Monel 400 ASTM-Norm

Monel 400 (UNS N04400 / Legierung 400) ist eine binäre Ni-Cu-Legierung, die sich durch eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Meerwasser und viele korrosive Chemikalien auszeichnet und eine hervorragende mechanische Leistung von Temperaturen unter dem Gefrierpunkt bis etwa 538°C (1.000°F) aufweist. Für die technische Beschaffung und Spezifikation gibt es eine Reihe von ASTM/ASME-Normen (am häufigsten ASTM B127, B164, B165, B166(und damit verbundene Produktnormen), in denen Zusammensetzungsgrenzen, mechanische Anforderungen, Produktformen und erforderliche Tests festgelegt sind - verwenden Sie also das entsprechende ASTM-Dokument für jede Produktform, wenn Sie eine Kaufspezifikation schreiben.

Was ist der Werkstoff Monel 400?

Die Legierung 400 (üblicherweise unter dem Markennamen Monel® vermarktet) ist eine Nickel-Kupfer-Mischkristalllegierung (UNS N04400). Es handelt sich um ein einphasiges kubisch-flächenzentriertes Metall, das unter typischen Bedingungen nur durch Kaltverformung (nicht durch Wärmebehandlung) verfestigt wird. Sein praktischer Wert ergibt sich aus der Kombination von hohem Nickelgehalt (Mehrheit), beträchtlichem Kupfergehalt, guter Zähigkeit und einer Korrosionsbeständigkeit, die in vielen Chlorid- und Meerwasserumgebungen besser ist als bei herkömmlichen nichtrostenden Stählen. Für Alloy 400 liegen umfangreiche technische Erfahrungen und Betriebsdaten in der Schifffahrt, der chemischen Verarbeitung und der Kohlenwasserstoffindustrie vor.

Chemische Zusammensetzung und Mikrogefüge

Wichtige Zusammensetzungsgrenzwerte (typische ASTM-/Industriegrenzwerte)

In der folgenden Tabelle sind die in den ASTM-Produktnormen für UNS N04400 allgemein genannten Zusammensetzungsgrenzen zusammengefasst. Die genauen Grenzwerte können zwischen den einzelnen ASTM-Dokumenten oder nationalen Normen leicht variieren; geben Sie bei einer Bestellung immer die maßgebliche Spezifikation an.

Anmerkungen: In vielen Datenblättern sind Nickel als dominierendes Element und Kupfer typischerweise im Bereich 28-34% angegeben; die Spurenelemente (Fe, Mn, Si) werden streng kontrolliert, da sie das mechanische und Korrosionsverhalten beeinflussen. Für genaue Abnahmekriterien ist die genaue ASTM-Produktnorm zu verwenden, die für die Form des Bauteils (Platte, Stange, Rohr usw.) gilt.

Mikrostruktur

Die Legierung 400 ist ein einphasiger, kubisch-flächenzentrierter Mischkristall (keine ausscheidungshärtenden Phasen). Im polierten, ungeätzten Zustand weist sie in der Regel nur dispergierte nichtmetallische Einschlüsse (Sulfide, Oxide) auf. Da die Legierung einphasig ist, erfolgt die mechanische Verfestigung durch Kaltverformung und nicht durch Alterung.

ASTM / ASME-Normen - welche für jede Produktform zu verwenden sind

Wenn Sie Monel 400 spezifizieren, bestimmt die Produktform, welche ASTM/ASME-Norm gilt. Nachstehend finden Sie eine kompakte Karte, die Ingenieure bei der Erstellung von Einkaufsunterlagen verwenden.

Wie man diese Normen liest: Jede Norm legt chemische Grenzwerte, mechanische Prüfungen (Zug, Dehnung), zulässige Zustände (warmverformt, kaltverformt, geglüht), erforderliche Prüfungen (Spannung, Härte) und gegebenenfalls zusätzliche zerstörungsfreie Prüfungen fest. Viele Produktformen haben auch entsprechende ASME Boiler & Pressure Vessel Code (SB/SA) Äquivalente, die für Druckgeräte verwendet werden. Beziehen Sie sich immer auf das genaue Jahr/die genaue Version der Norm, die für Ihren Kunden oder Ihr Projekt erforderlich ist.

Mechanische Eigenschaften und Temperaturgrenzen

Repräsentative mechanische Kurzzeiteigenschaften

Zulässige Spannungen, Kriechdaten und Konstruktionsgrenzen werden bei der Konstruktion von Druckgeräten normalerweise aus ASME-Tabellen oder Materialdatenblättern entnommen. Monel 400 behält seine Duktilität bei kryogenen Temperaturen und zeigt eine Verfestigung bei Kaltverformung.

Korrosionsverhalten - was es aushält und wo Vorsicht geboten ist

Der gute Ruf von Alloy 400 beruht auf praktischen Betriebsdaten, die niedrige Korrosionsraten in vielen aggressiven Umgebungen zeigen.

Praktische Zusammenfassung der Korrosion

• Ausgezeichnet: fließendes Meer- und Brackwasser, neutrale bis reduzierende Chloridlösungen, viele Laugen (Ätzmittel) unter bestimmten Bedingungen.

• Gut: viele organische Säuren, verdünnte Schwefelsäuren (je nach Konzentration und Temperatur), wenn der Sauerstoff kontrolliert wird.

• Schlecht oder Vorsicht: konzentrierte oxidierende Säuren (starke Salpetersäure), stark oxidierende Chloride und hohe Temperaturen, die bei einigen Ni-Cu-Legierungen einen lokalen Angriff begünstigen können, sowie einige Umgebungen, die Wasserstoffversprödung oder Spannungsrisskorrosion (SCC) verursachen - obwohl Alloy 400 widerstandsfähiger gegen Chlorid-SCC ist als viele austenitische nichtrostende Stähle.

Korrosionstabelle - gängige Medien

Praktischer Hinweis: Die Kombination aus Temperatur, Chloridkonzentration, Spannung (Zug- oder Restspannung) und Sauerstoffgehalt steuert viele Korrosionsausfallarten. Für kritische Anwendungen sollten Sie einen Coupon-Test anfordern oder die Korrosionsdaten des Herstellers für Ihre genaue Temperatur/Chemie-Mischung prüfen.

Fabrikation und Schweißen

Schweißeignung: Die Legierung 400 lässt sich mit den üblichen Schmelz- und Widerstandsverfahren problemlos schweißen. Typische Schweißzusatzwerkstoffe für MIG/TIG sind Monel® -Legierungen (z. B. Monel 400 oder Monel 60), Stäbe auf Nickel-Kupfer-Basis oder andere Nickellegierungen nach Vorgabe. Ein Vorwärmen ist im Allgemeinen nicht erforderlich; auch ein Glühen nach dem Schweißen ist normalerweise nicht notwendig, da die Legierung nur durch Kaltverformung verfestigt wird. Schweißnähte sind duktil und weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, wenn die Auswahl des Schweißguts kompatibel ist.

Bearbeitbarkeit: Die Bearbeitungsgeschwindigkeiten sind moderat; Werkzeuge und Vorschübe sollten je nach Querschnittsgröße und Härtegrad gewählt werden. In der Praxis ist die Bearbeitbarkeit ähnlich wie bei hochnickelhaltigen Werkstoffen; die Hersteller geben oft Hinweise zur Bearbeitung.

Umformung und Kaltbearbeitung: Monel 400 kann warm- und kaltverformt werden; Kaltverformung erhöht die Festigkeit und Härte. Für enge Umformungen (Tiefziehen) ist geglühtes Material zu verwenden; für Anwendungen, die eine höhere Festigkeit erfordern, ist ein kaltverfestigter Zustand anzugeben (z. B. 1/4 hart, 1/2 hart). Die Kaltverfestigungsraten sind mäßig bis hoch - planen Sie den Werkzeugabstand und die Presskräfte entsprechend.

Schweißnahtprüfung: Bei druckfesten Schweißnähten sind die geltenden ASTM/ASME-Kriterien für Sicht-, Farbeindring-, Röntgen- oder Ultraschallprüfungen zu befolgen, wie in der entsprechenden Spezifikation gefordert.

Wärmebehandlung und Verfestigung

Monel 400 ist nicht ausscheidungshärtend. Die mechanische Festigkeit wird hauptsächlich durch Kaltverformung erhöht. Das Glühen (Erweichen) erfolgt durch Lösungsglühen, um die Duktilität nach starker Kaltverformung wiederherzustellen. Typische Glühpläne zur Beseitigung der Kaltverfestigung sind in den Herstellerdaten und Produktnormen definiert (siehe ASTM-Spezifikation oder Materialdatenblatt des Herstellers). Da die Verfestigung durch Kaltverformung erfolgen muss, wählen die Konstrukteure den Härtegrad auf der Grundlage der erforderlichen Streck- oder Zugfestigkeitswerte.

Prüfung, Inspektion und Qualitätsabnahme (ASTM-Anforderungen)

Typische Tests, die von den ASTM-Produktnormen gefordert werden, umfassen:

• Chemische Analyse - eine Analyse pro Brunst oder Partie (genaue Häufigkeit nach Norm).

• Zugversuch(e) - Ertrag/UTS/Dehnung je Zustand und Produktgröße.

• Härte - wo angegeben, oder als Nachweis für kaltverformte Temperamente.

• Hydrostatische Prüfung / zerstörungsfreie elektrische Prüfung - für Rohre gemäß ASTM B165.

• Makroskopische/mikroskopische Untersuchung - manchmal für Schmiedestücke oder kritische Teile erforderlich.

• Zertifizierung - Werksprüfberichte (MTR), rückverfolgbar auf die in der Bestellung angegebene Hitze und Norm.

Wenn Druckgeräte vorgesehen sind, stellen Sie sicher, dass der Abschnitt des ASME-Codes und die SB/SA-Bezeichnung ebenfalls in der Bestellung enthalten sind (z. B. ASME SB165).

Anwendungen und Alternativen - Überlegungen zur Auswahl

Typische Anwendungsbereiche

• Hardware für die Schifffahrt: Wellen, Propellerteile, Befestigungselemente.

• Chemische Verarbeitung: Behälter, Wärmetauscher, Rohrleitungen für Brack- oder Salzwasser.

• Kohlenwasserstoff- und Offshore-Systeme: Ventile, Pumpenschächte, Armaturen.

• Kryogene Gegenstände, bei denen Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist.

• Federn und Beschläge, bei denen Korrosion und mäßige Festigkeit erforderlich sind.

Vergleichstabelle (Alloy 400 vs. Alternativen)

Tipp zur Auswahl: Wählen Sie Alloy 400, wenn Chlorid-/Seewassereinwirkung und Zähigkeit wichtig sind, aber eine extrem hohe Festigkeit oder Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit nicht das Hauptkriterium ist. Bei stark oxidierenden Säuren oder sehr hohen Anforderungen an die Festigkeit sollten andere Nickellegierungen in Betracht gezogen werden (z. B. Alloy 625, Alloy 825).

wie man Monel 400 in einer Bestellung angibt

Wenn Sie eine Bestellung oder eine technische Spezifikation für einen Artikel aus Monel 400 schreiben, fügen Sie diese bei:

1. Werkstoffbezeichnung und UNS-Nummer - "Legierung 400, UNS N04400".

2. Form und Ausführung des Produkts - z.B. "Blech, 12 mm, geglüht, ASTM B127 (letzte Revision), ASME SB127".

3. ASTM/ASME-Spezifikation und Jahr der Überarbeitung - z.B. "ASTM B127-19 / ASME SB127".

4. Erforderliche Temperatur/Kondition - geglüht, spannungsarmgeglüht, 1/4 hart, usw.

5. Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften - Mindestwerte für Zugfestigkeit, Streckung und Dehnung gemäß den geltenden ASTM-Tabellen oder geschützten Werten.

6. Akzeptanz der chemischen Zusammensetzung - auf die ASTM-Tabelle verweisen; verlangen, dass der Sendung ein MTR (Mill Test Report) beigefügt wird.

7. Prüfung und Inspektion - Geben Sie die erforderlichen Prüfungen an: Härte, Zugfestigkeit, Wasserdruck (bei Rohren), zerstörungsfreie Prüfung (bei Schweißnähten), PMI, falls erforderlich.

8. Rückverfolgbarkeit - Stempeln der Wärmenummer, MTR und Bescheinigung nach EN 10204 3.1 oder gleichwertig, falls gewünscht.

9. Verpackung und Kennzeichnung - gemäß ASTM und Herstellerpraxis.

10. Herkunftsland, Sonderzulassungen - Falls für das Projekt besondere Zulassungen erforderlich sind (z. B. Lloyd's, DNV, ABS), sind diese anzugeben.

Praktische Konstruktionshinweise und Servicetipps

• Vermeiden Sie die Angabe hoher Zugfestigkeiten für Bauteile, die aggressiven Chlorid- und Zugbelastungen ausgesetzt sind, es sei denn, die Beständigkeit wird durch Feldversuche bestätigt.

• Für einen langen Einsatz im Meerwasser sind der kathodische Schutz und die galvanische Verträglichkeit zu beachten (Ni-Cu-Legierungen können sich mit herkömmlichen Stählen verbinden).

• Für geschweißte Baugruppen in korrosiven Umgebungen wählen Sie einen kompatiblen Schweißzusatzwerkstoff und eine Nachbehandlung nur dann, wenn dies gemäß Produktnorm erforderlich ist.

• Wenn Sie ein Material ersetzen, überprüfen Sie die chemische und mechanische Gleichwertigkeit, nicht nur den Handelsnamen. Die UNS-Nummern sind der sicherste Weg, die Legierung zu spezifizieren.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

1. Wie lautet die ASTM-Norm für Monel 400-Platten?
ASTM B127 (ASME SB127) regelt gewalzte Platten, Bleche und Bänder in UNS N04400. Geben Sie immer das Jahr der Revision an, die Sie benötigen.

2. Welche Norm gilt für Stäbe und Stangen aus Monel 400?
ASTM B164 umfasst Stangen, Stäbe und Drähte (warm- und kaltverformt) für UNS N04400 Formen.

3. Auf welche Norm sollte ich mich bei nahtlosen Rohren aus Monel 400 beziehen?
ASTM B165 (ASME SB165) ist die typische Norm für nahtlose Rohre aus UNS N04400.

4. Ist Monel 400 zur Erhöhung der Festigkeit wärmebehandelbar?
Nein. Alloy 400 ist durch Kaltarbeit verstärktnicht durch Ausscheidungswärmebehandlung. Die Festigkeit nimmt mit der Verformung zu; das Glühen stellt die Duktilität wieder her.

5. Wie beständig ist Monel 400 gegen Meerwasser?
Äußerst widerstandsfähig; weit verbreitet für Anwendungen in fließendem Meerwasser (Wellen, Pumpen, Wärmetauscher). Es ist eine der bevorzugten Legierungen für solche Anwendungen.

6. Entstehen bei Monel 400 Chlorid-Spannungskorrosionsrisse (SCC)?
Sie ist weniger empfindlich als viele austenitische nichtrostende Stähle, aber die Bedingungen (Temperatur, Zugspannung, Umgebung) können dennoch Probleme verursachen. Zur Sicherheit sollten Sie die anwendungsspezifischen Daten prüfen.

7. Welche Schweißzusatzwerkstoffe werden zum Schweißen empfohlen?
In der Regel werden Nickel-Kupfer-Legierungen (Monel-Füllstoffe) oder kompatible Nickel-Füllstäbe verwendet; wählen Sie den Füllstoff entsprechend den Korrosions- und mechanischen Anforderungen aus.

8. Kann Monel 400 bei hohen Temperaturen verwendet werden?
Ja, die Verwendung ist bis zu ~538°C (1.000°F) in oxidierenden Atmosphären für einen begrenzten Einsatz üblich, aber die Hochtemperaturfestigkeit und das Oxidationsverhalten sollten für jede Konstruktion geprüft werden.

9. Wie sollte ich von einer Mühle eine Prüfung und Zertifizierung verlangen?
Bitten Sie um Werksprüfberichte (MTRs), die die Ergebnisse der chemischen Analyse und der mechanischen Prüfung gemäß der von Ihnen genannten ASTM-Norm zeigen; verlangen Sie die Rückverfolgbarkeit bis zur Schmelznummer. Fügen Sie der Bestellung zusätzliche NDT- oder Druckprüfungen bei.

10. Gibt es moderne Äquivalente oder Ersatzstoffe?
Alternativen hängen von der kritischen Eigenschaft ab: für höhere Festigkeit oder Beständigkeit gegen oxidierende Säuren sind Nickel-Chrom- oder Nickel-Moly-Legierungen (z. B. Alloy 625, Alloy 825) in Betracht zu ziehen. Bei kostensensiblen Anwendungen können nichtrostende Duplexstähle für einige Seewasseranwendungen in Betracht gezogen werden - aber prüfen Sie sorgfältig das Verhalten bei SCC und lokaler Korrosion.