Ein umfassender Leitfaden zur Nickelbasislegierung: Monel 400 (UNS N04400) – Lieferant von Rohrleitungslösungen in China (2024)

Was ist Monel 400?

UNS N04400 oder DIN W.Nr. 2.4360/2.4361, Monel 400 (auch bekannt als „Alloy 400“) ist eine Nickel-Kupfer-Legierung in fester Lösung mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Beständigkeit in einer Reihe von Medien, einschließlich Meerwasser, Flusssäure, Schwefelsäure und Alkalien. Der Alloy 400 ist außerdem sehr beständig gegen Spannungsriss- und Lochfraßkorrosion in den meisten Süß- und Industriegewässern. Monel 400 wird häufig in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Schiffstechnik, in der Chemie- und Kohlenwasserstoffverarbeitungsausrüstung. Ventilen, Schmiedeteile, Wellen, Flansche, RohrAusstattung, Befestigungselemente und Wärmetauscher.

Anforderungen an die chemische Zusammensetzung von Monel 400

Typische physikalische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften von Monel 400

1). Streckgrenze – Temperatur für Monel 400 Gruppe A

*Die „Temperatur“ ist als „nicht überschreiten“ zu interpretieren.
*Gruppe A umfasst Monel 400-Materialien (UNS N04400): (1) Stab aus ASME SB164, geglüht; (2)nahtlose Röhre & Rohr aus ASME SB165, geglüht, mit Außendurchmesser > 5″; (3) ASTM B564 Schmiedestücke, geglüht.

2). Streckgrenze – Temperatur für Monel 400 Gruppe B

*Die „Temperatur“ ist als „nicht überschreiten“ zu interpretieren.

*Gruppe B umfasst Monel 400 (UNS N04400)-Materialien:

• (1) Platte aus ASME B127, geglüht;
• (2)Nahtlose Röhre von ASME SB-163, OD<3″ geglüht;
• (3) ASME SB165 nahtloses Rohr mit OD≤5″, geglüht;
• (4) Nahtlose und geschweißte Formstücke nach ASME SB-366, geglüht.

3). Streckgrenze – Temperatur für Monel 400 Gruppe C

*Die „Temperatur“ ist als „nicht überschreiten“ zu interpretieren.

*Gruppe C umfasst Monel 400 (UNS N04400)-Materialien:

• (1) Platte aus ASME SB127, im gewalzten und vergüteten Zustand;
• (2) Warmgewalzter Rundstab aus ASME SB-164, Außendurchmesser ≤ 14 Zoll.

4). Streckgrenze – Temperatur für Monel 400 Gruppe D

*Die „Temperatur“ ist als „nicht überschreiten“ zu interpretieren.
*Gruppe D umfasst Monel 400 (UNS N04400)-Materialien: D₁-Rundstab aus ASME SB-164, kaltgewalzt und spannungsarm geglüht, Außendurchmesser <0.5″; D₂-Rundstab aus ASME SB-164, kaltgewalzt und spannungsarm geglüht, 3.5″₃-Rundstab aus ASME SB-164, kaltgewalzt und spannungsarm geglüht, 0.5″≤OD≤3.5″; D₄-Rundstab aus ASME SB-164, kaltgewalzt und angelassen, Außendurchmesser <0.5″.

5). Streckgrenze – Temperatur für Monel 400 Gruppe E

*Die „Temperatur“ ist als „nicht überschreiten“ zu interpretieren.
*Gruppe E umfasst Materialien aus Monel 400 (UNS N04400): (1) nahtloses Rohr ASTM B163, spannungsarm geglüht; (2) ASTM B165 nahtloses Rohr und Rohr, spannungsarm geglüht.

Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 in verschiedenen Formen

1). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe A

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*Gruppe A bezieht sich auf Monel 400-Materialien in Produktform aus: (1)Stäben aus ASME SB164, geglüht, warm- oder kaltverformt; (2)nahtloses Rohr aus ASME SB165, geglüht; (3) ASME SB564 UNS N04400 Schmieden, geglüht; (4) Platte aus ASTM B127, geglüht; (5)nahtloses Rohr aus ASTM B163 mit OD≤3″, geglüht; (6)Gr.WPNC nahtlose und schweißbare Armaturen nach ASME SB-366, geglüht.

2). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe B

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*Gruppe B bezieht sich auf Monel 400-Materialien in Produktform aus: (1) Stange oder Stab aus ASTM B164, warmverformt; (2) Platte aus ASTM B127, im Walzzustand; (3) Runder Stab von ASME SB164 mit 12″＜OD≤14″, warmverformt.

3). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe C

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*Gruppe C bezieht sich auf Monel 400-Rundstäbe aus ASME SB164 mit einem Außendurchmesser von ≤ 12 Zoll, warmverformt.

4). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe D

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*Gruppe D bezieht sich auf Rundstäbe aus Monel 400 nach ASME SB164 mit einem Außendurchmesser von 1/2 Zoll und einem Außendurchmesser von 3.5 Zoll bis einem Außendurchmesser von 4 Zoll, kaltgewalzt und spannungsarm geglüht.

5). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe E

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*Gruppe E bezieht sich auf nahtlose Rohre aus ASTM B163/B165 UNS N04400 nahtlosen Rohren oder Rohren, spannungsarm geglüht.

6). Zugfestigkeit – Temperaturtabelle für Monel 400 Gruppe F

*Die Temperatureinheit: °F, nicht mehr; die Einheit der Zugfestigkeit: ksi.
*a bezieht sich auf Rundstab ASME SB164 UNS N04400 mit 0.5″≤OD≤3.5″ kaltgewalzt und spannungsarm geglüht.
*b bezieht sich auf Rundstab ASME SB164 UNS N04400 mit einem Außendurchmesser von <0.5″ kaltgewalzt.

Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und Wärmebehandlung

Monel 400 lässt sich problemlos durch Schweißverfahren verbinden, darunter das Schutzgasschweißen (SMAW), das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) und das Gas-Metalllichtbogenschweißen (GMAW). Entsprechende Füllstoffe bzw. Elektroden sind auszuwählen. Da Alloy 400 weicher ist als die meisten Stähle, kann es nach dem Bearbeitungsprozess warm oder kalt in nahezu jede Form geformt werden. Im Allgemeinen sollten Monel 400-Produkte bei einer Temperatur von 1470 °F geglüht werden (Vollglühen), und häufig ist Beizen erforderlich, um helle und saubere Oberflächen auf der Legierung zu erzeugen.

Elastizitätsmodul von Monel 400

*Die Einheit des Elastizitätsmoduls soll „10“ sein⁶psi“.
*Die Elastizitätsmodule von Monel 400 bei verschiedenen Temperaturen.

Wärmeleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Monel 400

1). Wärmeleitfähigkeit von Monel 400 (UNS N04400)

*Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist Btu/hr-ft-°F.

2). Wärmeleitfähigkeit von Monel 400 (UNS N04400)

*Die Einheit der Temperaturleitfähigkeit ist ft²/ Std.

Wärmeausdehnungseigenschaften von Monel 400

1). Momentaner Wärmeausdehnungskoeffizient von Monel 400

*A bezieht sich auf den momentanen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Monel 400 mit einer Einheit von 10^-6Zoll/Zoll/°F.

2). Mittlerer Wärmeausdehnungskoeffizient von Monel 400

*B bezieht sich auf den mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten von Monel 400 mit einer Einheit von 10^-6Zoll/Zoll/°F.
*Die tabellarischen Temperaturwerte sind als „Anstieg von 70 °F bis zur angegebenen Temperatur“ zu interpretieren.

3). Lineare Wärmeausdehnung von Monel 400

*C bezieht sich auf die lineare Wärmeausdehnung von Monel 400 mit einer Einheit von Zoll/100 Fuß.
*Die tabellarischen Temperaturwerte sind als „Anstieg von 70 °F bis zur angegebenen Temperatur“ zu interpretieren.

Die tabellarischen Daten in den oben genannten 3 Tabellen dienen der Information und bedeuten nicht, dass Monel 400-Materialien für alle gezeigten Temperaturbereiche geeignet sind.

Zulässige Spannung – Temperatur von Monel 400

1). Monel 400 Gruppe 1: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 1 bezieht sich auf Monel 400 bar, nahtlose Rohre (>5″ im Außendurchmesser) und Schmiedestücke im geglühten Zustand.
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

2). Monel 400 Gruppe 2: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 2 bezieht sich auf Monel 400-Platte, nahtlose Rohre (≤3″), nahtlose Rohre und Rohre (≤5″), nahtlose und geschweißte Formstücke im geglühten Zustand.
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

3). Monel 400 Gruppe 3: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 3 bezieht sich auf warmumgeformte Stäbe aus Monel 400 (ASME SB164) mit sechseckigem Querschnitt (54 mm ~ 102 mm).
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

4). Monel 400 Gruppe 4: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 4 bezieht sich auf Monel 400-Walzblech und warmumgeformte Stangen oder Stäbe mit rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt (305 mm ~ 356 mm).
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

5). Monel 400 Gruppe 5: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 5 bezieht sich auf warmgeformte Stäbe aus Monel 400 mit rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ≤305 mm oder mit sechseckigem Querschnitt ≤54 mm.
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

6). Monel 400 Gruppe 6: Zulässige Spannung – Temperaturtabelle

*Gruppe 6 bezieht sich auf Nahtloses Rohr aus Monel 400 (ASME SB163), nahtlose Rohre (ASME SB165) in spannungsarmem Zustand.
*Die Metalltemperatur ist als „nicht höher“ zu interpretieren.

Alle oben aufgeführten Werte basieren auf dem ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Abschnitt II, Teil D.

Produktformen und Standards von Monel 400

Der Einfluss der Verarbeitungsgeschwindigkeit und des Wärmebehandlungssystems auf Rohre aus legiertem Stahl UNS N04400

UNS N04400 ist ein Nickel-Kupfer-Legierung, seine chemische Zusammensetzung (Gew.%), Ni ≥ 63 %, Cu 28 % – 34 %, Mn ≤ 2.0 %, Fe ≤ 2.5 %, Si < 0.5 %, C < 0.3 %, S ≤ 0.024 %. Die Legierung hat eine hohe Festigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit und ist widerstandsfähiger als reines Nickel gegen Korrosion reduzierender Medien und beständiger als reines Kupfer gegen Korrosion oxidierender Medien; Die Korrosionsbeständigkeit von Schwefelsäure und Phosphorsäure ist sehr gut, insbesondere die Korrosionsbeständigkeit von Chlorsäure ist gut. Heißes konzentriertes Alkali weist auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Daher wird es häufig in der petrochemischen Industrie, der Nuklearindustrie, der Verteidigungsindustrie und anderen anspruchsvollen Industriebereichen eingesetzt.

1. Testprogramm

Für Rohre aus kaltumformbaren Legierungen wurden die Hauptuntersuchungen wie folgt durchgeführt:

• (1) Spezifikationen Φ36 mm × 3.2 mm, die Verarbeitungsrate von 50 % des Rohrs, das heißt, Walzspezifikationen für Φ25 mm × 2.3 mm, die Organisation der Änderungen in fünf Glühtemperaturen sowie Festigkeit und Dehnung der Beziehung zwischen die Kurven, die Glühtemperatur von 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃ bzw. 3 Stunden gehalten;
• (2) Verarbeitungsrate von 27 %, 56 %, 67 %, 83 % des Rohrs, d. h. Walzspezifikationen für Φ33 mm × 2.5 mm, Φ25 mm × 2.0 mm, Φ25 mm × 1.47 mm, Φ15 mm × 1.3 mm, unter Verwendung von Wärmebehandlung System für 700 ℃ × 3h, die Organisation, die Änderung der Rechtsstaatlichkeit von Eigentum. Der Testprozess ist: Knüppel → Reparatur → Inspektion → Kaltwalzen → Beizen → Glühen → Richten → Probenahme.

2. Ergebnisse und Diskussion

2.1 Die gleiche Verarbeitungsrate (ε = 50 %) unter der Organisation, den Eigenschaften und der Glühtemperaturbeziehung
2.1.1 Zusammenhang zwischen Organisation und Glühtemperatur
Abbildung 1 für die Walzverarbeitungsrate ε = 50 %, die Organisation des Rohres bei unterschiedlichen Glühtemperaturen.

Abbildung.1 Mikrostruktur des Rohres bei verschiedenen Glühtemperaturen
(a) 650 ℃ × 3h; (b) 700 ℃ × 3h; (c) 750 ℃ ​​× 3h; (d) 800 ℃ × 3h; (e) 850 ℃ × 3h
Wie aus Abbildung 1 ersichtlich ist, handelt es sich bei Abbildung 1 (a) um eine faserige Kaltbearbeitungsorganisation, aber der lokale Beginn der Keimbildung ist der Organisation nicht förderlich für die Rückseite der Kaltbearbeitung und Kaltumformung; Abbildung 1 (b) – (d) für die gleichachsige Organisation ist die Korngröße gleichmäßig und begünstigt die Kaltumformung; Abbildung 1 (e) der Organisation ist ebenfalls eine gleichmäßige gleichachsige Organisation, aber die Körner sind gewachsen, um die Festigkeitseigenschaften des Materials zu verringern, was sich auf die Plastizität des Spiels auswirkt.
2.1.2 Beziehung zwischen Leistung und Glühtemperatur
Abbildung 2 für die Walzverarbeitungsrate ε = 50 %, verschiedene Glühtemperaturen und die Leistung des Rohrs.

Abbildung.2 Kurve der Leistung von Rohren aus legiertem Stahl UNS N04400 im Vergleich zur Temperatur
Wie aus Abbildung 2 ersichtlich, beträgt die Glühtemperatur 650 ℃ – 700 ℃, die Festigkeit nimmt schnell ab, die Zugfestigkeit von 640 MPa auf 510 MPa, die Streckgrenze von 500 MPa auf 225 MPa, während die Dehnung schnell von 16.5 % auf 41 % ansteigt; 700 ℃ – 800 ℃, die Festigkeits- und Dehnungsänderungen sind nicht offensichtlich, die Zugfestigkeit beträgt 510 MPa bis 495 MPa und die Dehnungsrate steigt schnell von 16.5 % auf 41 %; 700 ℃ – 800 ℃, Festigkeits- und Dehnungsänderungen sind nicht offensichtlich, Zugfestigkeit von 510 MPa bis 495 MPa und die Dehnungsrate steigt auf 425 MPa. Zwischen 700 ℃ und 800 ℃ sind die Festigkeits- und Dehnungsänderungen nicht offensichtlich, die Zugfestigkeit von 510 MPa bis 495 MPa, die Streckgrenze von 225 MPa bis 205 MPa, die Dehnung von 35.5 % bis 39.5 %; aber wenn die Glühtemperatur höher als 850 °C ist, nimmt seine Dehnung ab. Aus Abbildung 2 kann geschlossen werden, dass die Glühtemperatur bei 850 °C bei grobem Korn seinen Plastizitätsindex verringert.
2.2 Beziehung zwischen Organisation, Eigenschaften und Verarbeitungsgeschwindigkeit
2.2.1 Zusammenhang zwischen Organisation und Bearbeitungsgeschwindigkeit
Abbildung 3 zeigt die Glühtemperatur bei 700 °C × 3 Stunden, unterschiedliche Verarbeitungsraten bei Organisationswechsel.

Abbildung.3 Mikrostruktur des Rohres bei verschiedenen Verarbeitungsgeschwindigkeiten
(a) ε=27 %; (b) ε=56 %; (c) ε=67 %; (d) ε=83 %.
Wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, ist die Größe der Körner in den metallografischen Bildern unterschiedlicher Verarbeitungsgeschwindigkeiten unterschiedlich; Bei einer Verarbeitungsrate von weniger als 30 % und bei einer Verarbeitungsrate von mehr als 80 % sind die erhaltenen Körner gröber, ersteres aufgrund der kritischen Verformung und letzteres aufgrund der sekundären Rekristallisation, die Körner sind nach der Rekristallisation grober;. Im Vergleich dazu liegt die Verarbeitungsrate im Bereich von 30 % – 80 %, die Verformung der Körner nach der Rekristallisation kann erhalten werden, nachdem das Korn gleichmäßig feine Körner ist.
2.2.2 Zusammenhang zwischen Leistung und Verarbeitungsgeschwindigkeit
Abbildung 4 für das Wärmebehandlungssystem 700 ℃ × 3h, unterschiedliche Verarbeitungsraten je nach Leistung des Rohres.

Abbildung.4 Beziehungskurve zwischen Leistung und Verarbeitungsrate von Rohren aus legiertem Stahl UNS N04400
Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, sind die Festigkeit und Dehnung geringer, wenn die Verarbeitungsrate <30 % oder >80 % beträgt, und wenn die Verarbeitungsrate im Bereich von 30 % – 80 % liegt, sind die mechanischen Eigenschaften geringer sind zufriedenstellender.

3. Fazit

• (1) Eine Verarbeitungsrate im Bereich von 30 % bis 80 % kann eine gleichmäßigere Feinkörnigkeit, Festigkeit und Dehnung erzielen, was ideal ist.
• (2) Für UNS N04400 Rohr aus legiertem Stahl Bei einer Verarbeitungsrate von 50 % wird das Glühregime von 700 ℃ – 800 ℃ × 3h übernommen und die Eigenschaften sind stabil.

Autor: Li Baoxia