Monel400 合金、UNS N04400、2.4360 特性、熱間および冷間加工および溶接
Monel400 合金 (UNS N04400、2.4360) は、単相固溶体 Ni-Cu 合金です。 さまざまな腐食環境に耐えることができ、延性に優れたニッケル基合金です。
多くの媒体環境において優れた耐食性を備えています。 微酸化性媒体環境から中性環境、適切な還元環境まで良好な耐食性を示します。 この合金は耐食性材料として使用されてきた長い歴史があります。
20世紀初頭、人々は銅含有量の高いニッケル鉱石から合金を製錬しようとしました。 現在のモネル 400 は、元の鉱石と同様のニッケルと銅の含有率を持っています。
純ニッケルなどの金属と比較すると、モネル 400 合金は焼きなましの強度が低いため、この材料は強度を高めるために焼き戻しが必要になることがよくあります。
モネル400合金は、酸化できない水中環境や塩化物溶液でも使用されます。
材料規格
製品形状 標準 ASTM ASME AMS
シートおよびストリップ B127 SB127 4544
シームレスパイプ B163 SB163 4574 B165 SB165
棒鋼および鍛造品 B164 SB164 4675 B564 SB564
シルク4730 4731
ASTM: 米国材料試験協会の規格。 ASME: 米国機械学会の規格。 AMS: アメリカ軍事規格
物理的特性
密度: 8.9g/cm3 融点範囲: 1300 〜 1350 度
モネル 400 の一般特性
モネル400は中性環境、アルカリ環境、塩分環境において優れた耐食性を有しており、現在では製塩プラントの標準適用材となっています。
この合金材料は、フッ素、フッ化水素酸、フッ化水素、またはそれらの誘導体に耐性のある数少ない金属の 1 つです。 また、苛性ソーダに対して非常に耐食性があり、海水環境では銅ベースの合金と同様の耐キャビテーション腐食性を備えています。 硫酸、塩酸などの環境下、特に空気のない環境下でより優れた効果を発揮します。 ただし、この材料には Cr が含まれていないため、酸化環境では腐食速度が大幅に増加します。
モネル 400 は塩化物イオンの応力腐食割れに対して非常に耐性がありますが、水銀のある環境やフッ化水素ガスに湿気がさらされる環境では応力腐食割れが発生する可能性があります。 このとき、材料の応力除去熱処理に注意を払う必要があります。
特徴は次のように要約できます。
1. 海洋および化学環境における優れた耐食性;
2. 塩化物イオン応力腐食割れに対して非常に鈍感です。
3. 零下から 550 度まで良好な機械的特性を持っています。
4. ASMEによって承認されており、-10〜425度の圧力容器として使用できます。
5. 優れた加工性と溶接性。
化学分析
防食
モネル 400 合金は、減衰環境では市販の純ニッケル (UNS N02200) よりも耐食性があり、酸化条件では精製銅合金よりも耐食性が高くなります。 適切に弱められた酸、中性、またはアルカリ溶液では、合金 400 の使用が検討されます。 この合金は、ほとんどのアルカリ、塩、有機化合物、大気条件に対して耐食性があります。 この材料は高温、高応力、高濃度の腐食濃度下で腐食応力亀裂を経験していますが、アロイ 400 は低温のアルカリ腐食条件下での使用を検討できます。 この合金は、硫黄や塩化水素などの弱酸中で、特に換気や酸化物がない場合に使用されます。
アロイ 400 は、塩化物応力亀裂腐食に対して特に耐性があります。 主な使用環境は海水や塩水をはじめとするさまざまな水です。
アロイ 400 は、硫黄含有ガスが華氏 700 度 (摂氏 371 度) を超えると腐食します。 溶融硫酸は約 500 度 (摂氏 260 度) を超えると腐食します。
材質 腐食速度、mpy (mm/a)
合金 {{0} (0.56)
Nickel 200 >200 (>5.08)b
合金600 150 (3.81)
AISI 304 Stainless Steel >210 (>5.33)b
AISI 316 Stainless Steel >190 (>4.83)b
Mild Steel >170 (4.32)
合金の腐食/浸食速度
MPY MM/A
合金625 無記号 無記号
合金 825 0.3 0.008
合金 K-500 0.4 0.01
合金 400 0.4 0.001
合金 {{0}.0
処理
熱処理
アロイ 400 のアニーリング シーケンス全体は、華氏 1400 度から華氏 1800 度 (摂氏 760-980 度) の一般的な温度範囲で短時間にわたって実行されます。 モネル400材の焼鈍温度は一般的に700～900度ですが、最も効果が高いのは825度です。 処理後は急速空冷することで良好な耐食性が得られます。 この目的は、鍛造および成形後に材料を軟化させ、材料の粒子を比較的微細な状態に保つことです。 アニーリング温度範囲内で暴露時間が長くなると材料が脆化するため、アニーリングはできるだけ硫化物のない雰囲気で実行する必要があります。 極低温応力除去は、冷間変形した材料を約 575 度 (摂氏 300 度) で 1 ～ 3 時間加熱することで使用できます。
アニーリング温度とアニーリング時間は材料の最終的な粒径に直接関係するため、アニーリングパラメータは慎重に考慮する必要があります。
パイプの場合、応力除去熱処理温度は一般的に550～650度に制御されます。
熱処理
暖房
熱処理の前にモネル 400 の表面がきれいであることを確認することが非常に重要です。 加熱プロセス中にモネル 400 の表面に S、P、Pb またはその他の低融点金属などの汚染物質が存在すると、合金の特性が弱くなる可能性があります。 汚染物質の主な発生源には、マーカーペンの跡、温度を示す塗料、潤滑グリース、炉のガスなどがあります。 炉ガスの硫黄含有量は低くなければなりません。
炉のガスは中性またはわずかに還元性である必要があり、炉のガスが還元性と酸化性の間で変動してはなりません。 炉内の炎が材料に直接影響を与えることはありません。
モネル400は800～1200度の範囲で熱間加工が可能ですが、925度以下では軽度の鍛造しかできません。 1025～1200度の間で熱間曲げ加工が可能です。 熱処理のために炉熱処理が必要な場合、まず炉の温度を1200度に加熱し、その後モネル400材料を入れて加熱します。
材料加熱の目安は厚さ100mmごとに60分です。 加熱時間が経過したら、すぐに材料を取り出して熱処理します。 熱処理中に材料の温度が最低熱処理温度を下回った場合は、再加熱する必要があります。
冷間成形
モネル 400 合金は、通常ニッケルクロムステンレス鋼に関連する優れた冷間成形特性を示します。 301 合金や 304 合金と比較して、この合金は加工硬化率が低く、さまざまな絞り加工や成形加工に使用できます。 このプロセス中に、焼き戻しギャップに比較的大きな変形が発生します。
冷間加工されたモネル 400 材料は焼きなまし状態でなければなりません。 炭素鋼に比べて加工硬化率が若干高いため、成形設備の変更が必要となります。 冷間成形には工程間焼鈍が必要です。
冷間変形は、機械的特性を向上させるために使用されることがあります。 水銀、湿気暴露、フッ化水素ガス等の応力腐食割れが起こりやすい環境で使用する場合には、応力除去熱処理を推奨します。
スケール除去
モネル400材の溶接部付近の酸化物や汚れはステンレス材に比べて近いです。 硝酸とフッ酸の混酸に酸洗する前に、砥石による研磨や塩浴による前処理を行ってもよい。
機械加工
モネル 400 材料は、焼きなまし状態で機械加工する必要があります。 冷間成形および応力除去後の材料は加工が容易になります。 この材料の加工硬化について十分に理解する必要があります。 例えば、表面切削速度は炭素鋼に比べて遅く、工具を連続的に動作させる必要があります。 表面硬化層を避けるためには、送り量を多くする等が必要です。
機械加工ツールはニッケル基合金および高合金ステンレス鋼用の専用ツールである必要があり、ブラシ溶接にはステンレス鋼ブラシを使用する必要があります。 鋏、プレス、板圧延機などの製造および加工機械は、鉄不純物による汚染を避けるための措置を講じる必要があります。 加工エリアは清潔であり、炭素鋼加工エリアから分離されている必要があります。
溶接
モネル 400 合金は、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、シールドガスメタルアーク溶接などのさまざまな手順で溶接できます。 これらすべての操作を実行する前に、潤滑剤や塗料などの脆性材料が付着しないように、溶接する部品を洗浄する必要があります。 最良の溶接結果を得るには、材料を清潔に保つ必要があります。
モネル400合金の溶接手順はオーステナイト系ステンレス鋼の溶接手順と同様であり、予熱処理や溶接後の熱処理は必要ありません。 溶接設計は、2 つの例外を除いてオーステナイト系ステンレス鋼の溶接設計と似ています。 まず、金属溶接ソリューションの性質を調整して、インターフェース部分が完全に開き、フィラー ワイヤ全体を収容して接合部を埋めることができるようにする必要があります。 第二に、高い熱伝導性と材料純度により、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して溶接の溶け込みが低くなります。
モネル400材の溶接開先は機械加工に適しています。 溝を研磨する場合は、局所的な過熱を避ける必要があります。 ニッケル合金や高合金ステンレス鋼は炭素鋼に比べて物性が明らかに異なるため、熱伝導率が低く、熱膨張係数が大きくなります。 この点、溶接時にはクランプや大型の溶接脚(1-3mm)などを使用する必要があります。 解決する方法。 モネル 400 材は溶融金属を溶接する際の流動性が低いため、溶接ワイヤが溶接部に充填されるように大きな開先角度 (60-70 度) の設計が必要です。
溶接前に、溝と溶接棒をアセトンで洗浄します。 溶接方法としてGTAWを使用します。 溶接ワイヤにはERNiCu-7、溶接棒にはENICU-7を使用してください。 モネル 400 は溶接前の予熱が不要で、溶接後の材料の強度が向上するため、通常は溶接後の熱処理も必要ありません。これにより、将来の使用に一定のメリットが得られます。
モネル400の応用分野
海洋および化学処理装置
バルブ、ウォーターポンプ、プロペラシャフト
船舶用備品用ファスナー
ガソリンタンクと浄水タンク
処理容器およびパイプ
熱交換器
モネル 400 の代表的なエンジニアリング用途
1. 発電所の給水および蒸気発生器の配管システム。
2. 製塩所のヒーターと蒸発器のテーマ部分。
硫酸、フッ酸のアルキル化装置、４．
4. 工業用熱交換器;
5. 原油蒸留装置の複合プレート。
6. 海上設置用の防波カバー。
7. 海水システムのプロペラおよびポンプのシャフト。
8. 核燃料製造におけるウランおよび同位体分離システム。
9. 炭化水素塩素化生産におけるポンプとバルブ。
10. MEA リボイラー パイプライン。
