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鎳-銅系列

400合金

來源： 秦皇島核誠鎳業有限公司 日期：2019-07-29 12:45:07 點擊：2380 屬于：鎳-銅系列

合金400 / Monel 400
NCu30
W.Nr.2.4360 和2.4361
UNS N04400

材料特性

MONEL 400(UNSN04400/W.Nr.2.4360 和2.4361/NCu30)是一種只能通過冷做硬化的固溶合金。它在很寬的溫度范圍內具有高的強度和韌性并對許多腐蝕環境具有優異抗力。成分見表1。400 合金大量用在許多領域，尤其是海洋和化工過程。典型的應用為泵、閥；泵和葉輪軸；海洋應用固定件和緊固件；電力和電子部件；
彈簧；化工設備；油氣和淡水罐；原油靜止器；過程容器和管道；鍋爐供水加熱器和其和其它熱交換器以及除氣加熱器。
表1 牌號及標準

材料牌號	標準系列	標準
		化學成分	管材		板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
		化學成分	無縫管	焊接管	板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
美標 N04400	ASME		SB 165 SB 163 SB 829	SB 751 SB 775	SB 127 SB 906	SB 164	SB 127	AWS A 5.14	SB 564
國標 NCu30 NW4400	GB/T	5235	2882	/	2054	4435	2072		26030
	NB/T		47019 47047	/	47046	/	/	/	47028
	JB/T				4748	/	/	/	/

表2 化學成分

元素	Ni+Co	Cu	Fe	Mn	C
N04400標準	≥63	28.0~34.0	≤2.5	≤2.0	≤0.3
NCu30標準	≥63	28.0~34.0	≤2.5	≤2.0	≤0.3
元素	Si	S	P	Cr	Al
N04400標準	≤0.5	≤0.024	—	—	—
NCu30標準	≤0.5	≤0.024	≤0.005	—	—

表3 物理性能

密度	8.9 g/cm³
熔點	1300~1350℃

表4 室溫和高溫典型物理性能

溫度（℃）	膨脹系數（μm/m·℃）	導熱系數（W/m·℃）	比熱（J/Kg·℃）	電子系數（μΩ·m）
-200	—	—	—	360
-180	11.1	16.5	223	—
-130	11.4	18.2	320	—
-70	12.1	19.8	378	—
11	—	22.0	427	0.511
100	14.2	24.0	445	0.537
200	15.2	26.9	459	0.559
300	15.7	31.0	470	0.574
400	16.1	33.4	—	0.587
500	16.3	36.5	—	0.603
600	16.6	39.4	—	0.620
700	17.0	32.4	—	0.639
800	17.4	45.5	—	0.658
900	17.7	48.8	—	0.675
1000	18.1	—	—	0.692

機械性能

拉伸性能和硬度MONEL400合金的常用室溫拉伸性能見表5。冷軋板材和帶材在各種不同回火下的硬度數值見表6。圖1 和2 為由典型數據繪制的硬度與棒材和鍛件、
冷軋板和帶材的性能關系。熱軋退火材料短時高溫性能見圖3。MONEL 400合金在零度以下具有優異的機械性能。強度和硬度的增加僅僅很少損傷延展性或沖擊抗力。即使冷卻到液氫溫度，該合金也不會發生從易延展到脆化的轉變。這和許多鐵基材料相比形成顯著對照，雖然鐵基材料通常在低溫下強度增高但會變脆。表7給出了合金在低溫下的機械性能。
表5 常用室溫拉伸性能

類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏B
棒材
冷加工
圓棒，≤12.7		≥760	≥415	≥8^①
四方、六方，長方等，≤12.7		≥585	≥380	≥10^①
冷加工-去應力
圓棒，＜12.7		≥580	≥345	≥10^①
圓棒，12.7~88.9		≥600	≥415	≥20
圓棒，＞88.9~101.6		≥580	≥380	≥20
四方、六方，長方，≤50.8		≥580	≥345	≥20^①
六角≤54		≥552	≥276	≥30
熱加工或熱加工去應力
四方、六方，長方，≤305 六角≤54		≥552	≥276	≥30^②
四方、六方，長方，＞305~356		≥517	≥276	≥30
六方：＞54~102		≥517	≥207	≥25
圓環和圓盤						75-95
退火態的
桿、棒		≥480	≥170	≥35
所有尺寸的圓環和圓盤						60-75
熱軋板
退火的		≥485	≥195	≥35
冷軋板
退火的（≥0.25mm）		485~585	≥195	≥35
1/4淬硬的		…	…	…		73-83
1/2淬硬的		…	…	…		82-90
淬硬的		≥690	≥620	≥2
帶材
退火的		≥380	≥100	≥40
表面淬硬的		…	…	…		68-73
1/4淬硬的		…	…	…		73-83
1/2淬硬的		…	…	…		82-90
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏B
3/4淬硬的		…	…	…		89-94
淬硬的		≥690	≥620	≥2
回復回火						≥98
管材
退火	≤127mm	≥480	≥195	≥35
退火	＞127mm	≥480	≥170	≥35
去應力		≥585	≥380	≥15
換熱管
退火		≥483	≥193	≥35
去應力		≥586	≥379	≥15		≤75

注：①不適用于尺寸小于2.4mm的產品②熱加工厚度≤7.9mm的板延伸率≥20%

圖1 熱軋與冷拔MONEL400 合金棒材圖2 冷軋MONEL400 合金板材和帶材的
和鍛件的拉伸性能與硬度的大致關系拉伸性能與硬度的大致關系

表6 MONEL 400 合金在低溫的拉伸性能

圖3 退火MONEL400 合金的高溫性能

蠕變與斷裂性能
MONEL 鎳銅合金400 在溫度直到并包括537℃的氧化氣氛中是有用的。如果合金是在還原氣氛中，更高的溫度也可以使用。蠕變與開裂性能見圖4-8。

圖4 熱軋MONEL400合金的蠕變性能圖5 冷拔退火（1500°F /3 小時）的
MONEL400合金的蠕變性能

圖6 20%冷拔、去應力（ 1000/8 小時）圖7 冷拔退火(1500°F /30min)MONEL400
的斷裂MONEL400合金的蠕變性能斷裂蠕變性能

圖8 冷拔去應力(1100°F /8h)MONEL400 斷裂性能

金相結構

400合金為面心立方晶格結構，鎳-銅合金是鎳和銅元素完全互溶奧氏體組織。

耐腐蝕性

MONEL400 合金對許多還原性介質表現出抗腐蝕性。它通常也比高含銅合金更耐氧化性介質。這種多功能性使得MONEL400 合金適合在不同環境中使用。400 合金大量應用在海洋環境。雖然在流動海水中400 合金的腐蝕速率極低，但已發現停滯條件會產生縫隙腐蝕和點蝕。400 合金在大多數新鮮和工業水中也抗應力腐蝕開裂和點蝕。
MONEL400 合金對所有濃度的氫氟酸直到沸點都具有出色的腐蝕抗力。它也許是所有通用工程合金中最耐蝕的。400 合金對在還原性的很多形式的含硫和氯化氫的酸也耐蝕。

熱加工及熱處理

在還原性氣氛加熱和冷卻或水-酒精溶液中淬火都會保留光亮并不會變色。冷卻速度沒有明顯的影響。400合金在加熱后在空氣中冷卻將會形成附著性的氧化膜。冷加工和熱成型的MONEL400合金都需要進行熱處理來優化綜合強度和延展性并減少在隨后的機械加工中的變形。熱處理如何影響性能見圖9。冷加工材料的均應力處理會引起在0.00%應變時屈服強度的增加而不明顯影響其它性能（見圖9）。

圖9 退火（3 小時）對MONEL400 合金冷拔棒材室溫性能的影響
均應力是將材料在300℃保持3小時。去應力將減少應力而不產生晶粒結構的重結晶。推薦這種處理是為了在去除金屬后來得到最小的變形。在535F-565℃ 加熱1-2 小時會減輕無論熱或冷加工產生的應變。
強烈推薦在某些環境下需要預防應力腐蝕開裂時進行消應力處理（537-649℃/1 小時，然后慢速冷卻）。如圖9所示，消應力會稍微降低拉伸強度、屈服強度和硬度并輕微的提高延伸率。
退火會完全軟化加工硬化的材料。需要的時間和溫度取決于先前的冷加工量。通常400 合金是用開式法加熱到870-982℃ 保溫2-10分鐘來退火的;反之，箱式退火在760-815℃ 下退火1-3小時在大多數情況下可以達到滿意效果。
圖9和10比較了加熱對冷拔和熱軋材料性能的影響。在這些實驗中，冷拔棒材是經過3 小時在705℃退火狀態，熱軋板材是在800℃ /3 小時退火。大多數時間-溫度-硬度關系曲線見圖11。這些數據可以用來作為建立應用標準的指導。當材料在退火溫度范圍上限時加熱時會出現晶粒長大。圖12 給出了冷軋帶材開式退火可能出現的晶粒尺寸。

圖10 退火（3 小時）對熱軋MONEL400 合金板材室溫性能的影響。
在1470°F 材料被完全退火（硬度由BHN 轉換而來）

圖11 MONEL400 冷扎帶材開式退火時在各種不同溫度
達到不同硬度需要的大約時間

圖12 MONEL400 合金冷軋帶材在開式退火時不同溫度下
獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時間
熱加工：
考慮到熱變形抗力，MONEL400合金與許多鋼材比較是較軟的。所以它可以熱成型成任何形狀。在熱成型中用合適的溫度是重要的。熱成型溫度范圍為648-1175℃。對大變形量推薦金屬溫度在926-1175℃。少量變形可以在降到648℃進行。在較低溫度的加工產生更高的機械性能和細小晶粒尺寸。在熱加工溫度范圍長時間停留是有害的。如果在處理中出現延遲，爐溫應該被返回到1040℃并在恢復操作之前不能回到先前溫度。在任何情況下合金都不能被加熱到1175以上；否則會造成永久的損害。大變形鍛造不能速度過快以免造成金屬加工過熱。推薦使用光學高溫計監控同溫度下獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時間在熱彎過程中，金屬應該在從爐子中移出后盡快加工。對工具和模具預熱到260℃對防止材料在加工中的急冷是有幫助的。有些鍛件需要控制鍛造過程來達到某些對鍛造、熱成型零件的要求。減小量和最終成型溫度都要控制來形成需要的性能。
一種用于生產變形量在最終加熱后為30-35%的鍛件的方法是：
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于最終尺寸的5%(完成至少25%變形)
3. 冷卻到705℃；
4. 最終加工到尺寸(5%變形)
如在有些軍用標準中描述的,一些高張力鍛件在最終重加熱后也需要最少30-35%變形. 其方法為:
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于最終尺寸的25%(完成大約5%變形)；
3. 冷卻到725℃；
4. 最終加工到尺寸(25%變形)
重新細化晶粒的方法是使用1093℃的最終重加熱溫度并最終重加熱后進行的變形量。
冷加工：
MONEL400合金適用于所有冷加工方法.需要的力和加工硬化速率介于低碳鋼和304 不銹鋼之間(見圖17).

機加工

通常來說冷拔或冷拔加去應力材料是推薦做最適合機加工并達到最光滑表面。

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