蒙乃爾 400 (monel 400)

一、引言

蒙乃爾 400 是一種單相固溶體 Ni-Cu 合金 ， 它在很多介質(zhì)環(huán)境下有良好的耐蝕性能。從輕微的氧化性介質(zhì)環(huán)境到中性環(huán)境 ， 到適宜的還原性環(huán)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(jì)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(dāng)初的礦石相似。

和商業(yè)純鎳一樣，蒙乃爾 400 在退火狀態(tài)下的強(qiáng)度很低，因?yàn)檫@個(gè)原因，此材料常常要求回火處理，以提高其強(qiáng)度。

其特性可以歸納為如下幾點(diǎn)：

1、 在海洋和化工環(huán)境下有良好的耐蝕性能；

2、 對氯離子應(yīng)力腐蝕開裂很不敏感；

3、 從零度以下到 550 ℃都有良好的機(jī)械性能；

4、 被 ASME 認(rèn)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。

上180海1796雄2881鋼

三、材料標(biāo)準(zhǔn)

ASTM: 美國材料試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)； ASME : 美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)； AMS : 美國軍標(biāo)

四、物理性能

密度： 8.8 g/cm 3 ? 熔點(diǎn)范圍： 1300~1350 ℃

五． 能和應(yīng)用

蒙乃爾 400 對中性環(huán)境和堿、鹽環(huán)境有優(yōu)異的耐蝕性能，現(xiàn)在已成為鹽廠的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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。它在燒堿中也很耐蝕，在海水環(huán)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(huán)境中，尤其是沒有空氣中的情況下，效果更好。但是，由于材料中不含 Cr ，在氧化性環(huán)境中腐蝕率會大大增加。

雖然蒙乃爾 400 對氯離子應(yīng)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(huán)境中會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。此時(shí)要注意對材料進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。

其典型的工程應(yīng)用如下：

1、 電站的給水和蒸汽發(fā)生器管道系統(tǒng)；

2、 鹽廠的加熱器和蒸發(fā)器主題部分；

3、 硫酸和氫氟酸的烷化裝置；

4、 工業(yè)換熱器；

5、 原油蒸餾裝置中的復(fù)合板；

6、 近海裝置的防浪罩；

7、 海水系統(tǒng)中推進(jìn)器和泵的軸；

8、 核燃料生產(chǎn)中的鈾和同位素分離系統(tǒng)；

9、 烴氯化生產(chǎn)中的泵和閥；

10、 MEA 再沸器管道。

五、性能

室溫下的最小力學(xué)性能

* 僅為英國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值

德國國家標(biāo)準(zhǔn) VdT üV- Wbl 中的最小力學(xué)性能

ISO 標(biāo)準(zhǔn) V 形槽沖擊強(qiáng)度：（平均值）

退火狀態(tài) ?≥ 150 J/cm 2

應(yīng)力消除狀態(tài) ?≥ 100 J/cm 2

七、制造與熱處理

蒙乃爾 400 可以很容易地用傳統(tǒng)的工藝方法來制造。

1 、加熱

在熱處理之前要確保蒙乃爾 400 表面潔凈，這點(diǎn)非常重要。

如果在加熱過程中蒙乃爾 400 表面存在 S 、 P 、 P b 或其他低熔點(diǎn)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(biāo)記筆痕跡、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(yīng)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沖擊材料。

2 、熱加工

蒙乃爾 400 可以在 800~1200 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工，但在 925 ℃以下時(shí)只可以做輕微的鍛造。熱彎曲可以在 1025~1200 ℃之間進(jìn)行。為了進(jìn)行熱加工要求裝爐熱處理時(shí)，則要把爐溫首先加熱到 1200 ℃，然后把蒙乃爾 400 材料放入加熱。

材料加熱要遵循一個(gè)準(zhǔn)則：每 100 mm 厚加熱 60 分鐘。加熱時(shí)間一到，立刻取出材料進(jìn)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。

3 、冷加工

冷加工的蒙乃爾 400 材料必須是退火狀態(tài)。因?yàn)樗哂斜忍间撋愿叩募庸び不?，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(shí)也用來改善機(jī)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(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境下，建議進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。

4 、熱處理

蒙乃爾 400 材料退火溫度一般在 700~900 ℃，在 825 ℃時(shí)效果最宜。處理后快速空冷可以獲得很好的耐蝕性能。

退火溫度和退火時(shí)間直接關(guān)系到材料的最終晶粒尺寸，因此要仔細(xì)考慮退火參數(shù)。

而且退火爐中氣體含硫量必須要低，以免使材料脆化。消除應(yīng)力熱處理一般在 300 ℃的低溫下保溫 1~3 小時(shí)即可。

對于管材，應(yīng)力消除熱處理溫度一般控制在 550~650 ℃。 ?

任何熱處理之前材料表面的清潔必須重視。

5 、除垢

蒙乃爾 400 材料焊縫附近的氧化物和污點(diǎn)比不銹鋼材料的要緊密，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(yù)處理 。

6 、機(jī)加工

蒙乃爾 400 材料應(yīng)該在退火狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)加工。 冷成形和應(yīng)力消除后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(rèn)識，例如：表面切削速度和碳鋼相比要小一些，刀具要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，為避開表面硬化層，進(jìn)刀量要大等。

機(jī)加工刀具應(yīng)該是鎳 基 合金和高合金不銹鋼專用刀具，刷焊縫要采用不銹鋼刷。制造和加工機(jī)械如：剪板機(jī)、壓力機(jī)、卷板機(jī)等要采取避免含鐵雜質(zhì)污染的措施。加工場地要清潔，并和碳鋼加工場地分開。

7 、焊接

蒙乃爾 400 材料的焊接坡口適宜用機(jī)械

加工方法完成，若對坡口打磨應(yīng)避免產(chǎn)生局

部過熱。由于鎳合金和高合金不銹鋼相對碳

鋼有明顯的物理性質(zhì)上的差異，它們熱傳導(dǎo)

系數(shù)低，并且熱膨脹系數(shù)較大， 對于這點(diǎn)焊

接時(shí)要采用夾緊、大的焊腳（ 1-3 mm ）等方

法來解決。因?yàn)槊赡藸?400 材料焊接熔化金

屬的流動性較差，所以要采用大的坡口角度

（ 60-70 °）的設(shè)計(jì)，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 ERN i Cu-7 .

蒙乃爾 400 焊接前不需要預(yù)熱，一般也不

需要焊后熱處理，因?yàn)榧庸ず蟮牟牧蠌?qiáng)度有

所提高，對以后的使用有一定的益處。