Alliage Monel400, UNS N04400, propriétés 2.4360, traitement et soudage à chaud et à froid
L'alliage Monel400 (UNS N04400, 2.4360) est un alliage Ni-Cu en solution solide monophasé. Il s'agit d'un alliage à base de nickel qui peut résister à divers environnements corrosifs et possède une bonne ductilité.
Il présente une bonne résistance à la corrosion dans de nombreux environnements médiatiques. Il présente une bonne résistance à la corrosion, depuis un environnement légèrement oxydant jusqu'à un environnement neutre jusqu'à un environnement réducteur approprié. Cet alliage est utilisé depuis longtemps comme matériau résistant à la corrosion.
Au début du 20ème siècle, les gens ont essayé de fondre des alliages à partir de minerais de nickel à haute teneur en cuivre. Le Monel 400 actuel a un rapport de teneur en nickel/cuivre similaire à celui du minerai d'origine.
Comparé à des métaux tels que le nickel pur, l'alliage Monel 400 est moins résistant lorsqu'il est recuit, et pour cette raison, ce matériau nécessite souvent un revenu pour augmenter sa résistance.
L'alliage Monel400 est également utilisé dans les environnements sous-marins et les solutions de chlorure qui ne peuvent pas être oxydées.
Normes matérielles
Forme du produit Norme ASTM ASME AMS
Feuille et bande B127 SB127 4544
Tuyau sans soudure B163 SB163 4574 B165 SB165
Barres et pièces forgées B164 SB164 4675 B564 SB564
Soie 4730 4731
ASTM : normes de l'American Society for Testing and Materials ; ASME : normes de l'American Society of Mechanical Engineers ; AMS : normes militaires américaines
Propriétés physiques
Densité : 8,9 g/cm3 Plage de point de fusion : 1 300 ~ 1 350 degrés
Propriétés générales du Monel 400
Le Monel 400 présente une excellente résistance à la corrosion dans les environnements neutres, alcalins et salins, et est désormais devenu un matériau d'application standard dans les usines de sel.
Ce matériau d'alliage est l'un des rares métaux capables de résister au fluor, à l'acide fluorhydrique, au fluorure d'hydrogène ou à leurs dérivés. Il est également très résistant à la corrosion dans la soude caustique et présente une résistance à la corrosion par cavitation similaire à celle des alliages à base de cuivre dans les environnements d'eau de mer. Il a de meilleurs effets dans l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique et d'autres environnements, notamment en l'absence d'air. Cependant, comme le matériau ne contient pas de Cr, la vitesse de corrosion sera fortement augmentée dans un environnement oxydant.
Bien que le Monel 400 soit très résistant à la fissuration par corrosion sous contrainte par les ions chlorure, il peut développer une fissuration par corrosion sous contrainte dans des environnements exposés au mercure ou à l'humidité au fluorure d'hydrogène gazeux. À ce stade, il convient de prêter attention au traitement thermique du matériau pour réduire les contraintes.
Les caractéristiques peuvent être résumées comme suit :
1. Bonne résistance à la corrosion dans les environnements marins et chimiques ;
2. Très insensible à la fissuration par corrosion sous contrainte des ions chlorure ;
3. Il a de bonnes propriétés mécaniques de moins de zéro à 550 degrés ;
4. Il est approuvé par l'ASME et peut être utilisé comme récipient sous pression à -10~425 degrés ;
5. Bonnes performances de traitement et de soudage.
Analyse chimique
Anticorrosion
L'alliage Monel 400 est plus résistant à la corrosion que le nickel pur disponible dans le commerce (UNS N02200) dans des environnements atténués et plus résistant à la corrosion que les alliages de cuivre raffinés dans des conditions oxydantes. Dans des solutions acides, neutres ou alcalines convenablement affaiblies, l'utilisation de l'Alloy 400 peut être envisagée. L'alliage résiste à la corrosion à la plupart des alcalis, des sels, des composés organiques et des conditions atmosphériques. Bien que le matériau ait subi des fissures sous contrainte de corrosion sous des températures élevées, des contraintes élevées et des concentrations de corrosion élevées, l'alliage 400 peut être envisagé pour une utilisation dans des conditions de corrosion alcaline plus froides. L'alliage est utilisé dans les acides faibles tels que le soufre et le chlorure d'hydrogène, en particulier lorsqu'il n'y a pas de ventilation ni d'oxydes.
L'alliage 400 est particulièrement résistant à la corrosion par fissuration sous contrainte de chlorure. Son principal environnement d’application est constitué de divers types d’eau, notamment l’eau de mer et l’eau salée.
L'alliage 400 se corrode lorsque les gaz contenant du soufre dépassent 700 degrés Fahrenheit (371 degrés Celsius) ; l'acide sulfurique fondu se corrode lorsque l'acide sulfurique fondu dépasse environ 500 degrés Fahrenheit (260 degrés Celsius).
MATÉRIAU Taux de corrosion, mpy (mm/a)
Alliage {{0}} (0,56)
Nickel 200 >200 (>5.08)b
Alliage 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)
Taux de corrosion/érosion des ALLIAGES
mpy mm/a
Alliage 625 Néant Néant
Alliage 825 0.3 0.008
Alliage K-500 0.4 0.01
Alliage 400 0.4 0.001
Alliage {{0}}.0
traitement
traitement thermique
L'ensemble de la séquence de recuit de l'alliage 400 est effectué sur une courte période de temps dans la plage de températures typique de 1 400 degrés Fahrenheit à 1 800 degrés Fahrenheit (760-980 degrés Celsius). La température de recuit du matériau Monel 400 est généralement de 700 à 900 degrés et le meilleur effet est de 825 degrés. Un refroidissement rapide de l'air après traitement permet d'obtenir une bonne résistance à la corrosion. Le but est de ramollir le matériau après forgeage et formage afin de conserver les particules du matériau relativement fines. Le recuit doit être effectué dans une atmosphère aussi exempte de sulfures que possible, car un temps d'exposition accru dans la plage de température de recuit fragiliserait le matériau. Le soulagement du stress cryogénique peut être utilisé sur des matériaux déformés à froid en les chauffant à environ 575 degrés Fahrenheit (300 degrés Celsius) pendant une à trois heures.
La température et la durée de recuit sont directement liées à la granulométrie finale du matériau, les paramètres de recuit doivent donc être soigneusement pris en compte.
Pour les tuyaux, la température du traitement thermique de soulagement des contraintes est généralement contrôlée entre 550 et 650 degrés.
Traitement thermique
chauffage
Il est très important de s'assurer que la surface du Monel 400 est propre avant le traitement thermique. Si des contaminants tels que S, P, Pb ou d'autres métaux à bas point de fusion sont présents à la surface du Monel 400 pendant le processus de chauffage, les propriétés de l'alliage peuvent être affaiblies. Les principales sources de polluants comprennent les marques de marqueurs, la peinture indiquant la température, la graisse lubrifiante et le gaz de fournaise. La teneur en soufre du gaz de four doit être faible.
Le gaz de four doit être neutre ou légèrement réducteur, et le gaz de four ne doit pas pouvoir fluctuer entre les propriétés réductrices et oxydantes. La flamme dans le four ne peut pas impacter directement le matériau.
Monel 400 peut être traité à chaud dans une plage de 800 à 1 200 degrés, mais seul un léger forgeage peut être effectué en dessous de 925 degrés. Le pliage à chaud peut être effectué entre 1 025 et 1 200 degrés. Lorsqu'un traitement thermique au four est requis pour le traitement thermique, la température du four doit d'abord être chauffée à 1 200 degrés, puis le matériau Monel 400 est mis en chauffage.
Il existe une ligne directrice pour le chauffage du matériau : 60 minutes pour 100 mm d'épaisseur. Une fois le temps de chauffage écoulé, retirez immédiatement le matériau pour le traitement thermique. Si la température du matériau descend en dessous de la température minimale de traitement thermique pendant le traitement thermique, il doit être réchauffé.
formage à froid
L'alliage Monel 400 présente d'excellentes propriétés de formage à froid généralement associées aux aciers inoxydables nickel-chrome. Comparé à l'alliage 301 ou 304, cet alliage a un taux d'écrouissage inférieur et peut être utilisé dans une variété de processus d'étirage et de formage. Au cours de ce processus, une déformation relativement importante se produira dans l’espace de revenu.
Les matériaux Monel 400 travaillés à froid doivent être à l'état recuit. Parce qu'il a un taux d'écrouissage légèrement supérieur à celui de l'acier au carbone, l'équipement de formage doit être modifié de manière appropriée. Le formage à froid nécessite un recuit inter-processus.
La déformation à froid est parfois utilisée pour améliorer les propriétés mécaniques. Si le matériau doit être utilisé dans des environnements sujets à la fissuration par corrosion sous contrainte, tels que le mercure, l'exposition à l'humidité, le fluorure d'hydrogène gazeux, etc., un traitement thermique de soulagement des contraintes est recommandé.
Détartrage
Les oxydes et les taches à proximité des soudures des matériaux Monel 400 sont plus proches que celles des matériaux en acier inoxydable. Avant d'être décapés dans un acide mixte d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique, ils peuvent être polis à la meule ou prétraités dans un bain de sel.
usinage
Le matériau Monel 400 doit être usiné à l’état recuit. Les matériaux après formage à froid et soulagement des contraintes sont plus faciles à traiter. Vous devez avoir une compréhension suffisante de l’écrouissage de ce matériau. Par exemple, la vitesse de coupe de la surface est inférieure à celle de l'acier au carbone et l'outil doit fonctionner en continu. Afin d'éviter le durcissement de la couche superficielle, la quantité d'alimentation doit être importante, etc.
Les outils d'usinage doivent être des outils spéciaux pour les alliages à base de nickel et l'acier inoxydable fortement allié, et des brosses en acier inoxydable doivent être utilisées pour brosser les soudures. Les machines de fabrication et de transformation telles que les cisailles, les presses, les laminoirs à tôles, etc. doivent prendre des mesures pour éviter la contamination par les impuretés du fer. La zone de traitement doit être propre et séparée de la zone de traitement de l'acier au carbone.
soudage
L'alliage Monel 400 peut être soudé par diverses procédures, notamment l'arc sous gaz tungstène, le soudage à l'arc sous gaz métallique et le soudage à l'arc sous gaz sous protection. Avant d'effectuer toutes ces opérations, les pièces à souder doivent être nettoyées pour éviter les matériaux cassants comme les lubrifiants et les peintures. Les matériaux doivent être maintenus propres pour de meilleurs résultats de soudage.
La procédure de soudage de l'alliage Monel400 est similaire à celle de l'acier inoxydable austénitique, et aucun traitement de préchauffage ni traitement thermique après soudage n'est requis. La conception du soudage est similaire à celle des aciers inoxydables austénitiques à deux exceptions près. Premièrement : la nature de la solution de soudage des métaux doit être ajustée de manière à ce que la partie d'interface soit complètement ouverte et puisse accueillir tout le fil d'apport pour remplir le joint. Deuxièmement : une conduction thermique élevée et une pureté du matériau entraînent une pénétration de soudage plus faible par rapport aux aciers inoxydables austénitiques.
La rainure de soudage du matériau Monel 400 peut être complétée par un traitement mécanique. Si la rainure est polie, une surchauffe locale doit être évitée. Étant donné que les alliages de nickel et les aciers inoxydables fortement alliés présentent des différences évidentes de propriétés physiques par rapport à l'acier au carbone, leurs coefficients de conductivité thermique sont faibles et leurs coefficients de dilatation thermique sont élevés. Pour ce point, des serrages, des pieds de soudage de grande taille (1-3 mm), etc. doivent être utilisés lors du soudage. méthode à résoudre. Étant donné que le matériau Monel 400 a une faible fluidité lors du soudage du métal en fusion, une conception avec un grand angle de rainure (60-70 degrés) est nécessaire pour permettre au fil de soudage de remplir la soudure.
Nettoyez la rainure et la baguette de soudage avec de l'acétone avant de souder. Utilisez GTAW comme méthode de soudage. Utilisez ERNiCu-7 pour le fil de soudage et ENICU-7 pour la baguette de soudage. Monel 400 ne nécessite pas de préchauffage avant le soudage et ne nécessite généralement pas de traitement thermique après soudage, car la résistance du matériau après le soudage est améliorée, ce qui présentera certains avantages pour une utilisation future.
Champs d'application du Monel 400
Équipement de traitement marin et chimique
Soupapes, pompes à eau, arbres d'hélice
Fixations pour luminaires marins
Réservoirs d'essence et d'eau propre
Récipients et tuyaux de traitement
échangeur de chaleur
Applications d'ingénierie typiques du Monel 400
1. Système de tuyauterie d’alimentation en eau et de générateur de vapeur de la centrale électrique ;
2. La partie thématique des appareils de chauffage et des évaporateurs dans les usines de sel ;
3. Dispositif d'alkylation pour l'acide sulfurique et l'acide fluorhydrique ;
4. Échangeur de chaleur industriel ;
5. Plaques composites dans les unités de distillation de pétrole brut ;
6. Couverture de protection contre les vagues pour les installations offshore ;
7. Arbres d'hélices et de pompes dans les systèmes d'eau de mer ;
8. Systèmes de séparation de l'uranium et des isotopes dans la production de combustible nucléaire ;
9. Pompes et vannes dans la production de chloration d'hydrocarbures ;
10. Pipeline de rebouilleur MEA.
