Aleación Monel400, UNS N04400, 2.4360 propiedades, procesamiento y soldadura en frío y en caliente
La aleación Monel400 (UNS N04400, 2.4360) es una aleación de Ni-Cu de solución sólida monofásica. Es una aleación a base de níquel que puede soportar diversos ambientes corrosivos y tiene buena ductilidad.
Tiene buena resistencia a la corrosión en muchos entornos de medios. Tiene buena resistencia a la corrosión desde un entorno de medios ligeramente oxidantes hasta un entorno neutro y un entorno reductor adecuado. Esta aleación tiene una larga historia de uso como material resistente a la corrosión.
A principios del siglo XX, se intentó fundir aleaciones a partir de minerales de níquel con un alto contenido de cobre. El Monel 400 actual tiene una proporción de contenido de níquel a cobre similar a la del mineral original.
En comparación con metales como el níquel puro, la aleación Monel 400 es menos resistente cuando está recocida y, por esta razón, este material a menudo requiere templado para aumentar su resistencia.
La aleación Monel400 también se utiliza en entornos submarinos y soluciones de cloruro que no se pueden oxidar.
Estándares de materiales
Forma del producto Estándar ASTM ASME AMS
Hoja y Tira B127 SB127 4544
Tubería sin soldadura B163 SB163 4574 B165 SB165
Barras y piezas forjadas B164 SB164 4675 B564 SB564
Seda 4730 4731
ASTM: Sociedad Estadounidense de Normas de Pruebas y Materiales; ASME: normas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos; AMS: Estándares militares estadounidenses
Propiedades físicas
Densidad: 8,9 g/cm3 Rango de punto de fusión: 1300 ~ 1350 grados
Propiedades generales de Monel 400
Monel 400 tiene una excelente resistencia a la corrosión en ambientes neutros, alcalinos y salinos, y ahora se ha convertido en un material de aplicación estándar en plantas de sal.
Este material de aleación es uno de los pocos metales que puede resistir el flúor, el ácido fluorhídrico, el fluoruro de hidrógeno o sus derivados. También es muy resistente a la corrosión en soda cáustica y tiene una resistencia a la corrosión por cavitación similar a las aleaciones a base de cobre en ambientes de agua de mar. Tiene mejores efectos en ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y otros ambientes, especialmente en ausencia de aire. Sin embargo, dado que el material no contiene Cr, la velocidad de corrosión aumentará considerablemente en un ambiente oxidante.
Aunque Monel 400 es muy resistente al agrietamiento por corrosión bajo tensión de iones cloruro, puede desarrollar grietas por corrosión bajo tensión en ambientes con mercurio o exposición a humedad y gas fluoruro de hidrógeno. En este momento, se debe prestar atención al tratamiento térmico del material para aliviar la tensión.
Las características se pueden resumir de la siguiente manera:
1. Buena resistencia a la corrosión en ambientes marinos y químicos;
2. Muy insensible al agrietamiento por corrosión bajo tensión de iones cloruro;
3. Tiene buenas propiedades mecánicas desde menos de cero hasta 550 grados;
4. Está aprobado por ASME y puede usarse como recipiente a presión a -10~425 grados;
5. Buen rendimiento de procesamiento y soldadura.
Análisis químico
Anticorrosión
La aleación Monel 400 es más resistente a la corrosión que el níquel puro disponible comercialmente (UNS N02200) en ambientes atenuados y más resistente a la corrosión que las aleaciones de cobre refinado en condiciones oxidantes. En soluciones ácidas, neutras o alcalinas adecuadamente debilitadas, se puede considerar el uso de Alloy 400. La aleación es resistente a la corrosión ante la mayoría de los álcalis, sales, compuestos orgánicos y condiciones atmosféricas. Aunque el material ha experimentado grietas por corrosión bajo altas temperaturas, altas tensiones y altas concentraciones de corrosión, se puede considerar el uso de la Aleación 400 en condiciones de corrosión alcalina más frías. La aleación se utiliza en ácidos débiles como el azufre y el cloruro de hidrógeno, especialmente cuando no hay ventilación ni óxidos.
La aleación 400 es particularmente resistente a la corrosión por agrietamiento bajo tensión por cloruro. Su principal entorno de aplicación son varios tipos de agua, incluida el agua de mar y el agua salada.
La aleación 400 se corroerá cuando los gases que contienen azufre superen los 700 grados Fahrenheit (371 grados Celsius); El ácido sulfúrico derretido se corroerá cuando el ácido sulfúrico fundido supere aproximadamente los 500 grados Fahrenheit (260 grados Celsius).
MATERIAL Tasa de corrosión, mpy (mm/a)
Aleación {{0}} (0,56)
Nickel 200 >200 (>5.08)b
Aleación 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)
ALEACIÓN Tasa de corrosión/erosión
mmp/a
Aleación 625 Nada Nada
Aleación 825 0.3 0.008
Aleación K-500 0.4 0.01
Aleación 400 0.4 0.001
Aleación {{0}}.0
Procesando
tratamiento térmico
Toda la secuencia de recocido para la Aleación 400 se lleva a cabo durante un corto período de tiempo en el rango de temperatura típico de 1400 grados Fahrenheit a 1800 grados Fahrenheit (760-980 grados Celsius). La temperatura de recocido del material Monel 400 es generalmente de 700 a 900 grados, y el mejor efecto es a 825 grados. El enfriamiento rápido del aire después del tratamiento puede lograr una buena resistencia a la corrosión. El propósito de esto es ablandar el material después de forjarlo y darle forma para mantener el material en partículas relativamente finas. El recocido debe realizarse en una atmósfera lo más libre de sulfuros posible, ya que un mayor tiempo de exposición dentro del rango de temperatura de recocido fragilizará el material. El alivio criogénico del estrés se puede utilizar en materiales deformados en frío calentándolos a aproximadamente 575 grados Fahrenheit (300 grados Celsius) durante una a tres horas.
La temperatura y el tiempo de recocido están directamente relacionados con el tamaño de grano final del material, por lo que los parámetros de recocido deben considerarse cuidadosamente.
Para las tuberías, la temperatura del tratamiento térmico para aliviar tensiones generalmente se controla entre 550 y 650 grados.
Procesamiento térmico
calefacción
Es muy importante asegurarse de que la superficie de Monel 400 esté limpia antes del tratamiento térmico. Si contaminantes como S, P, Pb u otros metales de bajo punto de fusión están presentes en la superficie de Monel 400 durante el proceso de calentamiento, las propiedades de la aleación pueden debilitarse. Las principales fuentes de contaminantes incluyen marcas de rotuladores, pintura indicadora de temperatura, grasa lubricante y gas de horno. El contenido de azufre del gas del horno debe ser bajo.
El gas del horno debe ser neutro o ligeramente reductor, y no se debe permitir que el gas del horno fluctúe entre propiedades reductoras y oxidantes. La llama del horno no puede impactar directamente el material.
Monel 400 se puede procesar en caliente en el rango de 800 a 1200 grados, pero sólo se puede realizar un ligero forjado por debajo de 925 grados. El doblado en caliente se puede realizar entre 1025 y 1200 grados. Cuando se requiere tratamiento térmico en horno para el procesamiento térmico, primero se debe calentar la temperatura del horno a 1200 grados y luego se coloca el material Monel 400 para calentar.
Existe una pauta para el calentamiento del material: 60 minutos por cada 100 mm de espesor. Una vez transcurrido el tiempo de calentamiento, saque el material inmediatamente para su procesamiento térmico. Si la temperatura del material cae por debajo de la temperatura mínima de procesamiento térmico durante el procesamiento térmico, se debe recalentar.
formación en frío
La aleación Monel 400 exhibe excelentes propiedades de conformado en frío típicamente asociadas con los aceros inoxidables de níquel-cromo. En comparación con la aleación 301 o 304, esta aleación tiene un índice de endurecimiento por trabajo más bajo y puede usarse en una variedad de procesos de embutición y conformado. Durante este proceso, se producirá una deformación relativamente grande en el espacio de templado.
Los materiales Monel 400 trabajados en frío deben estar en estado recocido. Debido a que tiene una tasa de endurecimiento por trabajo ligeramente mayor que el acero al carbono, el equipo de conformado debe cambiarse adecuadamente. El conformado en frío requiere recocido entre procesos.
A veces se utiliza la deformación en frío para mejorar las propiedades mecánicas. Si el material se va a utilizar en entornos propensos a agrietarse por corrosión bajo tensión, como mercurio, exposición a la humedad, gas fluoruro de hidrógeno, etc., se recomienda un tratamiento térmico para aliviar la tensión.
Descalcificación
Los óxidos y manchas cerca de las soldaduras de los materiales Monel 400 están más cerca que los de los materiales de acero inoxidable. Antes del decapado en una mezcla de ácido nítrico y ácido fluorhídrico, se pueden pulir con una muela o tratar previamente en un baño de sal.
mecanizado
El material Monel 400 debe mecanizarse en estado recocido. Los materiales después del conformado en frío y el alivio de tensiones son más fáciles de procesar. Debe tener conocimientos suficientes sobre el endurecimiento por trabajo de este material. Por ejemplo, la velocidad de corte de la superficie es menor que la del acero al carbono y la herramienta debe operarse continuamente. Para evitar que la capa de superficie se endurezca, la cantidad de alimentación debe ser grande, etc.
Las herramientas de mecanizado deben ser herramientas especiales para aleaciones a base de níquel y acero inoxidable de alta aleación, y se deben utilizar cepillos de acero inoxidable para cepillar las soldaduras. La maquinaria de fabricación y procesamiento como cizallas, prensas, laminadoras de placas, etc. deben tomar medidas para evitar la contaminación por impurezas de hierro. El área de procesamiento debe estar limpia y separada del área de procesamiento de acero al carbono.
soldadura
La aleación Monel 400 se puede soldar mediante una variedad de procedimientos, incluido el arco de tungsteno con gas, la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco metálico con gas protegido. Antes de realizar todas estas operaciones se deben limpiar las piezas a soldar para evitar materiales quebradizos como lubricantes y pinturas. Los materiales deben mantenerse limpios para obtener mejores resultados de soldadura.
El procedimiento de soldadura para la aleación Monel400 es similar al del acero inoxidable austenítico y no se requiere tratamiento térmico previo ni posterior a la soldadura. El diseño de soldadura es similar al de los aceros inoxidables austeníticos con dos excepciones. Primero: es necesario ajustar la naturaleza de la solución de soldadura de metal para que la parte de la interfaz esté completamente abierta y pueda acomodar todo el alambre de relleno para llenar la junta. Segundo: la alta conducción del calor y la pureza del material dan como resultado una menor penetración de la soldadura en comparación con los aceros inoxidables austeníticos.
La ranura de soldadura del material Monel 400 es adecuada para completarse mediante procesamiento mecánico. Si se pule la ranura, se debe evitar el sobrecalentamiento local. Dado que las aleaciones de níquel y los aceros inoxidables de alta aleación tienen diferencias obvias en las propiedades físicas en comparación con el acero al carbono, sus coeficientes de conductividad térmica son bajos y sus coeficientes de expansión térmica son grandes. Para este punto se debe utilizar sujeción, pies de soldadura grandes (1-3mm), etc. durante la soldadura. método para resolver. Debido a que el material Monel 400 tiene poca fluidez al soldar metal fundido, se requiere un diseño con un ángulo de ranura grande (60-70 grados) para permitir que el alambre de soldadura llene la soldadura.
Limpie la ranura y la varilla de soldadura con acetona antes de soldar. Utilice GTAW como método de soldadura. Utilice ERNiCu-7 para el alambre de soldadura y ENICU-7 para la varilla de soldadura. Monel 400 no requiere precalentamiento antes de soldar y, en general, no requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura, porque mejora la resistencia del material después de la soldadura, lo que tendrá ciertos beneficios para uso futuro.
Campos de aplicación de Monel 400
Equipos de procesamiento marino y químico
Válvulas, bombas de agua, ejes de hélice.
Fijaciones para accesorios marinos.
Tanques de gasolina y agua limpia
Recipientes y tuberías de procesamiento.
intercambiador de calor
Aplicaciones de ingeniería típicas de Monel 400
1. Sistema de tuberías de suministro de agua y generador de vapor de la central eléctrica;
2. La parte temática de calentadores y evaporadores en plantas de sal;
3. Dispositivo de alquilación de ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico;
4. Intercambiador de calor industrial;
5. Placas compuestas en unidades de destilación de petróleo crudo;
6. Cobertor de protección contra olas para instalaciones marinas;
7. Ejes de hélices y bombas en sistemas de agua de mar;
8. Sistemas de separación de uranio y isótopos en la producción de combustible nuclear;
9. Bombas y válvulas en la producción de cloración de hidrocarburos;
10. Tubería del rehervidor MEA.
