Монель металл хим состав

Обновлено: 05.10.2024

Монель - медно-никелевый сплав, созданный в начале XX века. Его особенность состоит в том, что монель-металл выплавляется из сульфидной медно-никелевой руды без предварительного разделения меди и никеля. Данная технология производства сплава позволяет существенно снизить стоимость монель-металла.

Рисунок 1. Медно-никелевая руда

Монель - конструкционный коррозионностойкий сплав. Основными компонентами данного сплава являются медь (Cu) - 27-29%, железо (Fe) - 2-3%, марганец (Mn) - 1,2-1,8%, никель (Ni) + кобальт (Co) - остальное (по ГОСТ 492-2006).

Монель-металл и сплавы этого типа стойки в растворах нейтральных, щелочных и слабокислых солей, угольной, соляной, серной, азотной и уксусной кислот. Монель-металл устойчив против большинства органических кислот и практически не корродирует в нейтральных и щелочных растворах органических соединений. Также данный сплав стоек в растворах щелочей и атмосфере сухих газов при комнатной температуре.

Свойства сплава монель обуславливают его применение. Монель-металл, обладающий высокой коррозионной стойкостью во многих средах, применяется для изготовления деталей, работающих во всякого рода агрессивных средах. Низкая скорость коррозии в естественной морской и пресной воде определила широкое использование сплава монель в судостроении. Также данный коррозионностойкий медно-никелевый сплав нашел применение в нефтяной, химической и медицинской промышленности. Монелевые трубы, например, применяются при создании трубопроводов.

Химический состав, свойства и области применения сплава монель 400 (Nicorros®)

Монель 400, также называемый Nicorros® - конструкционный коррозионностойкий медно-никелевый сплав. Химический состав сплава монель 400 (Nicorros®) выглядит следующим образом: медь (Cu) - 28,0-34,0%, железо (Fe) - 1,0-2,5%, марганец (Mn) - max 2,0%, никель (Ni) - min 63%.

Стоит отметить, что сплав МОНЕЛЬ (MONEL® 400, 401, 404, R-405, K-500) является торговой маркой, принадлежащей компании Special Metals Corporation (USA). В то же время, некоторые европейские производители выпускают продукцию из сплава, который называется Nicorros®. Сплавы МONEL® 400 и NICORROS® являются идентичными, имеют одинаковый химический состав, свойства, применение, но разные названия.

высокая коррозионная стойкостью в большинстве химических сред;
хорошие механические свойства при температурах до 550 °C;
хорошая свариваемость (для сварки обычно применяются неплавящиеся вольфрамовые электроды) и обрабатываемость под давлением.

Сплав Nicorros® (монель 400) выпускается в виде листа, ленты, проволоки, прутка круглого и квадратного сечения.

трубы, проводящие воду и парогенераторы на электростанциях;
подогреватель и выпариватель соли;
клапаны и теплообменники, подвергающиеся воздействию кислорода при высоких температурах, давлениях и концентрациях кислорода;
трубы нагревателей для моноэтаноламина.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Монель - металл: свойства, применение, состав

История изобретения монель металла берет свое начало в 1901 году. Тогда никому не известный металлург из США Роберт Стэнли проводил исследование, целью которого было увеличить коррозионную стойкость никелевых сплавов. Полученные результаты показали, что добавление к никелю меди не только уменьшает воздействие коррозии, но и повышает его механические свойства. После того как сплав был запатентован, он получил название, в честь президента компании Э.Монеля в которой работал Роберт.

Состав монеля

Монель является продуктом компании "Special Metals Corporation". Авторские права на сплав полностью принадлежат ей. Монель считается самым коррозионностойким сплавом среди всех металлов на основе никеля и меди. Помимо этого он обладает достаточно высокой прочностью и технологичностью.

Наиболее распространённой маркой в производстве является монель 400. Его химический состав включает в себя следующие компоненты:

Никель 63%. Этот металл служит главным связующим материалом и в основном определяет свойства монеля.
Медь 32%. Способствует повышению сопротивления сплава к коррозии. Благоприятно влияет на его прочностные характеристики. В частности, значительно повышает ударную вязкость сплава.
Железо не более 2,5%. Вводят в сплав исключительно для улучшения технологических свойств. Наличие железа уменьшает вероятность образования трещин при горячей обработке металла давлением.
Марганец не более 2,5%. Этот компонент добавляется в сплав в качестве раскиcлителя. Он способствует удалению кислорода из монеля, делая его состав более однородным. Уменьшает зернистость сплава, улучшая тем самым его прочностные свойства. Повышает значение упругости.

Марки монеля

Помимо монеля 400 существует еще около 10 разновидностей данного сплава. Среди них стоит отметить монель 400 и К500.

Монель 405 по своему химическому составу практически идентичен 400-ому. Отличием служит содержание 0,5% кремния, что положительно влияет на технологичность металла. Сплав лучше поддается пайке и обработке резанием. Механические свойства хоть и не значительно, но все же превосходят монель 400.

Монель К500 дополнительно легирован алюминием и титаном. Прочность данного сплава по сравнению с вышепредставленными марками выше на 25%. Жаростойкость и сопротивление коррозии также находятся на более высоком уровне. По этой причине К500 все чаще используется в качестве конструкционного материала для изготовления космических аппаратов.

Характеристики

Плотность составляет 8800 кг\м3. Плавиться начинает при температуре 1350 градусов. Хорошо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности равен 0,06 кал/см*сек*С. Как проводник тока данный сплав не эффективен. Его удельное электрическое сопротивление колеблется в пределах 0,425-0,430 Ом*мм2/м.

По прочностным характеристикам металл схож с легированными конструкционными сталями. Его временное сопротивление на разрыв составляет 550 МПа. Деформироваться металл начинает при нагрузке в 430 МПа. Упругость монеля чуть ниже, чем у стали. Модуль Юнга равен 1,8 МПа. Сплав обладает высокой пластичностью с относительным удлинением на сжатие 45-50%. Твердость равна 150-200 единиц по шкале Виккерса в зависимости от температуры отжига и марки монеля. Металл не теряет своих механических свойств при температуре работы до 550 ºC.

Металл коррозионноустойчив по отношению к щелочным и нейтральным солям. Не вступает в химическую реакцию со фтором и водородом, минеральными и органическими кислотами. Инертен к большинству щелочей и морской воде. В обычных атмосферных условиях металл коррозирует со скоростью 0,0008 мм в год. В жесткой воде и при температуре 60 градусов этот параметр увеличивается до 0,003 мм\год. Среди его недостатков стоит отметить неустойчивость монеля к оксиду азота, сере и веществам, содержащим в своем составе хлор.

Повышенная пластичность позволяет обрабатывать металл всевозможными способами горячей и холодной обработки давлением: штамповка, протягивание, ковка и прочее. Монель поддается пайке. Соединение получаются плотными и не требуют дополнительной подготовки.

Среди минусов - сложность проведения токарной обработки. В силу высокой вязкости при резании металл прилипает к поверхности резца, уменьшая тем самым производительность данного процесса.

Виды поставок

Поставляется монель следующим сортаментом:

Проволока, диаметр которой может достигать 0,1 мм.
Монелевые прутки.
Трубы.
Листы.

Применение

В силу всех вышеперечисленные свойств монель применяется главным образом в случаях, когда требуется повышенная коррозионностойкость металла. Среди наиболее востребованных областей производств стоит выделить следующее:

Медно-никелевый сплав монель

Монель - коррозионностойкий медно-никелевый сплав. Основными компонентами являются никель (Ni), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn). Обладает высокой коррозионной стойкостью и пределом прочности, хорошей пластичностью. Данный сплав применяется в химической, нефтяной, судостроительной, медицинской промышленности, а также в аппаратостроении.

История создания монеля

Монель-металл был разработан металлургом из США Дэвидом Брауном, занимавшим должность главного металлурга в компании International Nickel Co. Название данный сплав получил в честь президента компании Эмброуза Монеля. Патент на сплав монель был получен в 1906 году.

Свойства монеля

Основным практически полезным свойством монель-металла является высокая коррозионная стойкость данного сплава в различных агрессивных средах. Монель стоек в растворах нейтральных, щелочных и слабокислых солей, угольной, соляной, серной, азотной и уксусной кислот. Также данный сплав устойчив против большинства органических кислот и практически не корродирует в нейтральных и щелочных растворах органических соединений. В растворах щелочей, атмосфере сухих газов при комнатной температуре, морской и пресной воде монель-металл также показывает высокую устойчивость к коррозии.

Среди механических свойств сплава стоит отметить его высокую прочность.

Технологические свойства сплава, а именно, его высокая пластичность позволяют без проблем обрабатывать монель давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Также обладает хорошей свариваемостью. А вот механическую обработку необходимо осуществлять с низкой скоростью резания и подачей вследствие быстрого нагартовывания материала.

Марки монеля

Зарубежная промышленность производит монель марок 400, 401, 404, R-405, K-500. Указанные марки незначительно отличаются между собой по химическому составу. Как правило, отличия заключаются в наличии тех или иных легирующих элементов и процентном содержании некоторых примесей. Например монель K-500 легируется алюминием и титаном, что увеличивает прочность и твердость сплава.

Достоинства / недостатки монеля

Достоинства

сплав, обладающий высокой стойкостью к коррозии во многих агрессивных средах;
имеет достаточно высокие прочностные характеристики;
обладает хорошими технологическими свойствами - пластичностью и свариваемостью.

Недостатки

достаточно дорогой сплав по сравнению с другими коррозионностойкими материалами.

Области применения монеля

Области применения медно-никелевого сплава монель обусловлены его свойствами. Основным практически полезным свойством является высокая стойкость к коррозии во множестве агрессивных сред. Это позволяет использовать монель как конструкционный материал для создания судов, трубопроводов для передачи агрессивных веществ и соответствующей арматуры, валов насосов и компрессоров, технологического оборудования нефтегазовой отрасли. Также монель-металл может наплавляться на детали, выполненные из не коррозионностойких материалов с целью их защиты от коррозии.

Некоторые марки монель-металла имеют достаточно малые температурные коэффициенты электрического сопротивления и средние значения удельного электрического сопротивления. Данные особенности позволяют применять монель соответствующих марок в специализированных электротехнических и электронных устройствах.

Продукция из монеля

Основными видами продукции, которые выпускает промышленность, являются монелевая проволока, нить (проволока малых диаметров), монелевые прутки (круги), монелевые трубы, листы. Вся перечисленная продукция применяется в областях, в которых предъявляются повышенные требования к коррозионной стойкости материалов.

Применение продукции из сплава монель для создания трубопроводов

Медно-никелевый сплав монель широко используется при производстве промышленных и технологических трубопроводов различного назначения. Основной причиной его применения является высокая коррозионная стойкость материала к химической агрессии перекачиваемой продукции, особенно кислотных и щелочных сред, а также к воздействию морской и пресной воды. Опыт показывает, что монелевые трубы и детали из монеля позволяют существенно увеличить производительность и срок службы трубопроводов.

Ключевые достоинства продукции из монеля в составе трубопроводов

С одной стороны монель эффективно противостоит коррозионному истончению, расслоению и растрескиванию внутренних стенок трубопроводов, повреждению запорной арматуры, различных узлов и оборудования трубопроводных систем. С другой – сводит к минимуму риск аварий, связанных с утечкой опасных веществ. В данном контексте использование труб из сплавов группы монель-металл (25-38% Cu, 62-70% Ni) выглядит не только экономически целесообразным, но и необходимым фактором, обеспечивающим безопасность персонала и окружающей среды, защищая их от воздействия токсичных смесей. Это крайне важное обстоятельство, поскольку по статистике около 90% аварийных ситуаций на трубопроводах происходит из-за коррозионного поражения материала труб.

Марки сплава монель для трубопроводных систем

Для изготовления конструктивных элементов трубопроводов применяется продукция из сплавов серии монель-металл отечественного и зарубежного производства. Их различие заключается в разной концентрации основных компонентов, образующих сплав, а так же в присутствии тех или иных примесей, что в сумме определяет структуру материала и свойства конечного продукта.

Российские марки сплава

Зарубежные марки сплава

механической прочностью;
высокой сопротивляемостью на разрыв (50-80 кг/мм 2 );
термической стойкостью (до 1300-1360°С);
хорошей свариваемостью при использовании специальных припоев и флюсов;
обрабатываемостью обычными методами обработки.

Отечественные монелевые трубы и прокат производятся в соответствии с ГОСТ, ОСТ и ТУ, а зарубежные сертифицируются по стандартам ASTM, ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 и по ряду других нормативных документов.

Продукция из монеля в трубопроводах по отраслям промышленности

Количество отраслей промышленности, на предприятиях которых монель-металл в виде труб входит в состав трубопроводного оборудования, достаточно велико. К ним относятся нефтегазовая и пищевая отрасли, химическая и фармацевтическая промышленность, машино- и судостроение и т.д. Монелевые листы и полосы, прутки и круги, используются для изготовления элементов соединения труб (фланцев, болтов, шпилек) и запорной арматуры, прокладок и клапанов, деталей насосов, охладителей, подогревателей и выпаривателей.

Судостроение

Поскольку монель не корродирует в быстро движущейся насыщенной солью морской воде, его применяют для теплообменной аппаратуры, служащей для понижения температуры смазочного масла и деталей силовых установок морских судов. Теплообменник представляет собой металлический корпус, внутри которого расположены монелевые трубы в виде циркуляционного контура. По контуру течет охлаждающая забортная морская вода, охлаждая среду, находящуюся с внешней стороны труб.

Рисунок 1. Теплообменник с трубами из монель-металла.

Нефтегазовая отрасль

В нефтегазовой промышленности трубы из монеля применяются для геофизических исследований. Монелевые обратные клапаны в форме тарелки используются для оснащения обсадных колонн нефтяных и газовых скважин. Сплавы группы монель-металл одни из немногих, которые способны противостоять коррозии в скважинах с органической кислой средой, в которых выделяется сероводород или углекислый газ. Монелевые клапаны устанавливаются последовательно в межтрубном пространстве для регулирования и снятия избыточного давления рабочей среды.

Рисунок 2. Обратный клапан из сплава монель.

Пищевая промышленность

Использование монелевых труб, кранов, соединительных и фасонных частей, в трубопроводах пищевой отрасли обусловлено тем, что сплав оптимален с точки зрения гигиены. Сплавы серии монель-металл устойчивы к воздействию пищевых красителей, а также к химическим моющим средствам, которыми они регулярно промываются и дезинфицируются. Отсутствие внутренней коррозии монеля обеспечивает чистоту контактирующей с ним продукции, плотность соединений препятствует попаданию бактерий, температурная стойкость и прочность обеспечивает длительный срок службы.

Фармацевтика

Из труб сплава монель изготавливаются внутрицеховые трубопроводы на предприятиях фармацевтической отрасли. Трубопроводные системы предназначены для перемещения жидких растворов к месту производства лекарств, поставки высокоочищенной воды для ополаскивания ампул и флаконов. Монелевые трубы отвечают высоким требованиям в плане отсутствия абсорбции транспортируемых продуктов и коррозии при взаимодействии с химически активными средами.

Химическая промышленность

Благодаря высокой сопротивляемости кислотной и кислородной коррозии монель-металл широко применяется в трубопроводах предприятий химической промышленности, транспортирующих химически активные токсичные и горючие вещества. Главным образом это монелевые трубы и соединительные фланцы подземных и наземных трубопроводных систем. Устойчивость сплава к разрушению препятствует разгерметизации трубопроводов, обеспечивая не только нормальную работу производств, но и безопасность технического персонала.

Машиностроение

В машиностроении монель в виде отливок, листов и прутков используют для изготовления корпусов, рабочих колес и клапанов насосов, пружин, втулок и целого ряда других деталей, от которых требуется высокая прочность и коррозионная стойкость. Как правило, это касается судовых механизмов, автоклавов, машин для химического и текстильного производства, работающих в условиях агрессивных сред при температурах до 300°С. Монелевые трубы применяют для производства вакуумных линий химических реакторов, различных газоподводящих систем, систем охлаждения и подогрева в обменных аппаратах для получения химической продукции и т.п.

Монель в космосе и на земле

Помимо перечисленных отраслей монелевые трубы и детали можно встретить в конструкции самых разных трубопроводных систем, вплоть до технологических трубопроводов на борту международной космической станции (МКС). Трубы из монеля на орбите эксплуатируются не только внутри модулей, но и снаружи, в открытом космосе. Они функционируют годами и без ремонта в условиях вакуума и постоянных ежесуточных перепадов температур от +160°C до -100°C, что лишний раз подтверждает незаурядные свойства сплава.

Монель это конструкционный, коррозионностойкий сплав на основе никеля и меди для работы в агрессивных средах

Монель это сплав для сложных условий эксплуатации

При упоминании этого сплава принято уточнять, что речь идет именно о сплаве: «Монель-металл».

Монель – это семейство конструкционных коррозионностойких сплавов на основе меди и никеля. Впервые монель был получен в компании International Nickel Company. Он назван по фамилии ее руководителя – Эмброуза Монеля, а название запатентовано в качестве торговой марки, принадлежащей компании.

Свойства монель

Монель-металл прочен и жаростоек до 500 о С, но при этом обладает пластичностью, позволяющей обрабатывать его деформирующими методами – холодной и горячей штамповкой, волочением, прокаткой.

Сплав плохо поддается обработке резанием, при поверхностном деформировании быстро нагартовывается. Обработка сверлами, фрезами, резцами производится с малой подачей при невысоких скоростях.

Высокая коррозионная стойкость монель проявляется в различных агрессивных средах:

в кислородной и других газовых средах;

в морской воде, в том числе при ее интенсивном потоке;

в растворах солей – слабокислых, щелочных, нейтральных;

в щелочных растворах и в среде жидких органических соединений;

в кислотах – уксусной, угольной, соляной, серной, азотной.

Некоторые марки сплава не горят даже при нагреве в атмосфере чистого кислорода.

В среде электролита, например в морской воде, при контакте с железными сплавами монель подвергается сильной электрохимической коррозии. Поэтому его нужно тщательно изолировать от стальных элементов конструкции.

Применение монель

Применение монель-металла определяется его стойкостью к коррозии и прочностью. Из него изготавливают:

трубопроводы, валы и крыльчатки насосов, запорную арматуру, фильтрующие сетки, теплообменники для систем с химически активными рабочими средами – в нефтехимической, фармацевтической, пищевой промышленности;

некоторые детали точной механики, в частности, часов повышенной надежности;

клапаны духовых инструментов высокого класса;

для окольцовки птиц при исследовании их миграции;

немагнитные марки применяются для изготовления высокочувствительных приборов и тросов минных тральщиков.

Разновидности монель-металла

Monel 400: аналог НМЖМц.

Monel 401: имеет очень низкий термический коэффициент электросопротивления. Используется в электронике и электротехнических устройствах. Проволока монель 401 идет на изготовление резисторов повышенной точности, а лента – на биметаллические контакторы.

Monel 404: имеет низкую температуру Кюри, невысокую магнитную проницаемость, хорошо паяется. Применяется в электронной промышленности.

Monel R-405: аналог Monel 400, имеющий улучшенную обрабатываемость. Из него изготавливают детали, требующие точной обработки.

Monel К-500: сплав с добавками алюминия и титана. При высокой коррозионной стойкости обладает намного большей прочностью, чем Monel 400.

Читайте также: