焊合金钢管用什么焊条(蒙乃尔Monel400合金、UNS N04400、24360特性、冷热加工及焊接)

蒙乃尔Monel400合金（UNS N04400,2.4360）是一种单相固溶体Ni-Cu合金，是以镍为主的合金，可以耐受各种腐蚀环境，延展性较好。

它在很多介质环境下有良好的耐蚀性能。从轻微的氧化性介质环境到中性环境，到适宜的还原性环境，都有良好的耐蚀性能。这种合金作为耐蚀材料使用有很长的历史。

在20世纪早期，人们就试图以高含量铜的镍矿石来冶炼合金，如今的蒙乃尔400中镍铜含量的比例还和当初的矿石相似。

与纯镍等金属相比，Monel400合金在退火情况下强度更低，因为这个原因，此材料常常要求回火处理，以提高其强度。

Monel400合金还用于海下环境及不能氧 化的氯化物溶液。

材料标准

产品形式 标准 ASTM ASME AMS

板材和带材 B127 SB127 4544

无缝管 B163 SB163 4574 B165 SB165

棒材和锻件 B164 SB164 4675 B564 SB564

丝 4730 4731

ASTM:美国材料试验协会标准；ASME:美国机械工程师协会标准；AMS:美国军标

物理性能

密度：8.9g/cm3 熔点范围：1300~1350℃

蒙乃尔400常规特性

蒙乃尔400对中性环境和碱、盐环境有优异的耐蚀性能，现在已成为盐厂的标准应用材料。

这种合金材料是少有的几种可以耐氟、氢氟酸、氟化氢或它们的衍生物的金属。它在烧碱中也很耐蚀，在海水环境中有和铜基合金相似的耐空泡腐蚀性能，在硫酸、盐酸等环境中，尤其是没有空气中的情况下，效果更好。但是，由于材料中不含Cr，在氧化性环境中腐蚀率会大大增加。

虽然蒙乃尔400对氯离子应力腐蚀开裂具有很好的抵抗力，但是在有汞或潮湿暴露的氟化氢气体的环境中会产生应力腐蚀开裂。此时要注意对材料进行消应力热处理。

特性可以归纳为如下几点：

1、在海洋和化工环境下有良好的耐蚀性能；

2、对氯离子应力腐蚀开裂很不敏感；

3、从零度以下到550℃都有良好的机械性能；

4、被ASME认可可以用作在-10~425℃下的压力容器；

5、良好的加工和焊接性能。

化学分析

抗腐蚀

Monel400合金在减弱环境下比商业通用的纯镍（UNS N02200）更抗腐蚀, 在氧化条件下比精制铜合金更抗腐蚀。 在适当减弱的酸、中性或碱性溶液中，400合金也许会被考虑使用。该合金对大多数碱、盐、有机物以及大气条件均有抗腐蚀能力。虽然在高温、高应力以及高腐蚀浓度下该材料发生过腐蚀应力裂变，但400合金可以考虑被使用在较冷的碱腐蚀条件下。 该合金被用在弱酸如硫磺、氯化氢，特别是在不通风及无氧化物的情况下。

400合金尤其可以抵抗氯化物应力裂变腐蚀。 其主要应用环境是包括海水、盐水在内的各种水。

400合金在含硫气体超过华氏700度（摄氏371度）时遭受侵蚀；当融化硫酸超过大约华氏500度（摄氏260度）时可以对400合金造成侵蚀。

MATERIAL Corrosion Rate, mpy (mm/a)

Alloy 400 22 (0.56)

Nickel 200 >200 (>5.08)b

Alloy 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)

ALLOY Corrosion/Erosion Rate

mpy mm/a

Alloy 625 Nil Nil

Alloy 825 0.3 0.008

Alloy K-500 0.4 0.01

Alloy 400 0.4 0.001

Alloy 200 40 1.0

加工

热处理

对400合金整个退火程序是在典型的华氏1400度至华氏1800度（摄氏760-980度）温度范围短时间内进行的。蒙乃尔400材料退火温度一般在700~900℃，在825℃时效果最宜。处理后快速空冷可以获得很好的耐蚀性能。这样做的目的是为了在锻压成型后软化材料以保持物质相对细小的颗粒。 退火应该在尽量没有硫化物的大气环境下进行，原因是退火温度范围内增加暴露时间会使材料脆化。低温消除应力可以用于冷变形材料，将其加热至大约华氏575度（摄氏300度）并持续一至三个小时。

退火温度和退火时间直接关系到材料的最终晶粒尺寸，因此要仔细考虑退火参数。

对于管材，应力消除热处理温度一般控制在550~650℃。

热加工

加热

在热处理之前要确保蒙乃尔400表面洁净，这点非常重要。如果在加热过程中蒙乃尔400表面存在S、P、Pb或其他低熔点的金属等污染物，则合金的性能可能会被削弱。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、润滑油脂和炉气。其中炉气的含硫量必须低。

炉气应该是中性的，或有轻微的还原性，切不可让炉气在还原性和氧化性之间波动。炉中火焰不可以直接冲击材料。

蒙乃尔400可以在800~1200℃范围内进行热加工，但在925℃以下时只可以做轻微的锻造。热弯曲可以在1025~1200℃之间进行。为了进行热加工要求装炉热处理时，则要把炉温首先加热到1200℃，然后把蒙乃尔400材料放入加热。

材料加热要遵循一个准则：每100mm厚加热60分钟。加热时间一到，立刻取出材料进行热加工，如在热加工过程中材料温度下降到最小热加工温度以下则要重新加热。

冷成型

Monel400合金显示出优良的冷成型特性，这通常与镍铬不锈钢有关。该合金与301或304合金相比，其加工硬化比率较低，可以用于多种拔制成型的加工中，在此过程中，回火间隙会出现相对较大的变形现象。

冷加工的蒙乃尔400材料必须是退火状态。因为它具有比碳钢稍高的加工硬化率，所以成形装备要作适宜的改变。冷加工成形要做工序间退火处理。

冷变形有时也用来改善机械性能。如果材料要用在如汞、潮湿暴露的氟化氢气体等易产生应力腐蚀开裂的环境下，建议进行消应力热处理。

除垢

蒙乃尔400材料焊缝附近的氧化物和污点比不锈钢材料的要紧密，在硝酸和氢氟酸混酸中酸洗之前可以用砂轮打磨，或在盐浴中预处理。

机加工

蒙乃尔400材料应该在退火状态下进行机加工。冷成形和应力消除后的材料更加容易加工，对此种材料的加工硬化要有足够的认识，例如：表面切削速度和碳钢相比要小一些，刀具要连续运转，为避开表面硬化层，进刀量要大等。

机加工刀具应该是镍基合金和高合金不锈钢专用刀具，刷焊缝要采用不锈钢刷。制造和加工机械如：剪板机、压力机、卷板机等要采取避免含铁杂质污染的措施。加工场地要清洁，并和碳钢加工场地分开。

焊接

Monel400合金可用各种程序进行焊接，其中包括气钨电弧、气金属电弧焊以及带防护的气金属电弧焊接法。在进行所有这些操作前， 必须清理干净要焊接的部位，避免润滑剂和漆料等物质使材料脆化。材料必须保持清洁以求最好的焊接效果。

对Monel400合金的焊接程序类似与奥氏体不锈钢，既不需要预热处理亦无须焊接后热处理。焊接设计与奥氏体不锈钢的焊接方法类似，只有两点例外。第一：需要调整金属焊接溶液的本质，使接口部分充分打开，能够容纳整根填充丝填充连接处。第二：高热传导和材料纯度使焊接穿透力与奥氏体不锈钢相比要低。

蒙乃尔400材料的焊接坡口适宜用机械加工方法完成，若对坡口打磨应避免产生局部过热。由于镍合金和高合金不锈钢相对碳钢有明显的物理性质上的差异，它们热传导系数低，并且热膨胀系数较大，对于这点焊接时要采用夹紧、大的焊脚（1-3mm）等方法来解决。因为蒙乃尔400材料焊接熔化金属的流动性较差，所以要采用大的坡口角度（60-70°）的设计，以让焊丝能填满焊缝。

焊前对坡口和焊条用丙酮清洗,焊接方法用GTAW即可，焊丝用ERNiCu-7，焊条采用ENICU-7。蒙乃尔400焊接前不需要预热，一般也不需要焊后热处理，因为进行焊接加工后的材料强度有所提高，对以后的使用有一定的益处。

蒙乃尔400应用领域

海洋与化学加工设备

阀们、水泵、螺旋桨轴

海洋固定设备几扣件

汽油及清洁水箱

加工容器及管道

热交换器

蒙乃尔400典型工程应用

1、电站的给水和蒸汽发生器管道系统；

2、盐厂的加热器和蒸发器主题部分；

3、硫酸和氢氟酸的烷化装置；

4、工业换热器；

5、原油蒸馏装置中的复合板；

6、近海装置的防浪罩；

7、海水系统中推进器和泵的轴；

8、核燃料生产中的铀和同位素分离系统；

9、烃氯化生产中的泵和阀；

10、MEA再沸器管道。