耐蝕閥門用蒙乃爾合金

蒙乃爾合金又稱鎳合金，是一種以金屬鎳為基體添加銅、鐵、錳等其它元素而成的合金。蒙乃爾合金耐腐蝕性好，呈銀白色，適合作邊絲材料。蒙乃爾（Mone1）合金、鑄鎳合金、哈氏合金等都是制造特殊用途閥門的材料。Monel合金是鎳基耐蝕合金中的Ni—Cu系合金， zui早是由美國鎳公司（International鎳公司）開發(fā)的【¨， 其典型成分為70％Ni和30％Cu，它是鎳基耐蝕合金中應用zui廣泛的合金。Monel合金既具有較高的強度和韌性， 又具有優(yōu)良的抗還原酸及強堿介質和海水等腐蝕的性能。因此通常用于制造輸送氫氟酸（HF）、鹽水、中性介質、堿鹽及還原性酸介質C23的設備。Monel合金也適用于干燥氯氣、氯化氫氣、高溫氯氣（425℃ ） 及高溫氯化氫（450℃）等介質， 但不抗含硫介質和氧化性介質（如硝酸， 含氧量高的介質）的腐蝕， 因為鎳與硫和氧有劇烈反應， 易形成Ni3S2和NiOC引

。

2 性能

Monel合金為Ni—Cu固溶體， 其中Cu是作為在Ni中加入了非氧化性的抗蝕劑，改善了鎳合金的耐蝕性， 并起強化合金的作用。其內加入C， 可改善合金的鑄造性能， 但在常溫時合金中僅能溶解0．15％ 的C， 過剩的C將以石墨相析出。加入1．5％ ～3．5％Fe， 也可改善合金的鑄造性能。加入Mn和Si可以改

善合金的機械性能， 特別是Si的含量對Monel合金的機械性能和物理性能有重要的影響。

3 分類

Monel合金有鑄造合金和變形合金（軋材）兩大類。

3．1 變形合金

美國的變形Monel合金有10種之多。如M onel400、 M onelC、 M onel403、 M onel404、M onel R一405、M onel406、M onel4 1 1、M on—elK500、Monel501和Monel502等。因Monel在不同的美國標準體系中有各自的表示方法，

為了便于使用和計算機統(tǒng)一管理，sAE （美國汽車工程師學會）和ASTM （美國材料與試驗學會）聯合發(fā)展了ASTM—SAE統(tǒng)一數碼系統(tǒng)（Unified Numbtring System—UNS）。在美國的UNS中，鎳合金有5種牌號的變形Monel合金， 有固溶強化型的NO4404 （Monel400）、NO4404 （Monel404） 和NO4405 （MonelR一405）， 及沉淀硬化型的NO5500 （MonelK500）和NO5502 （Mone1502）等（表1） 引。其中用于制造耐蝕閥門常用的變形Monel合金是Monel400和MonelK500這2種牌號。表1 美國UNS中變形M0nd合金化學成分 ％

3．2 鑄造合金

美國鑄造Monel合金在ASTM A494中有M35—1、M35—2、M一30H、M一25S和M一30C這5種牌號（表2）， 在美國聯邦標準—N一288㈣中也有5種鑄造Monel合金（表3）。

4 應用

M35—1，M35—2及—N一288中的*和E級通常用于制造精煉的Monel合金泵、閥門和配件。而含Si量高的B級（3．5％Si）Mon—el合金， 因強度高，既耐腐蝕又耐磨損， 因此主要用于制造要求抗磨性好的軸和耐磨環(huán)。D級（4．0％Si）Monel合金用于制造要求耐磨性更高及更耐腐蝕的部件。Monel合金閥門有整體和內件兩大類型。整體Monel合金閥門是指閥門的殼體和內件均為Monel，其主要用在煉油廠烷基化裝置中的HF酸再生塔部分。由于HF 酸再生溫度高（149℃ ）和含水率高的原因， 需要使用整體Monel合金閥門，此外整體Monel合金閥門還用于煉油廠催化劑的無灰添加劑的生產和氯堿廠高濃度氯堿液系統(tǒng)等工況中。Monel合金內件閥門系指閥門的殼體材質為碳鋼或不銹鋼，而閥門的內件材質為Monel合金。以碳鋼為殼體的Monel合金閥門主要用于煉油廠烷基化裝置HF酸系統(tǒng)的低溫區(qū)域，其利用碳鋼對低溫（≤71℃ ）的無水氫氟酸（HF）有較好的抗腐蝕性能， 但碳鋼長期在該工況使用時會在其表面因腐蝕而形成薄膜，若在閥門密封部位用碳鋼，腐蝕后形成的薄膜將影響閥門的密封性能。需要指出的是：碳鋼閥門常用的Crl3型密封材料更不能抵抗HF酸的腐蝕， 而內件材質為Monel合金時可以保證閥門的密封性能，而且用Monel合金內件閥門其成本要比整體Monel合金閥門便宜得多。以

碳鋼為殼體的Monel合金閥門也可用于海水等介質的工況中。閥門殼體材質為不銹鋼的Monel合金內件閥門，是用在乙烯、丙烯、液氧、純氧及海水和合金其他工況中。烷基化裝置中使用的整體Monel合金閥門和Monel合金內件閥門從安全角度考慮要求選用壓力級為CL300磅級， 用于其他工況的Monel合金內件閥門， 壓力級有CI 150 和CI 300 磅， 或5 熔煉和鑄造Monel合金的熔煉和鑄造技術是決定能否生產出合格的Monel合金鑄件的關鍵， 因為Monel合金樹枝晶發(fā)達，縮孔縮松率大， 吸氣（吸氫， 吸氧）傾向極大， 還會與造型材料發(fā)生滲硫化學反應（用呋哺樹脂自硬砂時）， 從安全角度考慮，Monel合金閥門用在氫氟酸和氯氣及氯化氫氣體等劇毒和高危險性介質中，要求鑄件應按*管路用閥門進行射線探傷檢驗。雖然美國標準中指出， 鑄造M35—1可焊， 但實際上其可焊性極差， 補焊的鑄件質量難以保證。M35—1合金的密度為8．63t／m（20℃ 時）， 凝固收縮率21mm／m， 合金熔點為1315～ 1345℃ 。M35—1、M35—2及-N一288的*和E級是以鑄態(tài)交貨使用的。盡管鑄造Monel合金有許多牌號， 但用于鑄造Monel合金閥門鑄件時， 主要采用ASTMA494中的M35—1。鑄造Monel合金和變形Monel合金在化學成分上的變動很?。ū?）， 但這種變動對變形合金來說滿足了其較好的變形能力， 而對鑄造合金則提供了較好的鑄造性能。這就是為什么在鑄造時要用鑄造Monel合號， 選用軋材時要用變形Monel合號的理由。

6 結語

現行的Monel合金*標準有ASTM、SAE、AMS （美國航空材料標準學會）、MII （美國*標準）、ANSI、ASME及 （美國聯邦標準）等。對于同一牌號的Monel合金， 采用不同的技術規(guī)范體系， 不僅牌號的表示方法不同，而且其規(guī)范的編號和內容也不*相同。通常軍工產品采用MII 、 或AMS 規(guī)范， 民用產品采用ASTM 和ASME規(guī)范

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