耐蚀阀门用蒙乃尔合金

1、耐蚀阀门用蒙乃尔合金摘要：介绍了蒙乃尔合金的性能，叙述了铸造蒙乃尔合金和变形蒙乃尔合金及耐蚀阀门选用的蒙乃尔合金的牌号，介绍了整体蒙乃尔合金阀门和蒙乃尔合金内件阀门适用条件。关键词：蒙乃尔合金； 整体蒙乃尔合金阀门； 蒙乃尔合金内件阀门。 1. 概述 蒙乃尔(Monel)合金、铸镍合金、哈氏合金、英康乃尔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1,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

2、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2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（如硝酸等）的腐蚀,因为Ni与S和活性氧有剧烈反应,易形成Ni3S2和NiO3。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,可以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%的Fe,也可以改善合金的铸造性能。加入Mn和Si可以改

3、善合金的机械性能，特别是Si的含量对Monel合金的机械性能有重要影响。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 美国的变形蒙乃尔合金有10种之多,如Monel400、MonelC、Monel403、Monel404、MonelR-405、Monel406、Monel411、MonelK500、Monel501、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ASTM-SAE“统一数码系统”（Unified Numbtring Syste

4、m-UNS）。在美国的UNS系统中,有5种牌号的变形Monel合金：有固溶强化型的N04404（Monel400）、N04404（Monel404）和N04405（MonelR-405）及沉淀硬化型的N05502（MonelK500）和N05502（Monel502）等（表1）4。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中变形蒙乃尔合金化学成分(%)合金牌号CSiMnSNiFeCu其它N04400(Monel400)0.30.502.000.02463.070.02.5基N04404(Monel404)0.150.101.00

5、0.02452.057.00.5基Al0.05N04405(MonelR-405)0.30.502.000.0250.06063.070.02.5基N05500(MonelK500)0.250.501.500.0163.070.02.0基Al2.33.15Ti0.350.85N05502(Monel502)0.100.501.500.0163.070.02.0基Al2.53.53.2 铸造合金 美国铸造Monel合金在ASTM A494标准中有M35-1、M35-2、M-30H、M-25S和M-30C这5种牌号（表2）,在美国联帮标准QQ-N-2885中也有5种铸造Monel合金（表3）。 表

6、2. ASTM A494标准中铸造Monel合金合金牌号 化学成分(%)机械性能CMnSiP,SCuFeNiNbb（MPa）s(MPa)(%)HBM35-1(a)0.351.501.250.0326.033.03.5余45017025M35-20.351.502.000.0326.033.03.5余45020525M35-30H0.301.502.73.70.0327.033.03.5余69041510243294(bM-25S0.251.503.54.50.0327.033.03.5余(c)M-30C(a)0.301.501.02.00.0326.033.03.5余1.03.04502252

7、5125150(b)注：(a).若要求可焊性，应订购牌号M35-1或M-30C；(b).为某一资料参数；(c).HB最小为300. 表3. QQ-N-288标准中铸造Monel合金QQ-N-288 化学成分(%)机械性能CMnSiCuFeNiNb+Tab（MPa）s(MPa)(%)HBA级0.351.502.0026.033.02.5626844822425125150B级0.301.502.73.727.033.02.5616868945510240290 C级0.201.503.34.327.031.02.56082555010250300 D级0.251.503.54.527.031.0

8、2.560300 E级0.301.501.02.026.033.02.5601.03.0448221251251504. 应用 M35-1,M35-2及QQ-N-288中的A级和E级通常用于制造精炼的Monel合金泵、阀门和配件。而含Si量高的B级(3.5%Si) Monel合金,因强度高,既耐腐蚀又耐磨损，因此主要用于制造要求抗磨性好的轴和耐磨环。D级(4.0%Si) Monel合金用于制造要求耐磨性更高的部件。 Monel合金阀门有整体和内件两大类型。整体蒙乃尔合金阀门是指阀门的壳体和内件均为Monel合金,它主要用于炼油厂烷基化装置中的HF酸再生塔部分。由于HF酸再生温度高（149）和含

9、水率高的原因，需要使用整体蒙乃尔合金阀门。此外整体蒙乃尔合金阀门还用于炼油厂催化剂生产中的无灰添加剂和氯碱厂高浓度的氯碱盐液系统等工况中。 Monel合金内件阀门系指阀门的壳体材质为碳钢或不锈钢，而阀门的内件材质为Monel合金的阀门。以碳钢为壳体的Monel合金内件阀门主要用于炼油厂烷基化装置上的HF酸系统的低温区域,利用碳钢对低温(71)的无水氢氟酸(HF)有较好的抗腐蚀性能，但碳钢长期在该工况中使用时会在其表面因腐蚀而形成薄膜,若在阀门的密封部位用碳钢，腐蚀后形成的薄膜将影响阀门的密封性能,需要指出的是：碳钢阀门常用的Cr13型密封材料更不能抵抗HF的腐蚀，而内件为Monel合金时可以保

10、证阀门的密封性能。而且用Monel合金内件阀门其成本要比整体蒙乃尔合金阀门便宜得多。以碳钢为壳体的Monel合金内件阀门也可以用于海水等介质的工况中。阀门壳体材质为不锈钢的Monel合金内件阀门,是用在乙烯、丙烯、液氧、纯氧及海水和其它工况中。烷基化装置上使用的整体Monel合金阀门和Monel合金内件阀门，从安全角度考虑要求选用压力级为Claas300Lb的,用于其它工况中的Monel合金内件阀门，压力级有Class150Lb和Claas300Lb或PN1.66.4MPa等。5. 熔炼和铸造 Monel合金的熔炼和铸造技术是决定能否生产出合格的Monel合金铸件的关键。因为Monel合金树枝

11、晶发达，缩孔、缩松率大，吸气（吸氢、吸氧）倾向极大，还会与造型材料发生渗S化学反应（用呋喃树脂自硬砂时），从安全角度考虑，Monel合金阀门用在氢氟酸和氯气及氯化氢气体等剧毒和高危险性介质中,要求其铸件按A级管道用阀门进行射线探伤检验。 虽然在美国标准中指出，铸造M35-1铸件可以焊补,但根据我们多年的生产经验证明,铸造 Monel合金的可焊性极差,补焊的铸件质量难以保证。M35-1合金的密度为8.63 t/m3(20时)，凝固收缩率21mm/m,合金的熔点为13151345。M35-1、M35-2及QQ-N-288的A级和E级的铸件是以铸态交货使用的。 尽管铸造蒙乃尔合金有许多牌号，但用于铸

12、造蒙乃尔合金阀门铸件时,主要采用ASTM A494标准中的M35-1。 铸造 Monel合金和变形蒙乃尔合金在化学成分上的变动很小（见表4）,但这种变动对变形合金来说满足了其较好的变形能力,而对铸造蒙乃尔合金则提供了较好的铸造性能。这就是为什么在铸造时要用铸造蒙乃尔合金牌号；选用轧材时要用变形蒙乃尔合金牌号的理由。 表4. 阀门常用铸造和变形蒙乃尔合金化学成分(%)牌号CMnSiPSCuFeNi其它M35-10.351.501.250.030.0326.033.03.5余Monel4000.302.000.500.024余2.563.070.0Al2.53.5MonelK5000.251.500.500.01余2.063.070.0Ti0.350.856. 结语 现行的Monel合金美国技术标准有ASTM、 SAE、AMS（美国航空材料标准学会）、MIL（美国国防部标准）、ANSI、ASME及QQ（美国联帮标准）等。对于同一牌号的Monel合金,采用不同的技术规范体系,不仅牌号的表示方法不同，而且其规范的内容也不完全相同。 通常军工产品采用MIL、QQ或AMS规范；民用产品采用ASTM和ASME规范6。 参考文献1.（日） 铸物便览 ZM.改订3版.2 乐精华. 铸镍及镍合金的应用 J.阀