1. Pengenalan
CD3MWCuN (AS J93380, ASTM A890/A995 Gred 6A) ialah keluli tahan karat super dupleks berprestasi tinggi (SDSS) dibangunkan pada pertengahan 1980-an, direka khusus untuk menangani cabaran kakisan persekitaran perkhidmatan yang melampau seperti medan minyak dan gas bawah laut, loji pemprosesan kimia, dan kemudahan penyahgaraman air laut.
Tidak seperti keluli tahan karat dupleks konvensional (DSS) Seperti 2205, CD3MWCuN mencapai keseimbangan terobosan rintangan kakisan, kekuatan mekanikal, dan kebolehprosesan melalui reka bentuk pengaloian yang dioptimumkan, mengisi jurang prestasi antara DSS standard dan aloi berasaskan nikel yang mahal (Mis., Hastelloy C276).
2. Apakah itu Keluli Tahan Karat Dupleks CD3MWCuN?
CD3MWCuN ialah a super-dupleks keluli tahan karat aloi direka bentuk untuk menggabungkan rintangan kakisan setempat yang sangat tinggi dengan kekuatan mekanikal yang tinggi dan kebolehkilangan praktikal dalam kedua-dua bentuk tuang dan tempa.
Penamaannya mencerminkan penekanan pengaloian - tinggi Cr (Chromium), ketara Mo (Molybdenum) dan W (tungsten), sengaja N (nitrogen) tahap untuk penstabilan dan pengukuhan austenit, dan terkawal Cu (Tembaga) tambahan untuk tingkah laku yang lebih baik dalam media proses pengurangan atau berasid tertentu.
Dalam amalan kejuruteraan CD3MWCuN dinyatakan di mana persekitaran yang kaya dengan klorida, Beban mekanikal yang tinggi, dan selang perkhidmatan yang panjang bertepatan — contohnya, perkakasan dasar laut, pam dan injap air laut, minyak & manifold gas, komponen loji penyahgaraman dan peralatan proses kimia yang agresif.
Atribut fungsian biasa (Ringkasan)
- Rintangan kakisan setempat yang sangat tinggi: Baki Cr–Mo–W–N yang direkayasa menghasilkan nilai PREN biasanya ke dalam julat "super-dupleks" (penunjuk saringan untuk rintangan pitting/celah yang sangat baik).
- Kekuatan mekanikal yang tinggi: struktur dupleks memberikan kekuatan hasil dan kekuatan tegangan yang jauh lebih besar daripada austenitik biasa (membolehkan lebih nipis, bahagian tekanan yang lebih ringan).
- Toleransi SCC yang dipertingkatkan: mengurangkan kerentanan kepada retakan tegasan-kakisan klorida berbanding dengan austenitik 300-siri dan banyak keluli dupleks aloi rendah.
- Kebolehtuangan untuk geometri kompleks: dirumus untuk dihasilkan sebagai tuangan berintegriti tinggi (dengan kawalan faundri yang sesuai) supaya komponen kompleks boleh dihantar dalam bentuk hampir bersih.
- Kestabilan mengakis am yang baik: filem pasif yang stabil di bawah keadaan pengoksidaan; keluasan mengaloi memberikan serba boleh merentasi banyak kimia proses.
3. Kimia dan fungsi metalurgi unsur mengaloi
Prestasi Keluli tahan karat dupleks CD3MWCuN dikawal oleh keseimbangan yang teliti, sistem aloi berbilang unsur direka untuk menstabilkan struktur mikro ferit-austenit dua fasa sambil memaksimumkan rintangan kakisan setempat dan kekuatan mekanikal.
| Elemen | Kandungan biasa (wt.%) | Fungsi metalurgi |
| Chromium (Cr) | 24.0 - 26.0 | Elemen pasif utama; menggalakkan pembentukan filem Cr₂O₃ yang stabil; penstabil ferit yang kuat |
| Nikel (Dalam) | 6.0 - 8.5 | Penstabil austenit; meningkatkan ketangguhan dan kemuluran |
| Molybdenum (Mo) | 3.0 - 4.0 | Meningkatkan ketahanan terhadap kakisan pitting dan celah; menguatkan ferit |
| Tungsten (W) | 0.5 - 1.0 | Tambahan Mo dalam meningkatkan rintangan kakisan setempat |
Nitrogen (N) |
0.18 - 0.30 | Penstabil austenit yang berkuasa; pengukuhan larutan pepejal; Meningkatkan rintangan pitting |
| Tembaga (Cu) | 0.5 - 1.0 | Meningkatkan daya tahan terhadap asid penurun tertentu; meningkatkan rintangan kakisan am |
| Karbon (C) | ≤ 0.03 | Dikawal untuk meminimumkan pemendakan karbida |
| Mangan (Mn) | ≤ 1.0 | Deoxidizer; membantu keterlarutan nitrogen |
| Silikon (Dan) | ≤ 1.0 | Deoxidizer; meningkatkan kecairan dalam tuangan |
| Fosforus (P) | ≤ 0.03 | Elemen sisa; terhad untuk mengekalkan keliatan |
| Sulfur (S) | ≤ 0.02 | Kawalan kekotoran |
| Besi (Fe) | Keseimbangan | Elemen matriks asas |
4. Sifat mekanikal biasa (keadaan anil larutan)
| Harta benda | Julat tipikal / nilai | Keadaan ujian / komen |
| 0.2% bukti / Kekuatan hasil, RP0.2 (MPA) | 450 - 700 | Variasi mengikut bentuk produk: tuangan ke arah hujung bawah, ditempa/ditempa di hujung atas |
| Kekuatan tegangan, Rm (MPA) | 700 - 950 | Suhu bilik, spesimen tegangan piawai |
| Pemanjangan pada rehat, A (%) | 20 - 35 | Lebih tinggi untuk tempa/palsu; tuangan mungkin ke arah batas bawah |
| Pengurangan kawasan, Z (%) | 30 - 50 | Bergantung pada bentuk produk dan kualiti rawatan haba |
Kekerasan, Hb (Brinell) |
220 - 350 | Biasa seperti yang dibekalkan; nilai yang lebih tinggi mungkin menunjukkan kerja sejuk atau pengerasan tempatan |
| Tenaga impak V-notch Charpy (J) | ≥ 50 - 150 (temp bilik) | Julat luas—bergantung pada kualiti tuangan dan rawatan haba; nyatakan minimum yang diperlukan |
| Kekuatan keletihan (lenturan berputar, 10^7 kitaran) (MPA) | ~ 300 - 450 (bergantung kepada permohonan) | Permukaan kuat- dan bergantung kepada perincian; gunakan data S–N yang layak untuk reka bentuk |
| Hasil / nisbah tegangan (RP0.2 / Rm) | ~0.60 – 0.80 | Biasa untuk struktur mikro dupleks |
5. Sifat Fizikal Dan Terma Keluli Tahan Karat Dupleks CD3MWCuN
| Harta benda | Nilai tipikal / julat | Keadaan ujian / komen |
| Ketumpatan (g · cm⁻³) | 7.80 - 7.90 | Suhu bilik |
| Modulus elastik, E (GPA) | 200 - 210 | Suhu bilik; berkurangan dengan suhu |
| Nisbah Poisson, n | 0.27 - 0.30 | Anggaran kejuruteraan: gunakan 0.28 di mana diperlukan |
| Kekonduksian terma, k (W · M⁻¹ · K⁻¹) | 14 - 18 | Pada 20 ° C.; lebih rendah daripada keluli ferit, lebih tinggi daripada banyak aloi nikel |
| Pekali pengembangan haba (20-200 ° C.) (× 10 ⁻⁶ k⁻¹) | 11.0 - 13.0 | Gunakan lengkung bergantung suhu untuk analisis terikan haba yang tepat |
| Kapasiti haba tertentu, cp (J · kg⁻¹ · k⁻¹) | 450 - 500 | Suhu bilik; meningkat dengan suhu |
| Diffusivity termal (m²·s⁻¹) | ~4.5 – 7.0 × 10 ⁻⁶ | Dikira daripada k/(ρ·cp); bergantung kepada produk |
Resistiviti elektrik (Oh; m) |
~7.5 – 9.5 ×10⁻⁷ | Suhu bilik; bergantung pada kimia yang tepat |
| Tingkah laku magnet | Sebahagiannya magnet | Disebabkan pecahan fasa ferit; kebolehtelapan bergantung pada keseimbangan fasa dan kerja sejuk |
| Suhu perkhidmatan biasa (berterusan) | −50 °C sehingga ≈ 300 ° C. (disyorkan) | Di atas ~300 °C, risiko kerpasan antara logam dan kehilangan keliatan/rintangan kakisan; kelayakan diperlukan untuk tempoh yang lebih tinggi |
| Solidus / cecair (° C.) | bergantung kepada aloi; rujuk kepada pembekal | Aloi dupleks/super-dupleks memejal dalam julat; rujuk data kilang untuk amalan tuangan/kimpalan |
6. Rintangan kakisan: Melangkaui Keluli Dupleks Konvensional
Rintangan kakisan CD3MWCuN adalah kelebihannya yang menentukan, disokong oleh PREN (Ambil = Cr + 3.3Mo + 30N + 16Cu) daripada lebih 40, jauh melebihi 2205 DSS (PREN≈32) dan keluli austenit 316L (PREN≈34).
Data ujian yang komprehensif mengesahkan prestasinya dalam persekitaran yang melampau:
Rintangan kakisan pitting dan celah
Dalam 6% larutan FeCl₃ (Kaedah ASTM G48 A), CD3MWCuN mempamerkan kadar pitting ≤0.015 g/(m²·h), dengan Suhu Pitting Kritikal (Cpt) ≥40 ℃ dan Suhu Kakisan Celah Kritikal (CCCT) ≥35 ℃.
Ujian lapangan dalam air laut (kemasinan 35‰) menunjukkan kadar kakisan ≤0.003 mm/tahun, sesuai untuk perkhidmatan jangka panjang dalam cangkerang membran RO penyahgaraman air laut.
Tekanan kakisan (SCC) Rintangan
Dalam media yang mengandungi klorida, Faktor keamatan tegasan kritikal CD3MWCuN KISCC ≥30 MPa·m¹/², mengatasi prestasi 2205 DSS (KISCC≈25 MPa·m¹/²).
Ia mematuhi piawaian NACE MR0175 untuk medan minyak dan gas berasid, bertolak ansur dengan tekanan separa H₂S sehingga 20 kPa tanpa permulaan SCC.
Rintangan Kakisan Asid dan Media Campuran
Dalam 10% H₂so₄ (25℃), kadar kakisannya ≤0.05 mm/tahun, menjadikannya sesuai untuk pelapik reaktor kimia.
Dalam desulfurisasi gas serombong (FGD) sistem (Cl⁻ + SO₃²⁻ media campuran), ia mengekalkan prestasi yang stabil tanpa kakisan yang kelihatan selepas itu 5,000 jam perkhidmatan.
7. Ciri-ciri Pemutus CD3MWCuN
Menjadi aloi tinggi, tuang aloi super-dupleks memperkenalkan khusus Casting cabaran:
- Julat pembekuan dan pengasingan yang luas: kandungan aloi yang tinggi meningkatkan julat liquidus-to-solidus, meningkatkan kemungkinan pengasingan interdendritik dan terperangkap cecair sisa PREN rendah jika penyusuan tidak mencukupi.
- Kerpasan antara logam: penyejukan perlahan atau pendedahan haba yang berlebihan semasa pembersihan/kimpalan boleh menggalakkan fasa σ dan χ di kawasan interdendritik dan antara muka α/γ — fasa ini merosakkan bahan dan merendahkan rintangan kakisan.
- Keliangan gas dan sensitiviti kemasukan oksida: kebersihan cair yang ketat, penyahgasan dan penapisan seramik adalah kritikal — keliangan mengurangkan kekuatan berkesan dan prestasi kakisan.
- Memberi makan & Reka bentuk riser: Pengukuhan arah, penyuap bersaiz betul dan kesejukan adalah penting untuk mengelakkan kecacatan pengecutan; simulasi tuang disyorkan untuk geometri kompleks.
Keperluan faundri: vakum atau suasana terkawal lebur (EAF + AOD/VOD), penyahoksidaan / pengaliran yang ketat, penapisan buih seramik, dan relau anneal larutan yang disahkan bersaiz untuk bahagian terbesar adalah amalan terbaik apabila menghasilkan tuangan CD3MWCuN.
8. Rawatan haba, Penyelesaian Anneal dan Kestabilan Terma
Penyelesaian Anneal
- Tujuan: melarutkan antara logam dan menghapuskan pengasingan, memulihkan keseimbangan fasa dupleks dan memaksimumkan rintangan kakisan.
- Tingkap biasa:lebih kurang. 1,050-1,100 ° C. (kitaran tepat bergantung pada ketebalan bahagian), diikuti oleh QUIENCH RAPID (air atau pelindapkejutan udara yang cepat) untuk mengelakkan pengulangan.
- Masa rendam: diskalakan kepada saiz bahagian maksimum; tuangan tebal memerlukan rendaman lanjutan untuk menyeragamkan sepenuhnya.
Kestabilan terma & pemendakan fasa
- Fasa sigma dan interlogam lain boleh terbentuk pada pendedahan berpanjangan dalam 600-900 ° C. julat, merosakkan aloi dan mengurangkan rintangan kakisan. Elakkan lawatan terma ke dalam julat ini untuk tempoh yang berpanjangan.
- Pemendakan nitrida dan pembentukan kromium karbida adalah kebimbangan jika kitaran penyejukan/haba tidak dikawal — karbon rendah dan amalan relau yang sesuai mengurangkan kepekaan.
9. Kimpalan, Amalan Terbaik Fabrikasi dan Pemesinan
Kimpalan
- Habis -habisan: gunakan logam pengisi padan atau lebih padanan yang direka bentuk untuk komposisi super-dupleks untuk membantu memulihkan rintangan kakisan dalam logam kimpalan.
- Kawalan input haba: meminimumkan input haba dan mengawal suhu interpass untuk mengelakkan kitaran haba tempatan yang berlebihan yang menggalakkan pembentukan σ/χ dalam HAZ.
- Rawatan pra/pasca: untuk komponen kritikal, anneal larutan selepas kimpalan biasanya ditentukan untuk memulihkan struktur mikro homogen; untuk pembaikan lapangan, TIG input haba rendah dengan PQR/WPS yang layak dan penyelesaian pasca kimpalan tempatan di mana praktikal adalah dinasihatkan.
- Kawalan hidrogen: langkah berjaga-jaga standard dikenakan — elektrod kering, proses hidrogen rendah di mana sesuai.
Pemesinan
- Kebolehkerjaan: keluli dupleks/super-dupleks lebih keras dan lebih keras daripada austenitik — gunakan perkakas karbida yang teguh, rake positif, lekapan tegar, dan penyejuk. Jangkakan kelajuan pemotongan yang lebih rendah daripada tahan karat 304/316.
- Benang dan sisipan: untuk perhimpunan berulang, pertimbangkan sisipan orustenitik/gangsa keluli tahan karat jika diperlukan untuk haus; nyatakan penglibatan benang dengan sewajarnya.
Nasihat fabrikasi
- Elakkan pemotongan haba bahan api oksi pada tuangan kritikal sebelum penyepuhlindapan larutan — pemanasan tempatan boleh mendakan antara logam dan menyebabkan keretakan rapuh pada akar riser.
Jika pemotongan haba tidak dapat dielakkan, lebih suka pemotongan mekanikal/lebih selamat (Segar) diikuti dengan anneal larutan.
10. Pilihan Kemasan Permukaan dan Perlindungan Kakisan
- Acar & Passivation: pempasifan standard nitrik/hidrofluorik atau asid sitrik yang disesuaikan untuk kimia dupleks menyingkirkan bahan cemar dan menggalakkan filem pasif yang stabil.
- Penamat mekanikal: tembakan-tembakan, pengisaran dan penggilap memperbaiki keadaan permukaan dan hayat keletihan; elakkan kerja sejuk yang berlebihan yang menimbulkan tekanan sisa.
- Salutan: cat polimer, lapisan epoksi atau salutan khusus memberikan perlindungan tambahan dalam media yang sangat agresif atau untuk mengurangkan risiko kakisan celah.
- Perlindungan Katodik: dalam struktur dasar laut besar-besaran perlindungan katodik (anod korban atau arus terkesan) melengkapkan rintangan semula jadi CD3MWCuN dalam persekitaran marin yang teruk.
11. Aplikasi Biasa Keluli Tahan Karat CD3MWCuN
- Komponen dasar laut: manifolds, penyambung, pengapit, pengikat (di mana PREN tinggi dan kekuatan diperlukan).
- Injap & kelengkapan: badan injap, bonet dan trim untuk air laut dan perkhidmatan air yang dihasilkan.
- Casing pam & pendesak: pam air laut dan air garam di mana hakisan-karat dan pitting adalah risiko.
- Penyahgaraman & sistem RO: komponen yang terdedah kepada air garam berklorida tinggi.
- Peralatan pemprosesan kimia: penukar haba, reaktor, dan paip dalam aliran yang mengandungi klorida.
- Minyak & bahagian atas gas / tiub bahagian atas: di mana kekuatan tinggi dan rintangan kakisan bahagian yang lebih rendah kiraan dan berat.
12. Kelebihan dan batasan
Kelebihan Keluli Tahan Karat CD3MWCuN
- Rintangan pitting/celah yang tinggi untuk persekitaran klorida (PREN kerap > 40 untuk haba beraliran baik).
- Kekuatan mekanikal yang tinggi — membolehkan bahagian nipis dan penjimatan berat berbanding dengan austenitik.
- Rintangan SCC yang baik berbanding keluli tahan karat 300 siri.
- Boleh dituang untuk geometri kompleks dengan amalan pengecoran yang teliti, membolehkan penyatuan bahagian.
Had Keluli Tahan Karat CD3MWCuN
- Kos: pengaloian yang lebih tinggi (Mo, W, N) meningkatkan bahan dan kos cair berbanding gred biasa.
- Pemutus & kerumitan rawatan haba: memerlukan kawalan pengecoran yang teliti, penyelesaian sepuhlindap dan NDT; bahagian yang besar mungkin sukar untuk dipanaskan secara seragam.
- Kepekaan kimpalan/pembaikan: kimpalan memerlukan bahan habis pakai dan kawalan yang berkelayakan; risiko sigma atau fasa lain yang memudaratkan jika disalahgunakan.
- Kekerasan pemesinan: lebih sukar untuk dimesin daripada gred austenit — perkakas & reka bentuk kitaran mesti mengambil kira itu.
13. Analisis Perbandingan — CD3MWCuN Berbanding Aloi Serupa
Bahagian ini membandingkan CD3MWCuN dengan alternatif yang biasa dipertimbangkan untuk aplikasi galas klorida dan struktur: dupleks 2205, super-dupleks 2507, dan 316L. (Austenitic).
| Harta benda | CD3MWCuN (wakil cast super-duplex) | Dupleks 2205 (tempa) | Super-Duplex 2507 (tempa) | 316L. (Austenitic / cast equiv.) |
| Kimia perwakilan (wt%) | Cr ≈ 25.0; Dalam ≈ 4.0; Mo ≈ 3.6; W ≈ 0.5; N ≈ 0.30 | Cr ≈ 22.0; Dalam ≈ 5.0; Mo ≈ 3.1; N ≈ 0.17 | Cr ≈ 25.0; Dalam ≈ 6.5; Mo ≈ 4.0; N ≈ 0.28 | Cr ≈ 17.0; Dalam ≈ 10.0; Mo ≈ 2.5; N ≈ 0.03 |
| Kayu (calc. = Cr + 3.3· Mo + 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 |
| tegangan biasa (UTS), MPA | 700 - 900 | 620 - 850 | 800 - 1000 | 480 - 650 |
| Hasil (0.2%), MPA | 450 - 700 | 450 - 550 | 650 - 800 | 200 - 300 |
| Pemanjangan (A5) | 10 - 25% (Seksyen bergantung) | 15 - 30% | 10 - 20% | 35 - 50% |
| Ketumpatan (g · cm⁻³) | ~7.8 – 8.0 | ~7.8 – 7.9 | ~7.8 – 7.9 | ~ 7.9 - 8.0 |
| Kebolehan | Baik (direka bentuk untuk pemutus) | Sederhana (cast dupleks mungkin tetapi menuntut) | Mencabar (pemutus super-dupleks memerlukan kawalan pakar) | Cemerlang (setara cast seperti CF8M wujud) |
Kebolehkalasan |
Baik apabila menggunakan bahan habis pakai dupleks dipadankan; memerlukan kawalan | Baik dengan prosedur yang berkelayakan | Lebih menuntut; memerlukan kawalan yang ketat | Cemerlang |
| SCC / rintangan klorida | Tinggi untuk banyak perkhidmatan air laut/air garam (Kayu ≈ 42) | Sederhana-tinggi (bagus untuk banyak perkhidmatan) | Sangat tinggi (Kayu ≈ 41–45) | Rendah sederhana; terdedah kepada pitting/SCC dalam klorida |
| Aplikasi biasa | Badan injap tuang, komponen dasar laut, selongsong pam untuk air laut/air garam | Penukar haba, Kapal tekanan, paip di mana kekuatan dupleks diperlukan | Dasar laut kritikal, persekitaran klorida yang sangat agresif | Proses kimia am, makanan, Pharma, perkhidmatan klorida ringan |
| Kos bahan relatif | Tinggi (aloi + mencairkan kerumitan) | Medium | Sangat tinggi | Rendah -medium |
14. Kesimpulan
CD3MWCuN ialah keluarga keluli tahan karat super-dupleks tuangan yang menawarkan gabungan menarik bagi kekuatan tinggi dan rintangan kakisan setempat yang sangat baik untuk menuntut persekitaran yang mengandungi klorida.
Kesesuaiannya untuk bahagian tuang yang kompleks menjadikannya pilihan yang sangat baik di mana penyepaduan, penjimatan berat dan prestasi kakisan diperlukan serentak.
Penggunaan yang berjaya bergantung pada amalan pengecoran yang ketat (kawalan pemejalan, Cairkan kebersihan, kawalan ferit), rawatan haba yang sesuai, dan prosedur fabrikasi/kimpalan yang berkelayakan.
Apabila dinyatakan dan diproses dengan betul, CD3MWCuN menyediakan tahan lama, tuangan berprestasi tinggi untuk dasar laut, penyahgaraman, minyak & industri gas dan kimia.
Soalan Lazim
Apa itu PREN > 40 bermakna dalam amalan?
Kayu > 40 menunjukkan rintangan pitting dan celah yang kuat. Secara praktikal, ia bermakna aloi akan menahan serangan setempat dalam air laut dan banyak aliran proses klorida tinggi pada suhu dan keadaan aliran yang akan mengadu bahan PREN rendah.
Adakah CD3MWCuN sesuai untuk kegunaan dasar laut?
Ya — apabila dilemparkan/dipalsukan dan dibuat di bawah prosedur yang layak, dan dengan kemasan permukaan terkawal dan pemeriksaan, CD3MWCuN digunakan secara meluas dalam komponen dasar laut dan perkakasan yang terdedah kepada air laut.
Bolehkah CD3MWCuN dikimpal tanpa rawatan haba selepas kimpalan?
Kimpalan boleh dilaksanakan tanpa PWHT jika prosedur layak dan input haba dikawal ketat; Walau bagaimanapun, untuk komponen yang paling kritikal atau di mana prestasi HAZ diutamakan, anneal larutan selepas kimpalan (atau langkah-langkah pemulihan lain yang disahkan) mungkin diperlukan.
Bagaimanakah CD3MWCuN dibandingkan dengan aloi superaustenit?
Superaustenitik mungkin sepadan atau melebihi PREN dalam sesetengah bahan kimia dan menawarkan kemuluran/kebolehbentukan yang lebih baik, tetapi CD3MWCuN umumnya memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan selalunya kos kitaran hayat yang lebih menguntungkan dalam klorida yang didominasi, perkhidmatan yang menuntut secara mekanikal.
