Monel 400

時間：2020/9/18閱讀：430

合金400 / Monel 400
NCu30
W.Nr.2.4360 和2.4361
UNS N04400

材料特性

MONEL 400(UNSN04400/W.Nr.2.4360 和2.4361/NCu30)是一種只能通過冷做硬化的固溶合金。它在很寬的溫度范圍內(nèi)具有高的強度和韌性并對許多腐蝕環(huán)境具有優(yōu)異抗力。成分見表1。400 合金大量用在許多領(lǐng)域，尤其是海洋和化工過程。典型的應(yīng)用為泵、閥；泵和葉輪軸；海洋應(yīng)用固定件和緊固件；電力和電子部件；
彈簧；化工設(shè)備；油氣和淡水罐；原油靜止器；過程容器和管道；鍋爐供水加熱器和其和其它熱交換器以及除氣加熱器。
表1 牌號及標準

材料牌號	標準系列	標準
		化學成分	管材		板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
		化學成分	無縫管	焊接管	板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
美標 N04400	ASME		SB 165 SB 163 SB 829	SB 751 SB 775	SB 127 SB 906	SB 164	SB 127	AWS A 5.14	SB 564
國標 NCu30 NW4400	GB/T	5235	2882	/	2054	4435	2072		26030
	NB/T		47019 47047	/	47046	/	/	/	47028
	JB/T				4748	/	/	/	/

表2 化學成分

元素	Ni+Co	Cu	Fe	Mn	C
N04400標準	≥63	28.0~34.0	≤2.5	≤2.0	≤0.3
NCu30標準	≥63	28.0~34.0	≤2.5	≤2.0	≤0.3
元素	Si	S	P	Cr	Al
N04400標準	≤0.5	≤0.024	—	—	—
NCu30標準	≤0.5	≤0.024	≤0.005	—	—

表3 物理性能

密度	8.9 g/cm³
熔點	1300~1350℃

表4 室溫和高溫典型物理性能

溫度（℃）	膨脹系數(shù)（μm/m·℃）	導熱系數(shù)（W/m·℃）	比熱（J/Kg·℃）	電子系數(shù)（μΩ·m）
-200	—	—	—	360
-180	11.1	16.5	223	—
-130	11.4	18.2	320	—
-70	12.1	19.8	378	—
11	—	22.0	427	0.511
100	14.2	24.0	445	0.537
200	15.2	26.9	459	0.559
300	15.7	31.0	470	0.574
400	16.1	33.4	—	0.587
500	16.3	36.5	—	0.603
600	16.6	39.4	—	0.620
700	17.0	32.4	—	0.639
800	17.4	45.5	—	0.658
900	17.7	48.8	—	0.675
1000	18.1	—	—	0.692

機械性能

拉伸性能和硬度MONEL400合金的常用室溫拉伸性能見表5。冷軋板材和帶材在各種不同回火下的硬度數(shù)值見表6。圖1 和2 為由典型數(shù)據(jù)繪制的硬度與棒材和鍛件、
冷軋板和帶材的性能關(guān)系。熱軋退火材料短時高溫性能見圖3。MONEL 400合金在零度以下具有優(yōu)異的機械性能。強度和硬度的增加僅僅很少損傷延展性或沖擊抗力。即使冷卻到液氫溫度，該合金也不會發(fā)生從易延展到脆化的轉(zhuǎn)變。這和許多鐵基材料相比形成顯著對照，雖然鐵基材料通常在低溫下強度增高但會變脆。表7給出了合金在低溫下的機械性能。
表5 常用室溫拉伸性能

類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏B
棒材
冷加工
圓棒，≤12.7		≥760	≥415	≥8①
四方、六方，長方等，≤12.7		≥585	≥380	≥10①
冷加工-去應(yīng)力
圓棒，＜12.7		≥580	≥345	≥10①
圓棒，12.7~88.9		≥600	≥415	≥20
圓棒，＞88.9~101.6		≥580	≥380	≥20
四方、六方，長方，≤50.8		≥580	≥345	≥20①
六角≤54		≥552	≥276	≥30
熱加工或熱加工去應(yīng)力
四方、六方，長方，≤305 六角≤54		≥552	≥276	≥30②
四方、六方，長方，＞305~356		≥517	≥276	≥30
六方：＞54~102		≥517	≥207	≥25
圓環(huán)和圓盤						75-95
退火態(tài)的
桿、棒		≥480	≥170	≥35
所有尺寸的圓環(huán)和圓盤						60-75
熱軋板
退火的		≥485	≥195	≥35
冷軋板
退火的（≥0.25mm）		485~585	≥195	≥35
1/4淬硬的		…	…	…		73-83
1/2淬硬的		…	…	…		82-90
淬硬的		≥690	≥620	≥2
帶材
退火的		≥380	≥100	≥40
表面淬硬的		…	…	…		68-73
1/4淬硬的		…	…	…		73-83
1/2淬硬的		…	…	…		82-90
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏B
3/4淬硬的		…	…	…		89-94
淬硬的		≥690	≥620	≥2
回復(fù)回火						≥98
管材
退火	≤127mm	≥480	≥195	≥35
退火	＞127mm	≥480	≥170	≥35
去應(yīng)力		≥585	≥380	≥15
換熱管
退火		≥483	≥193	≥35
去應(yīng)力		≥586	≥379	≥15		≤75

注：①不適用于尺寸小于2.4mm的產(chǎn)品②熱加工厚度≤7.9mm的板延伸率≥20%

圖1 熱軋與冷拔MONEL400 合金棒材圖2 冷軋MONEL400 合金板材和帶材的
和鍛件的拉伸性能與硬度的大致關(guān)系   拉伸性能與硬度的大致關(guān)系

表6 MONEL 400 合金在低溫的拉伸性能

圖3 退火MONEL400 合金的高溫性能

蠕變與斷裂性能
MONEL 鎳銅合金400 在溫度直到并包括537℃的氧化氣氛中是有用的。如果合金是在還原氣氛中，更高的溫度也可以使用。蠕變與開裂性能見圖4-8。

圖4 熱軋MONEL400合金的蠕變性能圖5 冷拔退火（1500°F /3 小時）的
MONEL400合金的蠕變性能

圖6 20%冷拔、去應(yīng)力（ 1000/8 小時）圖7 冷拔退火(1500°F /30min)MONEL400
的斷裂MONEL400合金的蠕變性能    斷裂蠕變性能

圖8 冷拔去應(yīng)力(1100°F /8h)MONEL400 斷裂性能

金相結(jié)構(gòu)

400合金為面心立方晶格結(jié)構(gòu)，鎳-銅合金是鎳和銅元素*互溶奧氏體組織。

耐腐蝕性

MONEL400 合金對許多還原性介質(zhì)表現(xiàn)出抗腐蝕性。它通常也比高含銅合金更耐氧化性介質(zhì)。這種多功能性使得MONEL400 合金適合在不同環(huán)境中使用。400 合金大量應(yīng)用在海洋環(huán)境。雖然在流動海水中400 合金的腐蝕速率極低，但已發(fā)現(xiàn)停滯條件會產(chǎn)生縫隙腐蝕和點蝕。400 合金在大多數(shù)新鮮和工業(yè)水中也抗應(yīng)力腐蝕開裂和點蝕。
MONEL400 合金對所有濃度的酸直到沸點都具有出色的腐蝕抗力。它也許是所有通用工程合金中耐蝕的。400 合金對在還原性的很多形式的含硫和氯化氫的酸也耐蝕。

熱加工及熱處理

在還原性氣氛加熱和冷卻或水-酒精溶液中淬火都會保留光亮并不會變色。冷卻速度沒有明顯的影響。400合金在加熱后在空氣中冷卻將會形成附著性的氧化膜。冷加工和熱成型的MONEL400合金都需要進行熱處理來優(yōu)化綜合強度和延展性并減少在隨后的機械加工中的變形。熱處理如何影響性能見圖9。冷加工材料的均應(yīng)力處理會引起在0.00%應(yīng)變時屈服強度的增加而不明顯影響其它性能（見圖9）。

圖9 退火（3 小時）對MONEL400 合金冷拔棒材室溫性能的影響
均應(yīng)力是將材料在300℃保持3小時。去應(yīng)力將減少應(yīng)力而不產(chǎn)生晶粒結(jié)構(gòu)的重結(jié)晶。推薦這種處理是為了在去除金屬后來得到小的變形。在535F-565℃ 加熱1-2 小時會減輕無論熱或冷加工產(chǎn)生的應(yīng)變。
強烈推薦在某些環(huán)境下需要預(yù)防應(yīng)力腐蝕開裂時進行消應(yīng)力處理（537-649℃/1 小時，然后慢速冷卻）。如圖9所示，消應(yīng)力會稍微降低拉伸強度、屈服強度和硬度并輕微的提高延伸率。
退火會*軟化加工硬化的材料。需要的時間和溫度取決于先前的冷加工量。通常400 合金是用開式法加熱到870-982℃ 保溫2-10分鐘來退火的;反之，箱式退火在760-815℃ 下退火1-3小時在大多數(shù)情況下可以達到滿意效果。
圖9和10比較了加熱對冷拔和熱軋材料性能的影響。在這些實驗中，冷拔棒材是經(jīng)過3 小時在705℃退火狀態(tài)，熱軋板材是在800℃ /3 小時退火。大多數(shù)時間-溫度-硬度關(guān)系曲線見圖11。這些數(shù)據(jù)可以用來作為建立應(yīng)用標準的指導。當材料在退火溫度范圍上*加熱時會出現(xiàn)晶粒長大。圖12 給出了冷軋帶材開式退火可能出現(xiàn)的晶粒尺寸。

圖10 退火（3 小時）對熱軋MONEL400 合金板材室溫性能的影響。
在1470°F 材料被*退火（硬度由BHN 轉(zhuǎn)換而來）

圖11 MONEL400 冷扎帶材開式退火時在各種不同溫度
達到不同硬度需要的大約時間

圖12 MONEL400 合金冷軋帶材在開式退火時不同溫度下
獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時間
熱加工：
考慮到熱變形抗力，MONEL400合金與許多鋼材比較是較軟的。所以它可以熱成型成形狀。在熱成型中用合適的溫度是重要的。熱成型溫度范圍為648-1175℃。對大變形量推薦金屬溫度在926-1175℃。少量變形可以在降到648℃進行。在較低溫度的加工產(chǎn)生更高的機械性能和細小晶粒尺寸。在熱加工溫度范圍長時間停留是有害的。如果在處理中出現(xiàn)延遲，爐溫應(yīng)該被返回到1040℃并在恢復(fù)操作之前不能回到先前溫度。在情況下合金都不能被加熱到1175以上；否則會造成損害。大變形鍛造不能速度過快以免造成金屬加工過熱。推薦使用光學高溫計監(jiān)控同溫度下獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時間在熱彎過程中，金屬應(yīng)該在從爐子中移出后盡快加工。對工具和模具預(yù)熱到260℃對防止材料在加工中的急冷是有幫助的。有些鍛件需要控制鍛造過程來達到某些對鍛造、熱成型零件的要求。減小量和終成型溫度都要控制來形成需要的性能。
一種用于生產(chǎn)變形量在終加熱后為30-35%的鍛件的方法是：
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于終尺寸的5%(完成至少25%變形)
3. 冷卻到705℃；
4. 終加工到尺寸(5%變形)
如在有些軍用標準中描述的,一些高張力鍛件在終重加熱后也需要少30-35%變形. 其方法為:
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于終尺寸的25%(完成大約5%變形)；
3. 冷卻到725℃；
4. 終加工到尺寸(25%變形)
重新細化晶粒的方法是使用1093℃的終重加熱溫度并終重加熱后進行的變形量。
冷加工：
MONEL400合金適用于所有冷加工方法.需要的力和加工硬化速率介于低碳鋼和304 不銹鋼之間(見圖17).