모넬 K500과 모넬 400은 동일한 베이스를 공유합니다: 대략 니켈 2부와 구리 1부로, 동일한 부식 특성과 동일한 면심 입방 격자 구조를 가집니다. 두 합금 모두 석출 경화 초합금이 아니며, 온도 범위의 최상단을 위해 선택되지도 않습니다. 두 합금의 차이는 두 가지 합금 첨가와 그 첨가로 인해 가능한 열처리이며, 이 글의 거의 모든 물성 차이는 그곳에서 비롯됩니다.
비교가 가장 자주 잘못 다루어지는 부분이기 때문에, 한 가지 결과는 처음에 언급할 가치가 있습니다. 이 두 합금에 대해 발표된 강도 수치는 형태와 열처리 조건별로 주어지며, 그 사이의 간격은 어떤 조건을 비교하느냐에 따라 엄청나게 달라집니다. 조건을 명시하지 않은 비교는 아무것도 지정하는 데 사용할 수 없으므로, 아래 수치는 따라서 조건이 첨부된 상태로 제공됩니다.
합금 400은 고용체 합금입니다. 니켈과 구리는 모든 비율에서 서로 용해되므로 재료는 단상이며, 이를 경화시키는 유일한 방법은 냉간 가공하는 것입니다. 합금 K500은 동일한 베이스에 알루미늄과 티타늄을 첨가하여 합금이 시효 경화되도록 합니다: 제어된 가열 사이클은 Ni의 미세 입자를 석출시킵니다3(Ti, Al)이 격자 전체에 걸쳐 있습니다. 발표된 설명은 명확하게 말합니다. K500은 400의 내식성과 더 큰 강도 및 경도의 추가적인 이점을 결합하며, 이러한 증가는 두 가지 첨가와 시효 처리에서 비롯됩니다.
성분은 정확히 이 두 원소와 잔류물의 작은 변화에서 차이가 납니다. 다른 모든 수치는 비슷하며, 이것이 두 합금이 서비스에서 그렇게 유사하게 작동하는 이유입니다.
| 원소 | 모넬 400 (N04400) | 모넬 K500 (N05500) | 차이가 하는 일 |
|---|---|---|---|
| 니켈 및 코발트 | 최소 63.0 % | 최소 63.0 % | 동일한 베이스 |
| 구리 | 28.0 % ~ 34.0 % | 27.0 % ~ 33.0 % | 시효 경화 등급에서 약간 더 좁은 범위, 비율이 시효 응답에 영향을 미치기 때문 |
| 알루미늄 | 지정된 원소가 아님 | 2.30 % ~ 3.15 % | 합금을 시효 경화시킬 수 있게 하는 두 가지 첨가 중 하나 |
| 티타늄 | 지정된 원소가 아님 | 0.35 % ~ 0.85 % | 다른 첨가. 알루미늄과 함께 침전물을 형성합니다 |
| 철 | 최대 2.5 % | 최대 2.0 % | 더 단단한 등급의 더 좁은 잔류물 |
| 망간 | 최대 2.0 % | 최대 1.5 % | 더 단단한 등급의 더 좁은 잔류물 |
| 탄소 | 최대 0.3 % | 최대 0.25 % | 더 단단한 등급의 더 좁은 잔류물 |
| 규소 | 최대 0.5 % | 최대 0.5 % | 변경 없음 |
| 황 | 최대 0.024 % | 최대 0.01 % | K500에서 상당히 더 좁아짐. 황은 뜨거운 연성을 손상시키는 원소이며, 시효 등급은 여유 연성이 적습니다 |
황 한계는 해당 표에서 조용한 줄입니다. K500에서 400보다 약 2.5배 더 좁으며, 그 이유는 합금을 강하게 만드는 동일한 특성입니다: 침전물이 제자리에 놓이면 황 개재물이 결정립계에 가하는 손상을 흡수할 수 있는 연성이 적습니다.
발표된 비교에 따르면 K500은 400의 항복 강도의 약 3배, 인장 강도의 약 2배입니다. 이것은 실제 수치이며, 한 쌍의 조건을 설명합니다. 아래 표는 각 합금이 실제로 공급되는 조건에서 로드 및 바에 대해 두 합금을 서로 비교합니다.
| 형태 및 조건 | 인장 강도 | 항복 강도, 0.2 % 오프셋 | 연신율 | 경도 |
|---|---|---|---|---|
| 모넬 400, 로드 및 바, 풀림 처리 | 517 ~ 620 MPa | 172 ~ 345 MPa | 60 % ~ 35 % | 110 ~ 149 HB |
| 모넬 400, 로드 및 바, 열간 압연 | 552 ~ 758 MPa | 276 ~ 690 MPa | 60 % ~ 30 % | 140 ~ 241 HB |
| 모넬 400, 로드 및 바, 냉간 인발 및 응력 완화 | 579 ~ 827 MPa | 379 ~ 690 MPa | 40 % ~ 22 % | 160 ~ 225 HB |
| 모넬 K500, 로드 및 바, 풀림 처리 | 621 ~ 758 MPa | 276 ~ 414 MPa | 45 % ~ 25 % | 140 ~ 185 HB |
| 모넬 K500, 로드 및 바, 열간 압연 | 621 ~ 1,069 MPa | 276 ~ 758 MPa | 45 % ~ 20 % | 140 ~ 315 HB |
| 모넬 K500, 로드 및 바, 냉간 인발 및 시효 처리 | 931 ~ 1,276 MPa | 655 ~ 1,103 MPa | 30 % ~ 15 % | 255 ~ 370 HB |
이 표를 아래로 읽으면 주장이 명확해집니다. 풀림 처리된 조건의 K500은 풀림 처리된 조건의 400보다 인장 강도는 약 1.2배, 항복 강도는 약 1.4배 더 강합니다. 이것은 간격이며 요인이 아닙니다. 열간 압연의 경우, 두 합금은 거의 완전히 겹칩니다: 항복 범위는 400의 경우 276 ~ 690 MPa이고 K500의 경우 276 ~ 758 MPa이므로, 400의 열간 압연 바는 K500의 열간 압연 바만큼 강할 수 있습니다.
발표된 3배 및 2배 수치가 실제로 비교하는 것은 시효 경화된 K500과 풀림 처리된 400입니다. 이것은 합법적인 비교입니다. 왜냐하면 두 합금이 가장 자주 서로 비교되는 방식이기 때문입니다. 하지만 이것은 두 합금 간의 비교가 아니라 두 조건 간의 비교입니다.
| 비교되는 쌍 | 인장 강도 비율 | 항복 강도 비율 | 발표된 주장이 맞습니까? |
|---|---|---|---|
| 시효 경화된 K500 대 풀림 처리된 400 | 약 2.0배 | 약 3.0배 | 예. 이것이 발표된 3배 및 2배 수치가 설명하는 쌍입니다 |
| 풀림 처리된 K500 대 풀림 처리된 400 | 약 1.2배 | 약 1.4배 | 아니요. 두 수치 모두 훨씬 낮습니다 |
| 열간 압연된 K500 대 열간 압연된 400 | 겹치는 범위 | 겹치는 범위 | 아니요. 두 합금은 인증서에서 구별할 수 없을 수 있습니다 |
| 냉간 인발 및 시효 처리된 K500 대 냉간 가공된 400 | 약 1.6배 | 약 1.8배 | 아니요. 냉간 가공으로 경화된 400은 간격의 상당 부분을 회복하며, 시효 단계 없이 그렇게 합니다 |
강도가 확립되면 비교는 절반만 완료된 것입니다. 네 가지 비용이 따르며, 각 비용은 각주가 아닌 사양의 한 줄입니다.
| 비용 | 발표된 데이터가 말하는 것 | 주문 시 의미 |
|---|---|---|
| 연성 | 풀림 처리된 400의 경우 60%에서 35%로, 냉간 인발 및 시효 처리된 K500의 경우 30%에서 15%로 연신율이 감소합니다 | 최종 열처리 후 성형, 스웨이징 또는 굽힘이 필요한 부품과 변형을 흡수해야 하는 모든 조인트에 관련됩니다 |
| 응력 부식 균열 | 발표된 바에 따르면 내식성은 400과 실질적으로 동등하지만, 시효 경화된 조건에서는 일부 환경에서 K500이 응력 부식 균열 경향이 더 큽니다 | 이것은 시효 처리된 합금이 400보다 덜 적합한 유일한 장소이며, 강도를 제공하는 동일한 출처에서 언급됩니다. 습한 염화물 또는 특정 매체는 시효 처리된 조건을 지정하기 전에 확인해야 합니다 |
| 시효 단계 자체 | 합금이 과시효될 수 있습니다. 그렇게 손실된 물성은 추가 시효 처리로 복구할 수 없습니다: 재료는 1,800 ~ 1,900 °F에서 용체화 처리하고 다시 시효 처리해야 하며, 냉간 가공의 모든 이점은 풀림 처리에서 손실됩니다 | 되돌릴 수 없는 공정 단계입니다. 너무 오래 온도에 노출된 부품은 이전 상태로 복구할 수 없으므로, 해당 경로 후 사용 가능한 최대 강도는 풀림 처리 및 시효 처리된 수치입니다 |
| 시효 중 수축 | 약 0.0002 ~ 0.00025인치/인치, 즉 약 0.02% ~ 0.025% 정도의 약간의 영구 수축 | 발표된 현장 작업은 여기서 파생됩니다: 약간 큰 치수로 가공하고, 시효 경화시킨 다음, 치수로 마무리합니다. 시효 온도가 낮고 냉각 속도가 느리기 때문에 약간의 뒤틀림만 발생합니다 |
| 용접성 | 연성이 크게 감소하기 때문에 시효 경화된 재료의 용접은 피해야 합니다. 조인트가 시효 강도에 도달해야 하는 경우, 풀림 처리된 재료를 용접한 후 시효 처리를 수행합니다 | 시효 처리된 조건은 용접 가능한 조건이 아닙니다. 경화된 부품을 용접하는 제작 순서는 잘못된 순서입니다 |
| 비용 | 제어된 범위 내의 두 가지 지정된 합금 첨가, 제어된 가열 사이클 및 느린 제어 냉각 | 화학 성분과 공정 모두 비용을 추가하며, 결과를 변경하지 않고 공정을 단축할 수 없습니다 |
합금 400은 이러한 비용이 전혀 없습니다. 단상 고용체이며 냉간 가공으로만 경화되고, 과시효할 시효 단계가 없고, 고려할 수축이 없고, 공급되는 조건에서 용접성 손실이 없습니다. 강도가 충분한 경우, 지정하기 더 간단한 재료입니다.
이 합금 간의 물리적 차이 중 두 가지는 직관에 반하며, 그중 하나는 공급업체 문헌에서 정기적으로 잘못 기재됩니다.
| 물성 | 모넬 400 | 모넬 K500 | 어느 쪽이 유리한가 |
|---|---|---|---|
| 밀도 | 8.80 g/cm³ | 8.44 g/cm³ | K500이 약 4% 더 가볍습니다. 시효 등급이 더 가벼운 재료입니다 |
| 녹는점 범위 | 1,300 ~ 1,350 °C | 1,315 ~ 1,350 °C | 실질적으로 동일 |
| 인장 탄성 계수 | 26.0 × 10³ ksi | 26.0 × 10³ ksi | 동일하므로 K500 부품은 동등한 400 부품만큼 강성이 높지 않습니다 |
| 푸아송 비 | 0.32 | 0.32 | 동일 |
| 열전도율 (21 °C) | 22.0 W/m·K | 17.2 W/m·K | 400은 상온에서 약 28% 더 나은 열 전도율을 가지며, 이는 열교환기 또는 열을 이동시켜야 하는 모든 곳에서 중요합니다 |
| 열전도율 (600 °C) | 39.4 W/m·K | 34.2 W/m·K | 온도가 높아지면 격차가 좁아지지만 400이 앞섭니다 |
| 전기 비저항 (21 °C) | 0.511 µΩ·m | 0.615 µΩ·m | 400이 약 20% 더 나은 도체입니다 |
| 퀴리 온도 | 21 ~ 49 °C, 주변 온도를 가로지름 | 약 -90 ~ -134 °C, 주변 온도보다 훨씬 낮음 | K500이 상온에서 더 안정적으로 비자성입니다 |
퀴리 온도 행은 공간을 차지할 가치가 있습니다. 합금 400은 주변 온도 범위 내에 퀴리 온도를 가지며, 동반되는 발표된 메모는 명시적입니다: 값은 화학 조성의 변화에 영향을 받으며, 표시된 범위는 정상적인 생산에서 예상할 수 있는 것이므로 일부 열은 상온에서 자성을 띠고 다른 열은 그렇지 않을 것입니다. 동일한 출처는 비자성 특성에 대한 강한 요구 사항이 있는 경우, 패밀리의 다른 합금을 고려해야 한다고 덧붙입니다.
K500은 그러한 모호함이 없습니다. 퀴리 온도는 조건에 따라 약 -90 ~ -134 °C 사이에 있으며, 상온은 그보다 훨씬 위에 있습니다. 발표된 설명은 합금이 상당히 낮은 온도에서도 거의 비자성이라는 것입니다. 따라서 비자성 요구 사항의 경우, 시효 경화 등급이 두 합금 중 더 안전합니다. 이것은 대부분의 구매자가 생각하는 것과 반대입니다. 왜냐하면 K500이 더 강한 합금이고 강도는 일반적으로 어떤 비용을 수반한다고 가정하기 때문입니다.
한 가지 처리 주의 사항은 그 읽기와 함께 제공됩니다. 발표된 출처는 알루미늄과 구리가 선택적으로 산화될 수 있기 때문에 가열이 부품 외부 표면에 자성 필름을 남길 수 있으며, 그 필름은 산으로 제거할 수 있다고 언급합니다. 따라서 자성 요구 사항은 합금과 함께 주문서에 표면 조건을 명시해야 합니다.
발표된 입장은 K500의 내식성이 400과 실질적으로 동등하다는 것입니다. 단, 한 가지 예외가 있습니다. 시효 경화된 조건에서 K500은 일부 환경에서 응력 부식 균열 경향이 더 큽니다. '실질적으로'라는 단어는 해당 문장에서 중요한 역할을 하며, 예외는 습한 서비스에 대해 시효 처리된 조건을 선택하기 전에 구매자가 확인해야 하는 유일한 사항입니다.
두 합금이 함께 있는 곳, 즉 중요한 매체에서 함께 있습니다. 두 합금 모두 해양 서비스에서 널리 사용되며, 흐르는 해수에서 매우 낮은 부식률을 보입니다. 두 합금 모두 해당 매체에서 동일한 제한 사항이 있습니다: 정체되거나 느리게 움직이는 해수는 틈새 및 공식 공격을 유발하며, K500에 대한 발표된 설명은 오염이 발생한 후 공식이 발생할 수 있으며, 상당히 빠른 초기 공격 후 느려진다고 언급합니다. 합금 400은 또한 대부분의 담수 및 산업용수에서 응력 부식 균열 및 공식에 대한 내성이 있으며, 끓는점까지 모든 농도의 불산에 대해 탁월한 내성을 제공합니다. 이는 동일한 출처에서 일반적으로 사용되는 모든 엔지니어링 합금 중 가장 내성이 강한 거동이라고 설명합니다. 또한 환원 조건에서 여러 황산 및 염산 용도에 대한 내성이 있습니다.
K500은 자체적으로 알아둘 가치가 있는 부식 데이터를 하나 가지고 있습니다. 왜냐하면 강도가 선택의 이유인 서비스에 적용되기 때문입니다. 황화수소 포화 용액에 3,500 ppm으로 6일간 연속 침지 후, 산성 및 염기성 pH 값 1.0 ~ 11.0에서 시효 경화된 시트의 U-벤드 시편은 균열이 없었습니다. 단단한 검은색 스케일이 형성되었고 시편은 28 ~ 40 HRC로 측정되었습니다. 이것이 유전 및 산성 서비스에서 해당 합금의 자격이며, 시효 처리된 조건에 대한 자격입니다.
| 요구 사항 | 지정할 합금 | 이유 |
|---|---|---|
| 니켈-구리 합금에서 사용 가능한 최고 강도 및 경도 | K500, 시효 처리 | 풀림 처리된 400의 항복 강도의 약 3배 |
| 안정적으로 비자성인 상온 부품 | K500 | 퀴리 온도가 주변 온도보다 훨씬 낮고, 400의 퀴리 온도는 주변 온도 범위 내에 있습니다 |
| 최종 열처리 후 용접되는 부품 | 400 | 연성이 크게 감소하기 때문에 시효 처리된 K500의 용접은 피해야 합니다 |
| 성형 또는 변형 흡수를 위한 최대 연성 | 400, 풀림 처리 | 60% ~ 35%의 연신율 대 시효 처리된 K500의 30% ~ 15% |
| 열 전달 표면 | 400 | 상온에서 약 28% 더 높은 열전도율 |
| 가장 가벼운 부품 | K500 | 400의 8.80 g/cm³ 대비 8.44 g/cm³ |
| 불산 서비스 | 400 | 끓는점까지 모든 농도에서의 내성은 가장 강력한 발표된 주장입니다 |
| 응력 부식 균열 위험이 있는 습한 서비스 | 400 (시효 강도가 필수적인 경우 제외, 양쪽 모두 매체 확인 필요) | 이것은 두 합금의 동등성에 대한 명시된 예외입니다 |
| 고속 해수 펌프 샤프트 및 임펠러 | K500, 시효 처리 | 고속 해수에서의 매우 낮은 부식률과 높은 강도의 발표된 조합이 원심 펌프 샤프트에 지정되는 이유입니다 |
| 작업을 수행할 가장 간단한 사양 | 400 | 시효 단계 없음, 고려할 수축 없음, 과시효 위험 없음, 용접성 페널티 없음 |
단지 한 쌍의 조건에 대해서만이며, 해당 쌍은 명시되어야 합니다. 시효 처리된 K500은 풀림 처리된 400의 항복 강도의 약 3배, 인장 강도의 약 2배입니다. 이것이 발표된 수치가 설명하는 비교입니다. 동일한 조건을 비교하면 훨씬 작은 간격이 나옵니다: 풀림 처리 대 풀림 처리는 인장 강도에서 약 1.2배이며, 열간 압연 조건에서는 두 범위가 겹칩니다.
두 가지 합금 첨가와 그로 인해 가능한 열처리입니다. 합금 400은 니켈과 구리의 단상 고용체이며 냉간 가공으로만 경화될 수 있습니다. 합금 K500은 2.30% ~ 3.15%의 알루미늄과 0.35% ~ 0.85%의 티타늄을 첨가하여 제어된 시효 처리가 Ni의 미세 입자를 석출시키도록 합니다3(Ti, Al)이 격자 전체에 걸쳐 있습니다. 다른 모든 것은 여기서 비롯됩니다.
실질적으로, 발표된 데이터가 명확하게 명시하는 한 가지 예외가 있습니다. 시효 경화된 조건에서 K500은 일부 환경에서 응력 부식 균열 경향이 더 큽니다. 매체가 해당 위험을 수반하는 경우, 강도가 필수적인 경우가 아니라면 400이 더 안전한 선택이며, 어느 쪽이든 조건을 확정하기 전에 매체를 발표된 데이터와 비교해야 합니다.
K500이며, 그 이유는 반대로 생각하기 쉽습니다. 400의 퀴리 온도는 21 ~ 49 °C 사이에 있어 주변 온도를 가로지르며, 발표된 메모는 일부 열은 상온에서 자성을 띠고 다른 열은 그렇지 않다는 것입니다. K500은 약 -90 ~ -134 °C 사이에 퀴리 온도를 가지며, 주변 온도보다 훨씬 낮고, 상당히 낮은 온도에서도 거의 비자성으로 설명됩니다.
시효 처리된 조건에서는 불가능하며, 발표된 지침은 연성이 크게 감소하기 때문에 시효 경화된 재료의 용접은 피해야 한다고 명시합니다. 조인트가 시효 강도에 도달해야 하는 경우, 순서는 풀림 처리된 재료를 용접한 다음 시효 처리를 수행하는 것입니다. 합금 400은 공급되는 조건에서 기존 공정으로 접합할 수 있습니다.
물성이 손실되며 다시 시효 처리해도 복구할 수 없습니다. 과시효된 재료는 제대로 시효 처리된 재료보다 기계적 물성이 낮으며, 이를 강화하려면 부품을 1,800 ~ 1,900 °F에서 용체화 처리하여 침전물을 다시 용해시킨 다음 다시 시효 처리해야 합니다. 해당 풀림 처리에서 냉간 가공의 모든 이점이 손실되므로, 그 후 사용 가능한 최상의 결과는 풀림 처리 및 시효 처리된 수치입니다.
모넬 K500은 알루미늄과 티타늄을 첨가하고 시효 처리를 적용한 모넬 400입니다. 이를 통해 풀림 처리된 400의 항복 강도는 약 3배, 인장 강도는 2배가 되며, 네 가지를 잃습니다: 연성, 시효 처리된 조건에서의 응력 부식 균열에 대한 일부 내성, 해당 조건에서의 용접성, 그리고 되돌릴 수 없는 공정 단계가 없는 재료의 단순성. 이 두 가지 위치 사이의 물리적 차이는 작지만, 두 가지 예외가 있습니다: 400은 약 28% 더 나은 열 전도율을 가지며, K500은 퀴리 온도가 주변 온도보다 훨씬 낮고 400의 퀴리 온도는 주변 온도 내에 있기 때문에 상온에서 더 안정적으로 비자성입니다.
두 합금 모두 장쑤성 창저우에서 바, 와이어, 스트립, 플레이트 및 튜브 형태로, 위에 발표된 범위의 형태 및 조건으로 공급됩니다. 공장은 ISO 9001 인증을 보유하고 SGS의 감사를 받습니다. 서비스 매체, 필요한 강도 및 제작 순서를 보내주시면 두 합금 간의 선택은 이 세 가지 답변에서 나옵니다.
위의 모든 수치는 표준 제품에 대한 발표된 값이며, 그중 여러 개는 다양한 크기와 템퍼를 포괄하는 복합체입니다. 사양 목적에 적합하지 않습니다. 두 합금 모두 조건이 사양의 일부이므로, 템퍼를 명시하지 않고 합금만 명시하는 구매 주문은 구매하는 재료를 설명하지 않습니다. 승인은 공급된 열에 대한 밀 테스트 인증서에 근거합니다.
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