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(guó)鎳公司（International鎳公司）開(kāi)發(fā)的【¨， 其典型成分為70％Ni和30％Cu，它是鎳基耐蝕合金中應(yīng)用zui廣泛的合金。Monel合金既具有較高的強(qiáng)度和韌性， 又具有優(yōu)良的抗還原酸及強(qiáng)堿介質(zhì)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(zhì)、堿鹽及還原性酸介質(zhì)C23的設(shè)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(zhì)， 但不抗含硫介質(zhì)和氧化性介質(zhì)（如硝酸， 含氧量高的介質(zhì)）的腐蝕， 因?yàn)殒嚺c硫和氧有劇烈反應(yīng)， 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(qiáng)化合金的作用。其內(nèi)加入C， 可改善合金的鑄造性能， 但在常溫時(shí)合金中僅能溶解0．15％ 的C， 過(guò)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(jī)械性能， 特別是Si的含量對(duì)Monel合金的機(jī)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(guó)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系中有各自的表示方法，

為了便于使用和計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，sAE （美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)）和ASTM （美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)）聯(lián)合發(fā)展了ASTM—SAE統(tǒng)一數(shù)碼系統(tǒng)（Unified Numbtring System—UNS）。在美國(guó)的UNS中，鎳合金有5種牌號(hào)的變形Monel合金， 有固溶強(qiáng)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(hào)。表1 美國(guó)UNS中變形M0nd合金化學(xué)成分 ％

3．2 鑄造合金

美國(guó)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(hào)（表2）， 在美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)—N一288㈣中也有5種鑄造Monel合金（表3）。

4 應(yīng)用

M35—1，M35—2及—N一288中的*和E級(jí)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(jí)（3．5％Si）Mon—el合金， 因強(qiáng)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(jí)（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(nèi)件兩大類型。整體Monel合金閥門是指閥門的殼體和內(nèi)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(wú)灰添加劑的生產(chǎn)和氯堿廠高濃度氯堿液系統(tǒng)等工況中。Monel合金內(nèi)件閥門系指閥門的殼體材質(zhì)為碳鋼或不銹鋼，而閥門的內(nèi)件材質(zhì)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(duì)低溫（≤71℃ ）的無(wú)水氫氟酸（HF）有較好的抗腐蝕性能， 但碳鋼長(zhǎng)期在該工況使用時(shí)會(huì)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(nèi)件材質(zhì)為Monel合金時(shí)可以保證閥門的密封性能，而且用Monel合金內(nèi)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(zhì)的工況中。閥門殼體材質(zhì)為不銹鋼的Monel合金內(nèi)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(nèi)件閥門從安全角度考慮要求選用壓力級(jí)為CL300磅級(jí)， 用于其他工況的Monel合金內(nèi)件閥門， 壓力級(jí)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(shù)是決定能否生產(chǎn)出合格的Monel合金鑄件的關(guān)鍵， 因?yàn)镸onel合金樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，縮孔縮松率大， 吸氣（吸氫， 吸氧）傾向極大， 還會(huì)與造型材料發(fā)生滲硫化學(xué)反應(yīng)（用呋哺樹(shù)脂自硬砂時(shí)）， 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(xiǎn)性介質(zhì)中，要求鑄件應(yīng)按*管路用閥門進(jìn)行射線探傷檢驗(yàn)。雖然美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中指出， 鑄造M35—1可焊， 但實(shí)際上其可焊性極差， 補(bǔ)焊的鑄件質(zhì)量難以保證。M35—1合金的密度為8．63t／m（20℃ 時(shí)）， 凝固收縮率21mm／m， 合金熔點(diǎn)為1315～ 1345℃ 。M35—1、M35—2及-N一288的*和E級(jí)是以鑄態(tài)交貨使用的。盡管鑄造Monel合金有許多牌號(hào)， 但用于鑄造Monel合金閥門鑄件時(shí)， 主要采用ASTMA494中的M35—1。鑄造Monel合金和變形Monel合金在化學(xué)成分上的變動(dòng)很?。ū?）， 但這種變動(dòng)對(duì)變形合金來(lái)說(shuō)滿足了其較好的變形能力， 而對(duì)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(shí)要用鑄造Monel合號(hào)， 選用軋材時(shí)要用變形Monel合號(hào)的理由。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)行的Monel合金*標(biāo)準(zhǔn)有ASTM、SAE、AMS （美國(guó)航空材料標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)）、MII （美國(guó)*標(biāo)準(zhǔn)）、ANSI、ASME及 （美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)）等。對(duì)于同一牌號(hào)的Monel合金， 采用不同的技術(shù)規(guī)范體系， 不僅牌號(hào)的表示方法不同，而且其規(guī)范的編號(hào)和內(nèi)容也不*相同。通常軍工產(chǎn)品采用MII 、 或AMS 規(guī)范， 民用產(chǎn)品采用ASTM 和ASME規(guī)范

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