1. Вступ
CD3MWCuN (США J93380, ASTM A890/A995 клас 6A) це високоефективна супер дуплексна нержавіюча сталь (SDSS) розроблений у середині 1980-х років, спеціально розроблений для вирішення проблем корозії в екстремальних умовах експлуатації, таких як підводні нафтові та газові родовища, заводи хімічної обробки, і установки для опріснення морської води.
На відміну від звичайних дуплексних нержавіючих сталей (DSS) як 2205, CD3MWCuN досягає революційного балансу стійкості до корозії, механічна міцність, і технологічність завдяки оптимізованому дизайну легування, заповнення розриву в продуктивності між стандартним DSS і дорогими сплавами на основі нікелю (Напр., Hastelloy C276).
2. Що таке дуплексна нержавіюча сталь CD3MWCuN?
CD3MWCuN - це a супердуплекс нержавіюча сталь сплав, розроблений для поєднання дуже високої стійкості до локальної корозії з підвищеною механічною міцністю та практичною технологічністю як у литих, так і в кованих формах.
Його позначення відображає легуючий акцент — високий Cr (хром), значний Mo (молібден) і Ш (вольфрам), навмисне П. (азот) рівні для стабілізації та зміцнення аустеніту, і контрольований Куточок (мідь) доповнення для покращення поведінки в певних відновних або кислих технологічних середовищах.
У інженерній практиці CD3MWCuN вказується в середовищах, багатих хлоридами, Високі механічні навантаження, і великі міжсервісні інтервали збігаються — напр, підводне обладнання, насоси та клапани морської води, нафта & газові колектори, компоненти опріснювальної установки та агресивне хіміко-технологічне обладнання.
Типові функціональні ознаки (резюме)
- Надзвичайно висока стійкість до локальної корозії: сконструйований баланс Cr–Mo–W–N дає значення PREN, як правило, в межах «супердуплексного» діапазону (індикатор скринінгу для відмінної стійкості до утворення ямок/утворення щілин).
- Висока механічна міцність: дуплексна структура забезпечує межу текучості та межу міцності на розрив, значно вищу, ніж звичайний аустеніт (увімкнення тоншого, деталі легшого тиску).
- Покращена толерантність до SCC: знижена сприйнятливість до хлоридного корозійного розтріскування порівняно з аустенітами серії 300 і багатьма низьколегованими дуплексними сталями.
- Лиття для складних геометрій: розроблений для виробництва у вигляді виливків з високою міцністю (з відповідним ливарним контролем) так що складні компоненти можуть бути доставлені майже чистої форми.
- Хороша загальна корозійна стійкість: стійка пасивна плівка в умовах окислення; широкий спектр легування забезпечує універсальність у багатьох хімічних процесах.
3. Хімія та металургійне призначення легуючих елементів
Продуктивність CD3MWCuN дуплекс з нержавіючої сталі регулюється ретельно збалансованим, система багатоелементного сплаву, призначена для стабілізації двофазної феритно-аустенітної мікроструктури при максимальному підвищенні локалізованої корозійної стійкості та механічної міцності.
| Елемент | Типовий зміст (мас.%) | Металургійна функція |
| Хром (Cr) | 24.0 - 26.0 | Первинний пасивуючий елемент; сприяє утворенню стійкої плівки Cr₂O3; міцний феритовий стабілізатор |
| Нікель (У) | 6.0 - 8.5 | Стабілізатор аустеніту; покращує міцність і пластичність |
| Молібден (Mo) | 3.0 - 4.0 | Підвищує стійкість до піттінгу та корозії щілини; зміцнює ферит |
| Вольфрам (Ш) | 0.5 - 1.0 | Добавки Mo для підвищення стійкості до локальної корозії |
Азот (П.) |
0.18 - 0.30 | Потужний стабілізатор аустеніту; зміцнення твердого розчину; покращує опір піттінгу |
| Мідь (Куточок) | 0.5 - 1.0 | Підвищує стійкість до певних відновлюючих кислот; підвищує загальну стійкість до корозії |
| Вуглець (C) | ≤ 0.03 | Контрольовано для мінімізації опадів карбіду |
| Марганець (Мн) | ≤ 1.0 | Дезоксидатор; сприяє розчинності азоту |
| Кремнію (І) | ≤ 1.0 | Дезоксидатор; покращує плинність при лиття |
| Фосфор (С) | ≤ 0.03 | Залишковий елемент; обмежена для збереження міцності |
| Сірка (S) | ≤ 0.02 | Домішок |
| Прасувати (Феод) | Балансувати | Базовий матричний елемент |
4. Типові механічні властивості (відпалений розчин)
| Власність | Типовий діапазон / значення | Тестовий стан / коментар |
| 0.2% доказ / Похідна сила, RP0.2 (MPA) | 450 - 700 | Варіація за формою продукту: лиття до нижнього кінця, кований/кований у верхньому кінці |
| Сила на розрив, Rm (MPA) | 700 - 950 | Кімнатна температура, стандартний зразок на розтяг |
| Подовження на перерві, A (%) | 20 - 35 | Вище для кованого/кованого; відливки можуть бути до нижньої межі |
| Зменшення площі, Z (%) | 30 - 50 | Залежить від форми продукту та якості термічної обробки |
Твердість, HB (Брінелл) |
220 - 350 | Типовий у стані постачання; більш високі значення можуть вказувати на холодну обробку або місцеве затвердіння |
| Енергія удару з V-подібним вирізом Шарпі (J) | ≥ 50 - 150 (Темп) | Широкий діапазон—залежить від якості лиття та термічної обробки; вкажіть необхідний мінімум |
| Сила втоми (поворотне згинання, 10^7 циклів) (MPA) | ~300 – 450 (залежить від програми) | Сильно поверхневий- і залежить від деталей; використовувати кваліфіковані S–N дані для проектування |
| Похід / коефіцієнт розтягування (RP0.2 / Rm) | ~0,60 – 0.80 | Типова для дуплексної мікроструктури |
5. Фізичні та термічні властивості дуплексної нержавіючої сталі CD3MWCuN
| Власність | Типове значення / діапазон | Тестовий стан / коментар |
| Щільність (G · CM⁻³) | 7.80 - 7.90 | Кімнатна температура |
| Модуль пружності, Е (GPA) | 200 - 210 | Кімнатна температура; зменшується з температурою |
| Коефіцієнт Пуассона, п. | 0.27 - 0.30 | Інженерний кошторис: використання 0.28 де потрібно |
| Теплопровідність, k (Вт·м⁻¹·K⁻¹) | 14 - 18 | В 20 ° C; нижче, ніж у феритних сталей, вище, ніж у багатьох нікелевих сплавів |
| Коефіцієнт теплового розширення (20–200 ° C) (×10⁻⁶ К⁻¹) | 11.0 - 13.0 | Використовуйте температурно-залежну криву для точного аналізу термічної деформації |
| Питома теплоємність, cp (Дж·кг⁻¹·K⁻¹) | 450 - 500 | Кімнатна температура; збільшується з температурою |
| Коефіцієнт теплопровідності (м²·с⁻¹) | ~4,5 – 7.0 × 10⁻⁶ | Обчислюється з k/(ρ·cp); залежить від продукту |
Питомий електричний опір (О; м) |
~7,5 – 9.5 ×10⁻⁷ | Кімнатна температура; залежить від точної хімії |
| Магнітна поведінка | Частково магнітний | За рахунок фракції феритної фази; проникність залежить від балансу фаз і холодної роботи |
| Типова робоча температура (безперервний) | −50 °C до ≈ 300 ° C (рекомендований) | Вище ~300 °C, ризик утворення інтерметалічних опадів і втрати міцності/корозійної стійкості; кваліфікація, необхідна для вищих посад |
| Солідус / рідкий (° C) | Залежить від сплаву; зверніться до постачальника | Дуплексні/супердуплексні сплави твердіють у певному діапазоні; зверніться до даних заводу для практики лиття/зварювання |
6. Корозійна стійкість: Крім звичайних дуплексних сталей
Корозійна стійкість CD3MWCuN є його визначальною перевагою, підтримується PREN (Візьміть = cr + 3.3Mo + 30П. + 16Куточок) понад 40, значно перевищує 2205 DSS (PREN≈32) і аустенітної сталі 316L (PREN≈34).
Дані комплексних випробувань підтверджують його ефективність у екстремальних умовах:
Резистентність до корозії та щілини
У 6% Розчин FeCl3 (ASTM G48 Метод А), CD3MWCuN демонструє ступінь точкової корекції ≤0,015 г/(м²·год), з критичною точковою температурою (Кут) ≥40 ℃ і критична температура щілинної корозії (CCCT) ≥35 ℃.
Польові випробування в морській воді (солоність 35‰) показують швидкість корозії ≤0,003 мм/рік, підходить для тривалого використання в опріснювальних мембранних корпусах морської води.
Стрес -корозія розтріскувань (SCC) Опір
У хлоридвмісних середовищах, Критичний коефіцієнт інтенсивності напруги CD3MWCuN KISCC ≥30 МПа·м¹/², перевищення 2205 DSS (KISCC≈25 МПа·м¹/²).
Він відповідає стандартам NACE MR0175 для кислих нафтових і газових родовищ, витримує парціальний тиск H₂S до 20 кПа без ініціювання SCC.
Корозійна стійкість до кислот і змішаних середовищ
У 10% H₂so₄ (25℃), його швидкість корозії ≤0,05 мм/рік, що робить його придатним для футеровок хімічних реакторів.
У десульфурації димових газів (FGD) системи (Cl⁻ + SO₃²⁻ змішана техніка), він підтримує стабільну продуктивність без видимої корозії 5,000 годин служби.
7. Ливарні характеристики CD3MWCuN
Будучи високолегованим, литий супердуплексний сплав вводить специфічні кастинг виклики:
- Широкий діапазон замерзання та сегрегація: високий вміст сплаву збільшує діапазон ліквідусу до солідусу, підвищення ймовірності міждендритної сегрегації та утримання залишкової рідини з низьким рівнем PREN, якщо годування є неадекватним.
- Інтерметалічні опади: повільне охолодження або надмірний термічний вплив під час очищення/зварювання може сприяти утворенню фаз σ і χ в міждендритних областях і на межах розділу α/γ — ці фази роблять матеріал крихким і знижують стійкість до корозії.
- Газова пористість і чутливість до оксидних включень: сувора чистота розплаву, дегазація та керамічна фільтрація мають вирішальне значення — пористість знижує ефективну міцність і стійкість до корозії.
- Годування & Дизайн стояка: спрямоване затвердіння, годівниці та холодильні пристрої правильного розміру є важливими, щоб уникнути дефектів усадки; моделювання лиття рекомендується для складних геометрій.
Вимоги до ливарного виробництва: плавлення у вакуумі або в контрольованій атмосфері (Eaf + AOD/VOD), суворе розкислення/флюсування, пінна керамічна фільтрація, і перевірені печі для відпалу розчину, розмір яких відповідає найбільшій секції, є найкращою практикою при виробництві виливків CD3MWCuN.
8. Термічна обробка, Відпал розчину та термічна стабільність
Рішення відпалити
- Мета: розчиняють інтерметаліди та усувають сегрегацію, відновити дуплексний баланс фаз і максимально підвищити стійкість до корозії.
- Типове вікно:блок. 1,050–1,100 ° C (точний цикл залежить від товщини профілю), за ним Швидке гасіння (водою або швидким повітрям) щоб уникнути повторного осадження.
- Час замочування: масштабовано до максимального розміру розділу; товсті виливки вимагають тривалого замочування для повної гомогенізації.
Термічна стабільність & фазові опади
- Сигма-фаза та інші інтерметаліди може утворюватися при тривалому впливі в 600–900 ° C діапазон, окрихчення сплаву та зниження корозійної стійкості. Уникайте температурних екскурсій у цей діапазон протягом тривалих періодів.
- Осадження нітридів і утворення карбіду хрому викликає занепокоєння, якщо цикли охолодження/нагрівання не контролюються — низький вміст вуглецю та відповідна практика печі знижують чутливість.
9. Зварювання, Найкращі методи виготовлення та обробки
Зварювання
- Витратні матеріали: використовуйте відповідні або трохи перевищуючі присадочні метали, розроблені для супердуплексної композиції, щоб допомогти відновити корозійну стійкість металу зварного шва.
- Контроль надходження тепла: мінімізувати надходження тепла та контролювати міжпрохідну температуру, щоб уникнути надмірних локальних термічних циклів, які сприяють утворенню σ/χ у HAZ.
- До/після лікування: для критичних компонентів, відпал розчину після зварювання зазвичай вказується для відновлення однорідної мікроструктури; на польовий ремонт, TIG з низьким нагріванням з кваліфікованим PQR/WPS і місцевим рішенням після зварювання, де це можливо, рекомендується.
- Контроль водню: застосовуються стандартні запобіжні заходи — сухі електроди, процеси з низьким вмістом водню, де це необхідно.
Обробка
- Обробка: дуплексні/супердуплексні сталі міцніші та міцніші, ніж аустеніти — використовуйте надійні твердосплавні інструменти, позитивні граблі, жорстке кріплення, і охолоджуючої рідини. Очікуйте нижчу швидкість різання, ніж для нержавіючої сталі 304/316.
- Нарізка різьби та вставки: для повторної збірки, розгляньте вставки з нержавіючої сталі або рустеніту/бронзи, якщо це необхідно для зносу; відповідно вкажіть зачеплення різьби.
Поради щодо виготовлення
- Уникайте термічного різання за допомогою кисневого палива на критично важливих виливках перед відпалом у розчині — місцеве нагрівання може виділити інтерметаліди та спричинити крихкі тріщини в коренях райзера.
Якщо термічного різання не уникнути, віддайте перевагу механічному/безпечнішому різанню (пиляння) з наступним відпалом розчину.
10. Варіанти обробки поверхні та захисту від корозії
- Марита & пасивація: стандартна пасивація азотною/фтористоводневою або лимонною кислотою, призначена для дуплексної хімії, видаляє забруднення та сприяє створенню стабільної пасивної плівки.
- Механічна обробка: розстріляний, шліфування та полірування покращують стан поверхні та стійкість до втоми; уникайте надмірної холодної роботи, яка підвищує залишкові напруги.
- Покриття: полімерні фарби, епоксидні покриття або спеціальні покриття забезпечують додатковий захист у надзвичайно агресивних середовищах або зменшують ризик щілинної корозії.
- Катодний захист: у масивних підводних спорудах катодний захист (жертвуючі аноди або поданий струм) доповнює вроджену стійкість CD3MWCuN у суворих морських умовах.
11. Типове застосування нержавіючої сталі CD3MWCuN
- Підводні компоненти: колектори, з'єднувачі, затискач, кріплення (де потрібні високий PREN і міцність).
- Клапани & фурнітура: Тіла клапана, капоти та оздоблення для обслуговування морської та пластової води.
- Насос кожухів & спонука: насоси для морської води та розсолу, де є ризик ерозії, корозії та точкової коррозії.
- Опріснення & Системи RO: компоненти, що піддаються впливу розсолів з високим вмістом хлоридів.
- Хімічна обробка обладнання: Теплообмінники, реактори, і трубопроводи в потоках, що містять хлорид.
- Нафта & газова верхня частина / верхні трубчасті: де висока міцність і стійкість до корозії знижують кількість деталей і вагу.
12. Переваги та обмеження
Переваги нержавіючої сталі CD3MWCuN
- Висока стійкість до утворення тріщин для хлоридних середовищ (PREN часто > 40 для добре легованих плавок).
- Висока механічна міцність — забезпечує тонші секції та економію ваги порівняно з аустенітом.
- Хороша стійкість до SCC відносно нержавіючих сталей серії 300.
- Литий для складних геометрій з ретельною ливарною практикою, можливість консолідації частин.
Обмеження нержавіючої сталі CD3MWCuN
- Вартість: більш висока легованість (Mo, Ш, П.) збільшує вартість матеріалу та розплаву порівняно зі звичайними марками.
- Кастинг & складність термічної обробки: вимагає ретельного ливарного контролю, можливий відпал розчину та НК; великі частини важко піддавати термічній обробці.
- Чутливість до зварювання/ремонту: для зварювання потрібні кваліфіковані витратні матеріали та засоби контролю; ризик сигма або інших шкідливих фаз у разі неправильного поводження.
- Твердість обробки: міцніші для механічної обробки, ніж аустенітні марки — інструмент & дизайн циклу повинен враховувати це.
13. Порівняльний аналіз — CD3MWCuN проти подібних сплавів
Цей розділ порівнює CD3MWCuN із загальноприйнятими альтернативами для хлоридовмісних і структурних застосувань: дуплекс 2205, супердуплекс 2507, і 316Л (аустенітний).
| Власність | CD3MWCuN (представницький литий супердуплекс) | Дуплекс 2205 (вирібний) | Супер-дуплекс 2507 (вирібний) | 316Л (аустенітний / екв.) |
| Представницька хімія (WT%) | Cr ≈ 25.0; У ≈ 4.0; Mo ≈ 3.6; W ≈ 0.5; N ≈ 0.30 | Cr ≈ 22.0; У ≈ 5.0; Mo ≈ 3.1; N ≈ 0.17 | Cr ≈ 25.0; У ≈ 6.5; Mo ≈ 4.0; N ≈ 0.28 | Cr ≈ 17.0; У ≈ 10.0; Mo ≈ 2.5; N ≈ 0.03 |
| Деревина (обчислення. = Cr + 3.3· Пн + 16·Н + 0.5·В) | 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 |
| Типовий розтяг (UTS), MPA | 700 - 900 | 620 - 850 | 800 - 1000 | 480 - 650 |
| Похід (0.2%), MPA | 450 - 700 | 450 - 550 | 650 - 800 | 200 - 300 |
| Подовження (A5) | 10 - 25% (розділ залежить) | 15 - 30% | 10 - 20% | 35 - 50% |
| Щільність (G · CM⁻³) | ~7,8 – 8.0 | ~7,8 – 7.9 | ~7,8 – 7.9 | ~ 7,9 - 8.0 |
| Каста | Добрий (призначений для лиття) | Помірний (литий дуплекс можливий, але вимогливий) | Складний (супердуплексне лиття потребує експертного контролю) | Відмінний (литі еквіваленти, такі як CF8M, існують) |
Зварюваність |
Добре, коли використовуються відповідні витратні матеріали для двостороннього друку; потребує контролю | Добре з кваліфікованими процедурами | Більш вимогливий; вимагає жорсткого контролю | Відмінний |
| SCC / хлоридна стійкість | Високий для багатьох послуг морської води/розсолу (Деревина ≈ 42) | Помірно-високий (підходить для багатьох послуг) | Дуже високий (Деревина ≈ 41–45) | Низькорозмірний; сприйнятливий до піттингу/SCC у хлоридах |
| Типові програми | Литі корпуси клапанів, підводні компоненти, корпуси насосів для морської води/розсолу | Теплообмінники, Судна тиску, труби, де потрібна дуплексна міцність | Критичні підводні, високоагресивні хлоридні середовища | Загальний хімічний процес, їжа, аптека, послуги м’якого хлориду |
| Відносна матеріальна вартість | Високий (сплав + складність розплаву) | Середній | Дуже високий | Низькосмуговий |
14. Висновок
CD3MWCuN — це лита супердуплексна нержавіюча сталь, яка пропонує привабливе поєднання висока сила і чудова стійкість до локальної корозії для вимогливих середовищ, що містять хлориди.
Його придатність для складних литих деталей робить його чудовим варіантом для інтеграції, одночасно необхідні зниження ваги та стійкість до корозії.
Успішне використання залежить від сувора ливарна практика (контроль затвердіння, чистота розплаву, феритовий контроль), відповідна термічна обробка, і кваліфіковані процедури виготовлення/зварювання.
Якщо вказано та оброблено правильно, CD3MWCuN забезпечує довговічність, високоефективне лиття для підводних, опріснення, нафта & газова та хімічна промисловість.
Поширені запитання
Що означає PREN > 40 означає на практиці?
Деревина > 40 вказує на сильну стійкість до ямок і щілин. На практиці, це означає, що сплав буде протистояти локалізованим атакам у морській воді та багатьом технологічним потокам із високим вмістом хлоридів при температурах та умовах потоку, які призведуть до пошкодження матеріалів з низьким рівнем PREN.
Чи підходить CD3MWCuN для підводного використання?
Так — коли відлито/ковано та виготовлено відповідно до кваліфікованих процедур, і з контрольованою обробкою поверхні та перевіркою, CD3MWCuN широко використовується в підводних компонентах і обладнанні, що піддається впливу морської води.
Чи можна зварювати CD3MWCuN без термообробки після зварювання?
Зварювання можливе без PWHT, якщо процедури кваліфіковані та підведення тепла суворо контролюється; однак, для найбільш критичних компонентів або там, де продуктивність HAZ має першочергове значення, відпал розчину після зварювання (або інші перевірені заходи для виправлення) може знадобитися.
Як CD3MWCuN порівнюється з супераустенітними сплавами?
Супераустенітність може відповідати або перевищувати PREN у деяких хімічних речовинах і забезпечувати кращу пластичність/формованість, але CD3MWCuN зазвичай забезпечує вищу міцність і часто більш сприятливу вартість життєвого циклу в хлоридних, механічно вимогливе обслуговування.
