidable dúplex CD3MWCuN??
CD3MWCuN es un superdúplex acero inoxidable Aleación diseñada para combinar una resistencia a la corrosión localizada muy alta con una resistencia mecánica elevada y una capacidad de fabricación práctica tanto en formas fundidas como forjadas..
Su designación refleja el énfasis en la aleación: alto CR (cromo), significativo Mes (molibdeno) y W (tungsteno), adrede norte (nitrógeno) Niveles para la estabilización y el fortalecimiento de la austenita., y un controlado Cu (cobre) Adición para mejorar el comportamiento en ciertos medios de proceso ácidos o reductores..
En la práctica de la ingeniería, CD3MWCuN se especifica donde los ambientes ricos en cloruros, Altas cargas mecánicas, y coinciden largos intervalos de servicio, por ejemplo, hardware submarino, bombas y válvulas de agua de mar, aceite & colectores de gas, Componentes de plantas desalinizadoras y equipos de procesos químicos agresivos..
Atributos funcionales típicos (resumen)
- Resistencia a la corrosión localizada excepcionalmente alta: El equilibrio de Cr-Mo-W-N diseñado produce valores PREN generalmente dentro del rango "súper-dúplex" (Indicador de cribado para una excelente resistencia a picaduras y grietas.).
- Alta resistencia mecánica: La estructura dúplex ofrece límites elásticos y resistencias a la tracción sustancialmente mayores que los austeníticos comunes. (permitiendo más delgado, piezas de presión más ligeras).
- Tolerancia mejorada al SCC: Susceptibilidad reducida al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro en comparación con los austeníticos de la serie 300 y muchos aceros dúplex de baja aleación..
- Castabilidad para geometrías complejas: Formulado para ser producido como piezas fundidas de alta integridad. (con controles de fundición adecuados) para que los componentes complejos puedan entregarse en forma casi neta.
- Buena estabilidad corrosiva general: Película pasiva estable en condiciones oxidantes.; La amplitud de la aleación brinda versatilidad en muchos procesos químicos..
3. Química y función metalúrgica de los elementos de aleación.
El rendimiento de CD3MWCuN acero inoxidable dúplex se rige por un sistema cuidadosamente equilibrado, Sistema de aleación de elementos múltiples diseñado para estabilizar una microestructura de ferrita-austenita de dos fases y al mismo tiempo maximizar la resistencia a la corrosión localizada y la resistencia mecánica..
| Elemento | Contenido típico (WT.%) | Función metalúrgica |
| Cromo (CR) | 24.0 - 26.0 | Elemento pasivante primario; promueve la formación de una película estable de Cr₂O₃; fuerte estabilizador de ferrita |
| Níquel (En) | 6.0 - 8.5 | Estabilizador de austenita; Mejora la dureza y la ductilidad |
| Molibdeno (Mes) | 3.0 - 4.0 | Mejora la resistencia a la corrosión de las picaduras y las grietas; fortalece la ferrita |
| Tungsteno (W) | 0.5 - 1.0 | Complementa el Mo para mejorar la resistencia a la corrosión localizada |
Nitrógeno (norte) |
0.18 - 0.30 | Potente estabilizador de austenita; fortalecimiento de solución sólida; mejora la resistencia a las picaduras |
| Cobre (Cu) | 0.5 - 1.0 | Mejora la resistencia a ciertos ácidos reductores.; mejora la resistencia general a la corrosión |
| Carbón (do) | ≤ 0.03 | Controlado para minimizar la precipitación de carburo |
| Manganeso (Minnesota) | ≤ 1.0 | Desoxidizador; ayuda a la solubilidad del nitrógeno |
| Silicio (Y) | ≤ 1.0 | Desoxidizador; mejora la fluidez en la fundición |
| Fósforo (PAG) | ≤ 0.03 | Elemento residual; limitado para preservar la dureza |
| Azufre (S) | ≤ 0.02 | Control de impureza |
| Hierro (Ceñudo) | Balance | Elemento de matriz base |
4. Propiedades mecánicas típicas (condición de recocido en solución)
| Propiedad | Rango típico / valor | Condición de prueba / comentario |
| 0.2% prueba / Fuerza de rendimiento, RP0.2 (MPA) | 450 - 700 | Variación por forma de producto: piezas fundidas hacia el extremo inferior, forjado/forjado en el extremo superior |
| Resistencia a la tracción, RM (MPA) | 700 - 950 | Temperatura ambiente, muestra de tracción estándar |
| Alargamiento en el descanso, A (%) | 20 - 35 | Mayor para forjado/forjado; Las piezas fundidas pueden estar hacia el límite inferior. |
| Reducción de área, Z (%) | 30 - 50 | Depende de la forma del producto y de la calidad del tratamiento térmico. |
Dureza, media pensión (Brinell) |
220 - 350 | Típico tal como se suministra; valores más altos pueden indicar trabajo en frío o endurecimiento local |
| Energía de impacto Charpy con muesca en V (J) | ≥ 50 - 150 (temperatura ambiente) | Amplia gama: depende de la calidad de la fundición y del tratamiento térmico; especificar el mínimo requerido |
| Fatiga (doblado giratorio, 10^7 ciclos) (MPA) | ~300 – 450 (dependiente de la aplicación) | fuertemente superficie- y dependiente de los detalles; Utilice datos S – N calificados para el diseño. |
| Producir / relación de tracción (RP0.2 / RM) | ~0,60 – 0.80 | Típico de microestructura dúplex |
5. Propiedades físicas y térmicas del acero inoxidable dúplex CD3MWCuN
| Propiedad | Valor típico / rango | Condición de prueba / comentario |
| Densidad (g · cm⁻³) | 7.80 - 7.90 | Temperatura ambiente |
| módulo elástico, mi (GPA) | 200 - 210 | Temperatura ambiente; se reduce con la temperatura |
| ratio de Poisson, norte | 0.27 - 0.30 | Estimación de ingeniería: usar 0.28 donde sea necesario |
| Conductividad térmica, k (W·m⁻¹·K⁻¹) | 14 - 18 | En 20 ° C; más bajo que los aceros ferríticos, más alto que muchas aleaciones de níquel |
| Coeficiente de expansión térmica (20–200 ° C) (×10⁻⁶K⁻¹) | 11.0 - 13.0 | Utilice una curva dependiente de la temperatura para un análisis preciso de la deformación térmica |
| Capacidad calorífica específica, CP (J·kg⁻¹·K⁻¹) | 450 - 500 | Temperatura ambiente; aumenta con la temperatura |
| Difusividad térmica (m²·s⁻¹) | ~4.5 – 7.0 × 10⁻⁶ | Calculado a partir de k/(ρ·cp); dependiente del producto |
resistividad eléctrica (Oh; metro) |
~7.5 – 9.5 ×10⁻⁷ | Temperatura ambiente; depende de la química exacta |
| Comportamiento magnético | Parcialmente magnético | Debido a la fracción de fase ferrítica; La permeabilidad depende del equilibrio de fases y del trabajo en frío. |
| Temperatura de servicio típica (continuo) | −50 °C hasta ≈ 300 ° C (recomendado) | Por encima de ~300 °C, riesgo de precipitación intermetálica y pérdida de tenacidad/resistencia a la corrosión; calificación necesaria para temperaturas más altas |
| Solidus / líquido (° C) | Dependiente de la aleación; referirse al proveedor | Las aleaciones dúplex/súper dúplex se solidifican en un rango; consultar datos del molino para prácticas de fundición/soldadura |
6. Resistencia a la corrosión: Más allá de los aceros dúplex convencionales
La resistencia a la corrosión del CD3MWCuN es su ventaja definitoria, apoyado por un PREN (Tomar = CR + 3.3Mes + 30norte + 16Cu) de más 40, superando con creces 2205 DSS (PREN≈32) y acero austenítico 316L (PREN≈34).
Los datos de pruebas completos confirman su rendimiento en entornos extremos.:
Resistencia a la corrosión de picaduras y grietas
En 6% solución de FeCl₃ (ASTM G48 Método A), CD3MWCuN presenta una tasa de picaduras ≤0,015 g/(m²·h), con temperatura crítica de picaduras (CPT) ≥40 ℃ y temperatura crítica de corrosión en grietas (CCCT) ≥35℃.
Pruebas de campo en agua de mar (salinidad 35‰) mostrar una tasa de corrosión ≤0,003 mm/año, adecuado para servicio a largo plazo en carcasas de membrana RO de desalinización de agua de mar.
Agrietamiento de la corrosión del estrés (SCC) Resistencia
En medios que contienen cloruro, Factor de intensidad de estrés crítico de CD3MWCuN KISCC ≥30 MPa·m¹/², superior al rendimiento 2205 DSS (KISCC≈25 MPa·m¹/²).
Cumple con las normas NACE MR0175 para campos ácidos de petróleo y gas., tolerando una presión parcial de H₂S hasta 20 kPa sin inicio de SCC.
Resistencia a la corrosión ácida y de medios mixtos
En 10% H₂so₄ (25℃), su tasa de corrosión ≤0,05 mm/año, haciéndolo adecuado para revestimientos de reactores químicos.
En la desulfuración de gases de combustión (Fgd) sistemas (Cl⁻ + SO₃²⁻ medios mixtos), mantiene un rendimiento estable sin corrosión visible después 5,000 horas de servicio.
7. Características de fundición de CD3MWCuN
Al ser de alta aleación, La aleación fundida superdúplex introduce características fundición desafíos:
- Amplio rango de congelación y segregación.: El alto contenido de aleación aumenta el rango de líquido a sólido., aumentando la probabilidad de segregación interdendrítica y líquido residual atrapado con bajo PREN si la alimentación es inadecuada.
- Precipitación intermetálica: El enfriamiento lento o la exposición térmica excesiva durante la limpieza/soldadura pueden promover las fases σ y χ en las regiones interdendríticas y las interfaces α/γ; estas fases fragilizan el material y degradan la resistencia a la corrosión..
- Porosidad del gas y sensibilidad a la inclusión de óxidos.: estricta limpieza de fusión, la desgasificación y la filtración cerámica son fundamentales: la porosidad reduce la resistencia efectiva y el rendimiento contra la corrosión..
- Alimentación & Diseño de ascenso: solidificación direccional, Los comederos y refrigeradores del tamaño adecuado son esenciales para evitar defectos de contracción.; Se recomienda la simulación de fundición para geometrías complejas..
Requisitos de fundición: Fusión al vacío o en atmósfera controlada. (EAF + AOD/VOD), desoxidación/fundido riguroso, filtración de espuma cerámica, y los hornos de recocido en solución validados y dimensionados para la sección más grande son las mejores prácticas a la hora de producir piezas fundidas CD3MWCuN..
8. Tratamiento térmico, Recocido de solución y estabilidad térmica
Recocido de solución
- Objetivo: disolver intermetálicos y eliminar la segregación., restaurar el equilibrio de fase dúplex y maximizar la resistencia a la corrosión.
- ventana típica:aproximadamente. 1,050–1,100 ° C (El ciclo exacto depende del espesor de la sección.), seguido de apagón rápido (enfriamiento rápido con agua o aire) para evitar la reprecipitación.
- tiempo de remojo: escalado al tamaño máximo de sección; Las piezas fundidas gruesas requieren un remojo prolongado para homogeneizarse por completo..
Estabilidad térmica & precipitación de fase
- Fase sigma y otros intermetálicos. puede formarse tras una exposición prolongada en el 600–900 ° C rango, fragilizando la aleación y reduciendo la resistencia a la corrosión. Evite excursiones térmicas dentro de este rango durante períodos prolongados..
- Precipitación de nitruro y la formación de carburo de cromo son preocupantes si no se controlan los ciclos de enfriamiento/calor: las bajas emisiones de carbono y las prácticas apropiadas en el horno reducen la sensibilidad..
9. Soldadura, Mejores prácticas de fabricación y mecanizado
Soldadura
- Consumibles: Utilice metales de aportación que coincidan o que coincidan ligeramente diseñados para una composición súper dúplex para ayudar a restaurar la resistencia a la corrosión en el metal de soldadura..
- Control de entrada de calor: Minimizar la entrada de calor y controlar la temperatura entre pasos para evitar ciclos térmicos locales excesivos que fomentan la formación de σ/χ en la ZAT..
- Tratamientos previos y posteriores: para componentes críticos, El recocido con solución posterior a la soldadura se especifica comúnmente para restaurar la microestructura homogénea.; para reparaciones en el campo, Se recomienda TIG de bajo aporte de calor con PQR/WPS calificado y solución local posterior a la soldadura cuando sea posible..
- control de hidrógeno: Se aplican precauciones estándar: electrodos secos., Procesos con bajo contenido de hidrógeno cuando corresponda..
Mecanizado
- Maquinabilidad: Los aceros dúplex/súper dúplex son más resistentes y duros que los austeníticos; utilice herramientas de carburo robustas, rastrillo positivo, fijación rígida, y refrigerante. Espere velocidades de corte más bajas que para el acero inoxidable. 304/316.
- Roscado e inserciones: para montaje repetido, Considere insertos de acero inoxidable o ustenítico/bronce si es necesario por el desgaste.; especificar el compromiso del hilo en consecuencia.
Consejos de fabricación
- Evite el corte térmico con oxicombustible en piezas fundidas críticas antes del recocido en solución: el calentamiento local puede precipitar los intermetálicos y causar grietas frágiles en las raíces de las tuberías ascendentes..
Si el corte térmico es inevitable, prefiere corte mecánico/más seguro (aserradura) seguido de recocido en solución.
10. Opciones de acabado de superficies y protección contra la corrosión
- Encurtido & pasivación: La pasivación estándar con ácido nítrico/fluorhídrico o cítrico adaptada a la química dúplex elimina los contaminantes y promueve una película pasiva estable..
- acabado mecanico: disparo, El esmerilado y el pulido mejoran el estado de la superficie y la vida útil ante la fatiga.; Evite el trabajo en frío excesivo que aumenta las tensiones residuales..
- Revestimiento: pinturas polimericas, Los revestimientos epóxicos o los recubrimientos especializados brindan protección adicional en medios extremadamente agresivos o para mitigar el riesgo de corrosión en grietas..
- Protección catódica: en estructuras submarinas masivas protección catódica (Ánodos de sacrificio o corriente impresa.) complementa la resistencia innata de CD3MWCuN en ambientes marinos severos.
11. Aplicaciones típicas del acero inoxidable CD3MWCuN
- Componentes submarinos: múltiples, conectores, abrazadera, sujetadores (donde se requiere alto PREN y fuerza).
- Válvula & guarniciones: cuerpos de válvula, Bonetes y adornos para servicio de agua de mar y agua producida..
- Tripa de la bomba & impulsores: Bombas de agua de mar y salmuera donde la erosión, la corrosión y las picaduras son riesgos..
- Desalinización & sistemas de ósmosis inversa: Componentes expuestos a salmueras con alto contenido de cloruro..
- Equipo de procesamiento químico: intercambiadores de calor, reactores, y tuberías en corrientes que contienen cloruro.
- Aceite & parte superior de gas / tubulares superiores: donde la alta resistencia y la resistencia a la corrosión reducen el número y el peso de piezas.
12. Ventajas y limitaciones
Ventajas del acero inoxidable CD3MWCuN
- Alta resistencia a picaduras/grietas para ambientes clorados (PREN a menudo > 40 para calores bien aleados).
- Alta resistencia mecánica — permite secciones más delgadas y ahorro de peso en comparación con los austeníticos.
- Buena resistencia al SCC en relación con los aceros inoxidables de la serie 300.
- Calcinable para geometrías complejas con cuidadosa práctica de fundición, permitiendo la consolidación de piezas.
Limitaciones del acero inoxidable CD3MWCuN
- Costo: aleación más alta (Mes, W, norte) aumenta el costo del material y del material fundido en relación con los grados comunes.
- Fundición & complejidad del tratamiento térmico: requiere un control cuidadoso de la fundición, posible solución recocido y END; Las piezas grandes pueden ser difíciles de tratar térmicamente de manera uniforme..
- Sensibilidad de soldadura/reparación: La soldadura requiere consumibles y controles calificados.; riesgo de sigma u otras fases perjudiciales si se maneja mal.
- Dureza de mecanizado: más difíciles de mecanizar que los grados austeníticos: herramientas & El diseño del ciclo debe tener en cuenta eso..
13. Análisis comparativo: CD3MWCuN versus aleaciones similares
Esta sección compara CD3MWCuN con alternativas comúnmente consideradas para aplicaciones estructurales y que contienen cloruro: dúplex 2205, superdúplex 2507, y 316L (austenítico).
| Propiedad | CD3MWCuN (elenco representativo superdúplex) | Dúplex 2205 (forjado) | Super-dúplex 2507 (forjado) | 316L (austenítico / equivalente al reparto) |
| química representativa (WT%) | cr ≈ 25.0; En ≈ 4.0; mes ≈ 3.6; W ≈ 0.5; norte ≈ 0.30 | cr ≈ 22.0; En ≈ 5.0; mes ≈ 3.1; norte ≈ 0.17 | cr ≈ 25.0; En ≈ 6.5; mes ≈ 4.0; norte ≈ 0.28 | cr ≈ 17.0; En ≈ 10.0; mes ≈ 2.5; norte ≈ 0.03 |
| Madera (cálculo. = cr + 3.3·Mes + 16·NORTE + 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 |
| tracción típica (UTS), MPA | 700 - 900 | 620 - 850 | 800 - 1000 | 480 - 650 |
| Producir (0.2%), MPA | 450 - 700 | 450 - 550 | 650 - 800 | 200 - 300 |
| Alargamiento (A5) | 10 - 25% (dependiente de la sección) | 15 - 30% | 10 - 20% | 35 - 50% |
| Densidad (g · cm⁻³) | ~7.8 – 8.0 | ~7.8 – 7.9 | ~7.8 – 7.9 | ~ 7.9 - 8.0 |
| Castigabilidad | Bien (diseñado para fundición) | Moderado (reparto dúplex posible pero exigente) | Desafiante (La fundición súper dúplex necesita un control experto) | Excelente (Existen equivalentes de fundición como CF8M.) |
Soldadura |
Bueno cuando se utilizan consumibles dúplex combinados; necesita control | Bueno con procedimientos calificados. | Más exigente; requiere un control estricto | Excelente |
| SCC / resistencia a cloruro | Alto para muchos servicios de agua de mar/salmuera (Madera ≈ 42) | Moderado-alto (bueno para muchos servicios) | Muy alto (Madera ≈ 41–45) | De baja moderada; susceptible a picaduras/SCC en cloruros |
| Aplicaciones típicas | Cuerpos de válvulas fundidos, componentes submarinos, carcasas de bombas para agua de mar/salmuera | Intercambiadores de calor, buques a presión, Tuberías donde se necesita resistencia dúplex | Submarino crítico, ambientes de cloruro altamente agresivos | Proceso químico general, alimento, farmacéutico, servicios de cloruro suave |
| Costo relativo del material | Alto (aleación + derretir complejidad) | Medio | Muy alto | Bajo a medio |
14. Conclusión
CD3MWCuN es una familia de acero inoxidable fundido súper dúplex que ofrece una atractiva combinación de alta fuerza y excelente resistencia a la corrosión localizada para entornos exigentes que contienen cloruro.
Su idoneidad para piezas fundidas complejas lo convierte en una excelente opción cuando la integración, Se requiere ahorro de peso y resistencia a la corrosión simultáneamente..
El uso exitoso depende de práctica rigurosa de fundición (control de solidificación, derretir limpieza, control de ferrita), tratamiento térmico adecuado, y procedimientos calificados de fabricación/soldadura.
Cuando se especifica y procesa correctamente, CD3MWCuN proporciona durabilidad, Piezas fundidas de alto rendimiento para submarinos., desalinización, aceite & industrias químicas y del gas.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa PREN? > 40 significa en la práctica?
Madera > 40 indica una fuerte resistencia a picaduras y grietas. En términos prácticos, Esto significa que la aleación resistirá ataques localizados en agua de mar y muchas corrientes de procesos con alto contenido de cloruro a temperaturas y condiciones de flujo que dañarían materiales con bajo PREN..
¿Es CD3MWCuN adecuado para uso submarino??
Sí, cuando se funde/forja y se fabrica según procedimientos calificados., y con acabado superficial e inspección controlados, CD3MWCuN se usa ampliamente en componentes submarinos y hardware expuesto al agua de mar..
¿Se puede soldar CD3MWCuN sin tratamiento térmico posterior a la soldadura??
La soldadura es factible sin PWHT si los procedimientos están cualificados y el aporte de calor se controla estrictamente.; sin embargo, para los componentes más críticos o donde el rendimiento HAZ es primordial, recocido con solución post-soldadura (u otras medidas correctivas validadas) puede ser necesario.
¿Cómo se compara CD3MWCuN con las aleaciones superausteníticas??
Los superausteníticos pueden igualar o superar a PREN en algunas químicas y ofrecer mejor ductilidad/formabilidad., pero CD3MWCuN generalmente proporciona una mayor resistencia y, a menudo, un costo de ciclo de vida más favorable en entornos dominados por cloruro., servicio mecánicamente exigente.
