耐蚀阀门用蒙乃尔合金
发布日期:2011-08-23 点击数:

摘要

分析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牌号, 先容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;内件蒙乃尔合金阀门

中图分类号

TG142.7 文献标识码:A

The M onel alloys in corrosion resisting valves

ZHANG Lin, YUE Jing—hua

(LanZhou High Pressure Valve Factory,LanZhou 730060,China)

Abstract:This paper elaborates on the performance of Monel, and It tells US the foundry

and pressure working of M one1. It also elaborates the selection of M onel tradem ark in corro—

sion resisting valves. And it tells US all parts and intram ural parts of M onel valves tOO.

Key words: Monel;All parts of Monel valve; Intramural parts of Monel valve

1 概述

蒙乃尔(Mone1)合金、铸镍合金、哈氏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企业(International镍企业)开发的【¨, 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C23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, 含氧量高的介质)的腐蚀, 因为镍与硫和氧有剧烈反应, 易形成Ni3S2和NiOC引

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%Fe, 也可改善合金的铸造性能。加入Mn和Si可以改

善合金的机械性能, 特别是Si的含量对Monel合金的机械性能和物理性能有重要的影响。

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Monel合金有10种之多。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 System—UNS)。在美国的UNS中,镍合金有5种牌号的变形Monel合金, 有固溶强化型的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M0nd合金化学成分 %

3.2 铸造合金

美国铸造Monel合金在ASTM A494中有M35—1、M35—2、M一30H、M一25S和M一30C这5种牌号(表2), 在美国联邦标准QQ—N一288㈣中也有5种铸造Monel合金(表3)。

4 应用

M35—1,M35—2及QQ—N一288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)Mon—el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及更耐腐蚀的部件。Monel合金阀门有整体和内件两大类型。整体Monel合金阀门是指阀门的壳体和内件均为Monel,其主要用在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℃ )和含水率高的原因, 需要使用整体Monel合金阀门,此外整体Monel合金阀门还用于炼油厂催化剂的无灰添加剂的生产和氯碱

厂高浓度氯碱液系统等工况中。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。以碳钢为壳体的Monel合金阀门主要用于炼油厂烷基化装置HF酸系统的低温区域,其利用碳钢对低温(≤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使用时会在其表面因腐蚀而形成薄膜,若在阀门密封部位用碳钢,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Crl3型密封材料更不能抵抗HF酸的腐蚀, 而内件材质为Monel合金时可以保证阀门的密封性能,而且用Monel合金内件阀门其成本要比整体Monel合金阀门便宜得多。以

碳钢为壳体的Monel合金阀门也可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、纯氧及海水和合金其他工况中。烷基化装置中使用的整体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CL300磅级, 用于其他工况的Monel合金内件阀门, 压力级有CI 150 和CI 300 磅, 或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硫化学反应(用呋哺树脂自硬砂时), 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,要求铸件应按A级管路用阀门进行射线探伤检验。虽然美国标准中指出, 铸造M35—1可焊, 但实际上其可焊性极差, 补焊的铸件质量难以保证。M35—1合金的密度为8.63t/m(20℃ 时), 凝固收缩率21mm/m, 合金熔点为1315~ 1345℃ 。M35—1、M35—2及QQ-N一288的A级和E级是以铸态交货使用的。尽管铸造Monel合金有许多牌号, 但用于铸造Monel合金阀门铸件时, 主要采用ASTMA494中的M35—1。铸造Monel合金和变形Monel合金在化学成分上的变动很小(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Monel合金牌号, 选用轧材时要用变形Monel合金牌号的理由。

6 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)、MII (美国国防部标准)、ANSI、ASME及QQ (美国联邦标准)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,而且其规范的编号和内容也不完全相同。通常军工产品采用MII 、QQ 或AMS 规范, 民用产品采用ASTM 和ASME规范 J

参 考 文 献

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