李金城 
耐蚀阀门用蒙乃尔合金(MONEL)
1 概述
蒙乃尔(Monel) 合金、铸镍合金、哈氏合金等都是制造特殊用途阀门的材料。Monel合金是镍基耐蚀合金中的Ni-Cu 系合金, 最早是由美国国际镍公司( International 镍公司)开发的,其典型成分为70 %Ni和30 %Cu ,它是镍基耐蚀合金中应用最广泛的合金。
Monel合金既具有较高的强度和韧性, 又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能, 因此通常用于制造输送氢氟酸(HF)、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质的设备。Monel 合金也适用于干燥氯气、氯化氢气、高温氯气(425℃) 及高温氯化氢(450℃) 等介质, 但不抗含硫介质和氧化性介质(如硝酸, 含氧量高的介质) 的腐蚀, 因为镍与硫和氧有剧烈反应, 易形成Ni3S2和NiO。
2 性能
Monel合金为Ni-Cu 固溶体,其中Cu 是作为在Ni中加入了非氧化性的抗蚀剂, 改善了镍合金的耐蚀性, 并起强化合金的作用。其内加入C ,可改善合金的铸造性能, 但在常温时合金中仅能溶解0.15 %的C,过剩的C 将以石墨相析出。加入1.5 %～3.5 %Fe , 也可改善合金的铸造性能。加入Mn和Si可以改善合金的机械性能, 特别是Si的含量对Monel合金的机械性能和物理性能有重要的影响。
3 分类
Monel 合金有铸造合金和变形合金(轧材) 两大类。
3.1 变形合金
美国的变形Monel 合金有10 种之多。如Monel400、MonelC、Monel403、Monel404、Monel R2405、Monel406、Monel411 、Mon2elK500、Monel501 和Monel502 等。因Monel在不同的美国标准体系中有各自的表示方法,为了便于使用和计算机统一管理,SAE (美国汽车工程师学会) 和ASTM (美国材料与试验学会)联合发展了ASTM2SAE统一数码系统(Unified Numbt ring System2UNS)。在美国的UNS中, 镍合金有5 种牌号的变形Monel合金, 有固溶强化型的NO4404(Monel400)、NO4404(Monel404) 和NO4405 ( MonelR2405), 及沉淀硬化型的NO5500(MonelK500)和NO5502(Monel502) 等(表1)〔4〕。其中用于制造耐蚀阀门常用的变形Monel合金是Monel400和MonelK500这2种牌号。
表1 美国 UNS中变形 Monel合金化学成分
合金牌号 | 化 学 成 分 ( %) | ||||||
C | Si | Mn | S | Ni | Fe | 其他 | |
NO4400 (Monel400) NO4404 (Monel404) NO4405 (MonelR2405) | ≤0.3 ≤0.15 ≤0.3 | ≤0.50 ≤0.10 ≤0.50 | 2.00 ≤1.0 ≤2.00 | ≤0.024 ≤0.024 0.025～0.060 | 63.0～70.0 52.0～57.0 63.0～70.0 | ≤2.5 ≤0.50 ≤2.5 | Cu基 Cu基,Al≤0.05 Cu基 |
NO5500 (Monel K500) | ≤0.25 | ≤0.50 | ≤1.50 | ≤0.01 | 63.0～70.0 | ≤2.0 | Cu基 , Al213～ 3115 , Ti0135～ 0185 |
NO5502 (Monel502) | ≤0.10 | ≤0.50 | ≤1.50 | ≤0.01 | 63.0～70.0 | ≤2.0 | Cu基 ,Al215～315 |
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