Monel400合金是一种用量最大、用途最广泛、综合性能最佳的耐腐蚀镍铜合金,其化学成分主要由 30%Cu 和 65%Ni 加少量的Fe(1%-2%)所组成。由于化学成分上的差异,它又可以有多种合金牌号,但是他们之间在耐蚀性上并没有显著差别。Monel400合金比纯镍更耐还原性介质的腐蚀,而较纯铜更耐氧化性介质的腐蚀。Monel400合金中外牌号: 美国UNS:N04400 ,德国DIN: NiCu30Fe W-Nr: 2.4360 中国GB/T: MCu-28-1.5-1.8 英国BS: NA 12 化学成分标号:Ni68Cu28Fe
一、化学成分和组织特点
Monel400 合金的化学成分主要由30%Cu和65%Ni加上少量的Fe(1%-2%)所组成。组织结构为典型单相奥氏体组织。由于镍和铜可以任何比例互溶,故一般没有金属间相析出。在金相显微镜下非浸蚀条件观察此合金的组织,可见奥氏体基体上有非常弥散的非金属杂夹物,例如硫化物和硅酸盐。在某些条件下,也可观察到有碳化物存在。
Monel400合金的化学元素成分: C: ≤0.3 ,Si: ≤0.50,Mn: ≤2.0, Ni: ≥63, Cu: 28~34 , S: ≤ 0.024 , Fe ≤ 2.5 , 单位:%
二、耐蚀性能
前面已经提到镍铜合金较纯镍更耐还原性介质的腐蚀,而较纯铜更耐氧化性介质的腐蚀。Monel400合金也不例外,由于Ni68Cu28Fe合金是呈单相奥氏体组织,因此,此合金不存在由于复相合金不同相间电偶反应而引起的腐蚀。
1. 大气腐蚀 在大气中,Ni68Cu28Fe合金具有极高的耐腐蚀性,属于极耐腐蚀的合金。
2. 水腐蚀 目前许多工业合金,例如不锈钢和铝合金等,在工业水腐蚀所遇到最为头疼的问题就是点蚀和应力腐蚀。即使它们耐一般腐蚀性能非常好,但是一旦遇到水腐蚀,选择不锈钢和铝合金时就要慎重对待。但是,蒙乃尔400合金在多少水腐蚀情况下,不仅耐腐蚀性极佳,而且点蚀、应力腐蚀等也很少发现。在天然水和蒸馏水中,蒙乃尔400合金是极耐腐蚀,腐蚀速率一般 小于0.025mm/a(包括不同温度、不同流速和充入空气的许多苛刻的条件)在酸性含氧化性盐类的矿浆水中,对Monel400合金的腐蚀会加重,但仍属于耐蚀材料之列。在核反应堆高纯水条件下,蒙乃尔400合金腐蚀速率比普通的Ni-Cr合金0Cr15Ni75Fe和含铌不锈钢0Cr18Ni11Nb高出2-3倍。在蒸汽和水共存的条件下,例如在冷凝器中,如果有二氧化碳和空气存在,Ni68Cu28Fe合金在气相中将有明显的腐蚀。试验表明,气相中含有70%二氧化碳和30%空气,71℃的蒸汽冷凝时,Ni68Cu28Fe合金的腐蚀速率可达1.5mm/a,当气相中的二氧化碳和空气的比例有变化时,此合金的腐蚀速率则有所降低,在天然和人造海水中,Ni68Cu28Fe合金有优良的耐蚀性。在有空蚀-磨蚀条件下,此合金的耐蚀性更为优越。因此,它可以制造螺旋桨和轴、泵轴、冷凝器传热管和叶轮等。在海水中,Monel400合金的另一个重要用途是制造采油平台飞溅区防海水腐蚀的结构部件。Monel400合金在强搅动,有空气存在的海水中,其腐蚀速率一般不超过0.026mm/a。但是在静止的海水中,Monel400合金易产生点蚀,而此种点蚀扩展确很慢,几年后其深度也不会超过1.3mm。
3. 高温腐蚀 在空气和氧中的试验表明,Monel400合金的抗氧化能力要低于纯镍。此时,合金表面氧化膜的外层含有CuO和Cu2O,而内层富镍,基本上市纯氧化镍。Monel400合金在空气中连续工作的温度一般认为是在600℃左右。在高温蒸汽中,(无论是干的还是湿的蒸汽),Monel400合金的使用温度要低于485℃。在高流速的蒸汽中,Monel400合金的耐冲蚀性也很好。受应力的Monel400合金在温度高于455℃蒸汽中会产生沿晶脆化,此种现象尤以474℃和500℃尤为明显。这也是确定此合金用于蒸汽中上限温度的主要依据。在150-250℃干蒸汽中,试验1000-1150h,Monel400合金的腐蚀率为≤0.026mm/a。
三、力学性能
Monel400蒙乃尔合金力学性能 | |||||
材料及状态 | 抗拉强度/Mpa | 屈服强度/Mpa | 延伸率 % | 硬 度 | |
HB | HRB | ||||
棒 材:退火状态 | 516~620 | 170~345 | 60~35 | 110~149 | 60~80 |
热加工态(≤54mm型材) | 551~757 | 275~690 | 60~30 | 140~241 | 75~100 |
热加工态(≥ 54mm型材) | 516~689 | 205~380 | 50~30 | 130~184 | 72~90 |
冷拔态,应力消除处理后 | 578~827 | 380~690 | 40~22 | 160~225 | 85~20HRC |
中厚板:热轧态 | 516~655 | 380~390 | 45~30 | 125~215 | 70~96 |
热轧并退火态 | 482~585 | 195~345 | 50~35 | 110~140 | 60~76 |
薄 板:退火态 | 482~585 | 170~310 | 50~35 | ||
冷轧,硬态 | 689~964 | 620~755 | 15~2 | ||
冷轧带:退火态 | 517~585 | 170~310 | 50~35 | ||
回火态 | 689~964 | 620~895 | 15~2 | ||
管 材 :冷拔+退火态 | 516~585 | 170~310 | 50~35 | ||
(无缝):冷拔+应力消除态 | 585~827 | 380~690 | 35~15 | ||
热交换器管:退火态 | 516~585 | 190~310 | 50~35 | ||
应力消除态 | 585~723 | 380~620 | 35~20 | ||
退火态 | ≤585 | 205~310 | 45~30 | ||
半硬化态 | 585~723 | 380~550 | 30~10 | ||
全硬化态 | 757~895 | 620~755 | 10~3 | ||
冷拔丝: 退火态 | 482~654 | 205~380 | 45~25 | ||
1/4硬化态 | 665~825 | 450~655 | 25~15 | ||
半硬化态 | 755~930 | 585~825 | 18~8 | ||
3/4硬化态 | 861~1035 | 690~930 | 8~5 | ||
全硬化态 | 1000~1240 | 830~1170 | 5~2 |