全！蒙乃爾Monel400合金、UNS N04400特性、冷熱加工及焊接
蒙乃爾Monel400合金（UNS N04400,2.4360）是一種單相固溶體Ni-Cu合金，是以鎳為主的合金，可以耐受各種腐蝕環境，延展性較好。
它在很多介質環境下有良好的耐蝕性能。從輕微的氧化性介質環境到中性環境，到適宜的還原性環境，都有良好的耐蝕性能。這種合金作為耐蝕材料使用有很長的歷史。
在20世紀早期，人們就試圖以高含量銅的鎳礦石來冶煉合金，如今的蒙乃爾400中鎳銅含量的比例還和當初的礦石相似。
與純鎳等金屬相比，Monel400合金在退火情況下強度更低，因為這個原因，此材料常常要求回火處理，以提高其強度。
Monel400合金還用于海下環境及不能氧化的氯化物溶液。
材料標準
產品形式 標準 ASTM ASME AMS
板材和帶材 B127 SB127 4544
無縫管 B163 SB163 4574 B165 SB165
棒材和鍛件 B164 SB164 4675 B564 SB564
絲 4730 4731
ASTM:美國材料試驗協會標準；ASME:美國機械工程師協會標準；AMS:美國軍標
物理性能
密度：8.9g/cm3 熔點範圍：1300~1350℃
蒙乃爾400常規特性
蒙乃爾400對中性環境和鹼、鹽環境有優異的耐蝕性能，現在已成為鹽廠的標準應用材料。
這種合金材料是少有的幾種可以耐氟、氫氟酸、氟化氫或它們的衍生物的金屬。它在燒鹼中也很耐蝕，在海水環境中有和銅基合金相似的耐空泡腐蝕性能，在硫酸、鹽酸等環境中，尤其是沒有空氣中的情況下，效果更好。但是，由於材料中不含Cr，在氧化性環境中腐蝕率會大大增加。
雖然蒙乃爾400對氯離子應力腐蝕開裂具有很好的抵抗力，但是在有汞或潮濕暴露的氟化氫氣體的環境中會產生應力腐蝕開裂。此時要注意對材料進行消應力熱處理。
特性可以歸納為如下幾點：
1、在海洋和化工環境下有良好的耐蝕性能；
2、對氯離子應力腐蝕開裂很不敏感；
3、從零度以下到550℃都有良好的機械性能；
4、被ASME認可可以用作在-10~425℃下的壓力容器；
5、良好的加工和焊接性能。
化學分析
抗腐蝕
Monel400合金在減弱環境下比商業通用的純鎳（UNS N02200）更抗腐蝕, 在氧化條件下比精製銅合金更抗腐蝕。在適當減弱的酸、中性或鹼性溶液中，400合金也許會被考慮使用。該合金對大多數鹼、鹽、有機物以及大氣條件均有抗腐蝕能力。雖然在高溫、高應力以及高腐蝕濃度下該材料發生過腐蝕應力裂變，但400合金可以考慮被使用在較冷的鹼腐蝕條件下。該合金被用在弱酸如硫磺、氯化氫，特別是在不通風及無氧化物的情況下。
400合金尤其可以抵抗氯化物應力裂變腐蝕。其主要應用環境是包括海水、鹽水在內的各種水。
400合金在含硫氣體超過華氏700度（攝氏371度）時遭受侵蝕；當融化硫酸超過大約華氏500度（攝氏260度）時可以對400合金造成侵蝕。
MATERIAL CorrosionRate, mpy (mm/a)
Alloy 400 22(0.56)
Nickel 200 >200(>5.08)b
Alloy 600 150(3.81)
AISI 304 Stainless Steel >210 (>5.33)b
AISI 316 Stainless Steel >190 (>4.83)b
Mild Steel >170(4.32)
ALLOY Corrosion/ErosionRate
mpy mm/a
Alloy 625 Nil Nil
Alloy 825 0.3 0.008
Alloy K-500 0.4 0.01
Alloy 400 0.4 0.001
Alloy 200 40 1.0
加工
熱處理
對400合金整個退火程序是在典型的華氏1400度至華氏1800度（攝氏760-980度）溫度範圍短時間內進行的。蒙乃爾400材料退火溫度一般在700~900℃，在825℃時效果最宜。處理後快速空冷可以獲得很好的耐蝕性能。這樣做的目的是為了在鍛壓成型後軟化材料以保持物質相對細小的顆粒。退火應該在盡量沒有硫化物的大氣環境下進行，原因是退火溫度範圍內增加暴露時間會使材料脆化。低溫消除應力可以用於冷變形材料，將其加熱至大約華氏575度（攝氏300度）並持續一至三個小時。
退火溫度和退火時間直接關係到材料的最終晶粒尺寸，因此要仔細考慮退火參數。
對於管材，應力消除熱處理溫度一般控制在550~650℃。
熱加工
加熱
在熱處理之前要確保蒙乃爾400表面潔凈，這點非常重要。如果在加熱過程中蒙乃爾400表面存在S、P、Pb或其他低熔點的金屬等污染物，則合金的性能可能會被削弱。污染物的來源主要有標記筆痕迹、溫度指示漆、潤滑油脂和爐氣。其中爐氣的含硫量必須低。
爐氣應該是中性的，或有輕微的還原性，切不可讓爐氣在還原性和氧化性之間波動。爐中火焰不可以直接衝擊材料。
蒙乃爾400可以在800~1200℃範圍內進行熱加工，但在925℃以下時只可以做輕微的鍛造。熱彎曲可以在1025~1200℃之間進行。為了進行熱加工要求裝爐熱處理時，則要把爐溫首先加熱到1200℃，然後把蒙乃爾400材料放入加熱。
材料加熱要遵循一個準則：每100mm厚加熱60分鐘。加熱時間一到，立刻取出材料進行熱加工，如在熱加工過程中材料溫度下降到最小熱加工溫度以下則要重新加熱。
冷成型
Monel400合金顯示出優良的冷成型特性，這通常與鎳鉻不鏽鋼有關。該合金與301或304合金相比，其加工硬化比率較低，可以用於多種拔製成型的加工中，在此過程中，回火間隙會出現相對較大的變形現象。
冷加工的蒙乃爾400材料必須是退火狀態。因為它具有比碳鋼稍高的加工硬化率，所以成形裝備要作適宜的改變。冷加工成形要做工序間退火處理。
冷變形有時也用來改善機械性能。如果材料要用在如汞、潮濕暴露的氟化氫氣體等易產生應力腐蝕開裂的環境下，建議進行消應力熱處理。
除垢
蒙乃爾400材料焊縫附近的氧化物和污點比不鏽鋼材料的要緊密，在硝酸和氫氟酸混酸中酸洗之前可以用砂輪打磨，或在鹽浴中預處理。
機加工
蒙乃爾400材料應該在退火狀態下進行機加工。冷成形和應力消除後的材料更加容易加工，對此種材料的加工硬化要有足夠的認識，例如：表面切削速度和碳鋼相比要小一些，刀具要連續運轉，為避開表面硬化層，進刀量要大等。
機加工刀具應該是鎳基合金和高合金不鏽鋼專用刀具，刷焊縫要採用不鏽鋼刷。製造和加工機械如：剪板機、壓力機、卷板機等要採取避免含鐵雜質污染的措施。加工場地要清潔，並和碳鋼加工場地分開。
焊接
Monel400合金可用各種程序進行焊接，其中包括氣鎢電弧、氣金屬電弧焊以及帶防護的氣金屬電弧焊接法。在進行所有這些操作前，必須清理乾淨要焊接的部位，避免潤滑劑和漆料等物質使材料脆化。材料必須保持清潔以求最好的焊接效果。
對Monel400合金的焊接程序類似與奧氏體不鏽鋼，既不需要預熱處理亦無須焊接後熱處理。焊接設計與奧氏體不鏽鋼的焊接方法類似，只有兩點例外。第一：需要調整金屬焊接溶液的本質，使介面部分充分打開，能夠容納整根填充絲填充連接處。第二：高熱傳導和材料純度使焊接穿透力與奧氏體不鏽鋼相比要低。
蒙乃爾400材料的焊接坡口適宜用機械加工方法完成，若對坡口打磨應避免產生局部過熱。由於鎳合金和高合金不鏽鋼相對碳鋼有明顯的物理性質上的差異，它們熱傳導係數低，並且熱膨脹係數較大，對於這點焊接時要採用夾緊、大的焊腳（1-3mm）等方法來解決。因為蒙乃爾400材料焊接熔化金屬的流動性較差，所以要採用大的坡口角度（60-70°）的設計，以讓焊絲能填滿焊縫。
焊前對坡口和焊條用丙酮清洗,焊接方法用GTAW即可，焊絲用ERNiCu-7，焊條採用ENICU-7。蒙乃爾400焊接前不需要預熱，一般也不需要焊後熱處理，因為進行焊接加工後的材料強度有所提高，對以後的使用有一定的益處。
蒙乃爾400應用領域
海洋與化學加工設備
閥們、水泵、螺旋槳軸
海洋固定設備幾扣件
汽油及清潔水箱
加工容器及管道
熱交換器
蒙乃爾400典型工程應用
1、電站的給水和蒸汽發生器管道系統；
2、鹽廠的加熱器和蒸發器主題部分；
3、硫酸和氫氟酸的烷化裝置；
4、工業換熱器；
5、原油蒸餾裝置中的複合板；
6、近海裝置的防浪罩；
7、海水系統中推進器和泵的軸；
8、核燃料生產中的鈾和同位素分離系統；
9、烴氯化生產中的泵和閥；
10、MEA再沸器管道。
TAG:特鋼100秒 |