Monel400
Monel400 鎳基合金
（UNS NO4400）
簡介
Monel400（UNS N04400/2.4360）是由Ni和Cu組成的只能通過冷做硬化的固溶合金，兼具Cu的貴金屬性和Ni的鈍化性能，是一種具有良好韌性，用于各種腐蝕環境中的鎳—銅合金，具有良好的耐腐蝕性。該合金通常用于偏氧化性的、中性至中等還原性環境。該材料另一應用領域是海洋環境及其他非氧化性氯化物溶液中，因此，廣泛應用于海水淡化裝置、熱交換器、海洋結構物表層材料等。
該合金作為一種耐蝕材料已有很長的應用歷史，二十世紀初期即開發一種高銅鎳合金。目前，該合金銅、鎳比例已基本固定。象其他工業用純鎳產品一樣，Monel400合金在退火條件下的強度較低，由于這個原因，可采用不同的退火溫度以使材料的強度不同。
Monel400相近牌號
蒙奈爾400(中國)，UNS N04400(美國)，W.Nr.2.4360(德國)
技術文件
Monel400材料特性
·適合各種腐蝕環境
·耐氯離子應力腐蝕開裂
·在一定的溫度范圍內具有很好的強度及韌性
·耐干氯氣,氟氣,氯化氫及氟化氫氣體腐蝕
Monel400主要應用
·原油分餾塔內襯
·海洋工程設備，固定件和緊固件
·環氧氯丙烷裝置中的環化塔
·油氣開采設備，淡水罐，原油靜止器
·閥門及泵的部件
·堿性蒸餾塔
·電力和電子部件
·彈簧
·過程容器和管道，鍋爐供水加熱器和其它熱交換器以及除氣加熱器
Monel400相關的技術文件如表1
表1
|
產品形式 |
技術文件 |
||
|
ASTM |
ASME |
AMS |
|
|
板，薄板和帶 |
B127 |
SB127 |
4544 |
|
無縫管和焊接管 |
B163, B165 B725 |
SB163，SB165 SB725 |
4574 |
|
棒和鍛件 |
B164, B564 |
SB164，SB564 |
4675 |
|
絲 |
/ |
/ |
4730, 4731 |
|
管件 |
B16.9，B16.11 |
SB366 |
/ |
|
法蘭 |
B16.5 |
SB16.5 |
/ |
|
緊固件 |
|
|
|
表2 Monel400化學成份
|
|
C |
Si |
Mn |
S |
Ni |
Cu |
Fe |
|
最小 |
― |
― |
― |
― |
63.0 |
28.0 |
― |
|
最大 |
0.30 |
0.5 |
2.0 |
0.025 |
― |
34.0 |
2.5 |
表3 Monel400物理性能
|
密度 g/cm3 |
8.83 |
|
比熱 J/kg·K |
20℃ 430 |
|
電阻率 μΩ/cm |
51.0 |
|
熔點(℃) |
1300-1350 |
|
溫度℃ |
線膨脹系數 10-6/℃ |
|
93 |
13.9 |
|
204 |
15.5 |
|
316 |
15.8 |
|
427 |
16.0 |
|
538 |
16.4 |
|
溫度℃ |
導熱率 W/m·k |
|
93 |
24.1 |
|
204 |
27.8 |
|
316 |
31.0 |
|
427 |
34.0 |
|
538 |
38.1 |
表4 Monel400機械性能
Monel400室溫機械性能
Monel400 退火
|
0.2%屈服強度 |
抗拉強度 |
延伸率 |
彈性模量 (GPa) |
|
≧ 195 |
≧ 480 |
≧ 35 |
180 |
|
產品形式 |
0.2%屈服強度 |
抗拉強度 |
延伸率 |
硬度 |
|
管材 |
210 |
520 |
50 |
130 |
|
板材 |
209 |
513 |
52 |
131 |
|
棒材 |
215 |
531 |
51 |
135 |
|
冷軋薄板 |
218 |
519 |
52 |
133 |
在所有條件下，V型缺口沖擊韌性值在室溫條件下為：135—325焦耳。
Monel400合金在零度以下具有優異的機械性能。強度和硬度的增加僅僅很少損傷延展性或沖擊抗力。即使冷卻到液氫溫度，該合金也不會發生從易延展到脆化的轉變。這和許多鐵基材料相比形成顯著對照，雖然鐵基材料通常在低溫下強度增高但會變脆。
Monel400加工硬化特性
Monel400的加工硬化性遠低于SUS301、SUS304，因此可輕松很容易進行彎曲加工等。
Monel400耐腐蝕性
Monel400合金在還原性條件下，較工業用純鎳（UNS N02200）更耐蝕，在氧化性條件下較精煉的銅合金更耐蝕。Monel400合金不能用高氧化性酸如硝酸和亞硝酸中，在這種環境中應采用鉻不銹鋼，如UNS S44627或310合金UNS S31000。
Monel400在中等還原性酸中，中性或堿性溶液中，可考慮采用Monel400合金。該合金在大多數堿、鹽、有機物及大氣環境中均有好的耐蝕性。該合金可用作苛性堿的冷卻器，但在高溫、高應力、高濃度的堿液中，該合金會發生應力腐蝕開裂。Monel400合金可用于還原性酸中，如硫酸、鹽酸中，尤其是酸中無空氣或氧化性物質存在時。該合金具有優良的耐氯化物應力腐蝕開裂能力。該材料在海水和咸水中的應用是其主要應用領域。Monel400合金在高于371℃含硫氣體中，在高于260℃熔融硫磺中將發生腐蝕。
Monel400合金對所有濃度的氫氟酸直到沸點都具有出色的腐蝕抗力。它也許是所有通用工程合金中最耐蝕的。400 合金對在還原性的很多形式的含硫和氯化氫的酸也耐蝕。
|
酸的種類 |
試驗溫度(℃) |
濃度(wt%) |
腐蝕速度(mm/y) |
|
|
Monel400 |
SUS 316L |
|||
|
硫酸 |
80 |
5 |
0.28 |
1.67 |
|
10 |
0.27 |
4.69 |
||
|
20 |
0.20 |
71.9 |
||
|
40 |
0.16 |
765 |
||
|
60 |
0.14 |
704 |
||
|
80 |
0.80 |
33.7 |
||
|
沸騰 |
5 |
0.21 |
8.19 |
|
|
10 |
0.36 |
24.6 |
||
|
20 |
0.53 |
179 |
||
|
40 |
2.12 |
3129 |
||
|
鹽酸 |
80 |
0.1 |
0.34 |
0.02 |
|
1 |
0.40 |
2.73 |
||
|
2 |
0.46 |
6.75 |
||
|
3 |
0.63 |
14.9 |
||
|
沸騰 |
0.1 |
0.13 |
0.01 |
|
|
1 |
1.37 |
8.86 |
||
|
2 |
3.06 |
27.5 |
||
|
3 |
3.45 |
76.6 |
||
|
氫氟酸 |
80 |
0.1 |
0.28 |
0.50 |
|
1 |
0.32 |
14.5 |
||
|
2 |
0.37 |
35.4 |
||
|
3 |
0.35 |
54.1 |
||
|
硝酸 |
沸騰 |
20 |
4615 |
0.02 |
|
40 |
＞10000 |
0.05 |
||
|
60 |
＞10000 |
0.17 |
||
|
磷酸 |
沸騰 |
20 |
0.24 |
0.04 |
|
40 |
0.16 |
0.25 |
||
|
60 |
0.24 |
0.56 |
||
|
80 |
6.90 |
25.0 |
||
|
蟻酸 |
沸騰 |
20 |
0.05 |
0.35 |
|
40 |
0.08 |
0.62 |
||
|
60 |
0.05 |
0.73 |
||
|
80 |
0.02 |
0.49 |
||
|
醋酸 |
沸騰 |
20 |
0.11 |
＜0.01 |
|
40 |
0.04 |
＜0.01 |
||
|
60 |
0.04 |
＜0.01 |
||
|
80 |
0.05 |
＜0.01 |
||
|
99.7 |
0.01 |
＜0.01 |
||
試驗條件： 24小時浸泡試驗
Monel400高溫拉伸性能
Monel400合金在退火態時的高溫拉伸性能，在高于343℃時，應考慮材料的抗蠕變性能。
|
試驗溫度℃ |
屈服強度(MPa) |
抗拉強度(MPa) |
延伸率(%) |
|
21 |
215 |
565 |
48 |
|
93 |
205 |
550 |
47 |
|
204 |
180 |
520 |
45 |
|
316 |
175 |
505 |
46 |
|
427 |
160 |
480 |
48 |
|
538 |
145 |
370 |
40 |
Monel400焊接性
Monel400可以采用不同的方式進行焊接，如氣體鎢極保護焊，氣體金屬極保護焊，手工電弧焊，TIG焊接，MIG焊接和電阻焊。TIG、MIG焊條推薦使用YNiCu-7。在焊接前，必須對焊接區域進行清潔以避免由于油脂和油漆等造成的脆化，為獲得好的焊接接頭，材料必須除鱗。
Monel400合金的焊接程序類似于奧氏體不銹鋼。一般焊前不需要預熱，焊后也不需要熱處理。焊接接頭設計也類似于奧氏體不銹鋼，但有以下兩點不同：
首先，為了適應粘滯的熔融焊接金屬，必須增大坡口的角度，以使焊接金屬能填滿接頭。其次，由于該合金具有較高的導熱性和高純度，焊接時的穿透性較奧氏體不銹鋼低。
大部分傳統的焊接工藝都可以用來做Monel400合金之間或與異種合金的聯結。焊接產品的選擇取決于被焊接的材料和以后工作的環境。
用藥皮金屬電弧焊接（SMAW）時，Monel190焊條被用來沉積接近匹配的焊縫成分。對有些應用，鎳焊條141，INCO-WELD A 焊條或INCONEL112 焊條更適合。
對鎢極氣保焊（ GTAW） 和金屬極氣保焊（GMAW），MONEL 60 焊絲可以用來堆積接近匹配的焊縫。對某些應用， NICKEL61 焊絲或INCONEL 625 焊絲或許更合適。這些同樣的焊絲可以被用在埋弧焊（SAW）中。INCOFLUX 5 被和MONEL 60 焊絲一起使用。INCOFLUX6 被和NICKEL61 焊絲一起使用。INCONEL 625 焊絲和INCOFLUX 7 一起使用。
Monel400磁滲透性
Monel400在退火條件下，該合金常常在室溫下具有適當至輕微的磁性。超過居里溫度時，該材料不具備磁性。居里溫度受少量成分變化的影響，因此，某些材料在室溫下的熱度會是它們具有磁性，而其它材料則相反。
Monel400熱處理
Monel400合金的退火溫度范圍為760-980℃，可以在700～900℃溫度條件下進行熱處理，冷卻最好采用快速空冷。成型操作后熱處理的目的是軟化材料同時維持材料較細的晶粒。退火應在無硫的氣氛中進行，在退火溫度范圍內，硫將使材料變脆。冷變形的材料可在低溫進行消除應力，如在約300℃保持1—3小時。大量的Monel400合金在投入使用時并不進行終熱處理，其目的是增加材料的強度。在還原性氣氛加熱和冷卻或水-酒精溶液中淬火都會保留光亮并不會變色。冷卻速度沒有明顯的影響。400合金在加熱后在空氣中冷卻將會形成附著性的氧化膜。
均應力是將材料在575°F 保持3 小時。去應力將減少應力而不產生晶粒結構的重結晶。推薦這種處理是為了在去除金屬后來得到最小的變形。在1000°F-1050°F 加熱1-2 小時會減輕無論熱或冷加工產生的應變。強烈推薦在某些環境下需要預防應力腐蝕開裂時進行消應力處理（1000°F-1200°F /1 小時，然后慢速冷卻）。消應力會稍微降低拉伸強度、屈服強度和硬度并輕微的提高延伸率。
退火會完全軟化加工硬化的材料。需要的時間和溫度取決于先前的冷加工量。通常400 合金是用開式法加熱到1600°F-1800°F 保溫2-10 分鐘來退火的;反之,箱式退火在1400°F-1500°F 下退火1-3小時在大多數情況下可以達到滿意效果。
Monel400熱成型
Monel400合金可以用現有的標準方法加工?？紤]到熱變形抗力，Monel400合金與許多鋼材比較是較軟的。所以它可以熱成型成任何形狀。在熱成型中用合適的溫度是重要的。熱成型溫度范圍為1200°F-2150°F。對大變形量推薦
金屬溫度在1700°F-2150°F。少量變形可以在降到1200°F進行。在較低溫度的加工產生更高的機械性能和細小晶粒尺寸。在熱加工溫度范圍長時間停留是有害的。如果在處理中出現延遲，爐溫應該被返回到1900°F并在恢復操作之前不能回到先前溫度。在任何情況下合金都不能被加熱到2150°F以上；否則會造成永久的損害。大變形鍛
造不能速度過快以免造成金屬加工過熱。推薦使用光學高溫計監控。
在熱彎過程中，金屬應該在從爐子中移出后盡快加工。對工具和模具預熱到500°F 對防止材料在加工中的急冷是有幫助的。有些鍛件需要控制鍛造過程來達到某些對鍛造、熱成型零件的要求。減小量和最終成型溫度都要控制來形成需要的性能。
一種用于生產變形量在最終加熱后為30-35%的鍛件的方法是：
1. 重加熱
2. 鍛造斷面到大于最終尺寸的5%(完成至少25%變形)
3. 冷卻到1300°F
4. 最終加工到尺寸(5%變形)
如在有些軍用標準中描述的,一些高張力鍛件在最終重加熱后也需要最少30-35%變形. 其方法為:
1. 重加熱
2. 鍛造斷面到大于最終尺寸的25%(完成大約5%變形)
3. 冷卻到1300°F
4. 最終加工到尺寸(25%變形)
重新細化晶粒的方法是使用2000°F 的最終重加熱溫度并最終重加熱后進行的變形量。
Monel400冷成型
Monel400與一般的鉻—鎳不銹鋼一樣，Monel400合金顯示了優良的冷成型性能。該合金的冷作硬化率較301和304不銹鋼低，因而在退火之間可進行多次拉撥成型操作，且變形量相對也較大。
Monel400機加工
Monel400合金可以用通用的機床按照滿意的速率進行機械加工。通常來說冷拔或冷拔加去應力材料是推薦做最適合機加工并達到最光滑表面。Monel R-405 合金是Monel400合金的易切削形式。
Monel400酸洗
酸洗可以在Monel400合金上產生光亮清潔的表面。
Monel400用途
Monel400合金大量用在許多領域，尤其是海洋和化工過程。典型的應用為泵、閥；泵和葉輪軸；海洋應用固定件和緊固件；電力和電子部件；彈簧；化工設備；油氣和淡水罐；原油靜止器；過程容器和管道；鍋爐供水加熱器和其它熱交換器以及除氣加熱器；海洋結構物表層、海水淡化/制鹽/石油精煉裝置；船舶用部件類、熱交換機、化工/海水淡化裝置閥門、泵構件等。
Monel400可供產品形式與標準規范
Monel合金400被指定為UNS N04400及Werkstoff Nr. 2.4360和2.4361。它被列于NACE MR-01-75中用于油氣應用條件。合金400可提供的范圍非常廣,包括管線,管,冷軋板,帶,熱軋板,圓棒,板條,鍛件,六方和線材，管件，法蘭和標準件。常用的形式和尺寸均有庫存;很多特殊產品可以通過轉爐來得到。
Monel400合金被ASME鍋爐與壓力容器代碼批準為結構材料。對Section III 結構溫度到800°F,Section VIII Division 1 結構溫度到900°F 和Section VIII Division 2 結構溫度到800°F 的許用應力見ASME Section II, Part D 的表1B 和2B。
Monel400熱板,冷板,和帶材- BS3072NA13(冷,熱板),BS3073NA13(帶), ASTM B127, ASME SB127(熱,冷板和帶材), SAE AMS4544(冷板,帶材和熱板),DIN17750(熱板,帶材和冷板),QQ-N-281(熱板,冷板,帶材,棒板條,線材和鍛件)。
Monel400板條,棒,線材和鍛件- S3075NA13(線材),BS3076NA13(板條), ASTM B164(棒板條和線材), ASTM B564(鍛件),ASME SB164(棒板條和線材),ASME SB564(鍛件),AECMA PrEN2305(鉚釘用線材), SAE AMS4675(板條和鍛件), SAE AMS4730(線材),SAE AMS4731(線材和絲帶),DIN17752(圓棒與板條),DIN17753(線材),DIN17754(鍛件),VdTÜV263(冷板,熱板,板條與管),QQ-N-281(熱,冷板.帶材,板條,圓棒,線材和鍛件)。
Monel400管線與管- BS3074NA13(管),ASTM B163(冷凝與換熱管),ASTM B165(無縫管),ASTM B725(焊管), ASTM B730 (焊管), ASTM B751 (焊管),ASTM B775 (焊接管線), ASTM B829 (無縫管),ASME SB163 (冷凝與換熱管), ASME SB165 (無縫管), ASME SB725 (焊管), ASME SB730 (焊管), ASME SB751 (無縫與焊接管), ASME SB775(無縫與焊接管線), ASME SB829 (無縫管), SAE AMS4574 (無縫管), DIN17751 (管線與管),VdTÜV263 (冷板,熱板,板條和管)。
焊接產品- Monel60 焊絲-AWS A5.14/ERNiCu-7; Monel190焊條-AWS A5.11/ENiCu-7。
其它產品- ASTM B366, ASME SB366 (焊接管件), SAE AMS7233 (鉚釘), DIN17743 (化學成分)。
Monel400供貨規格
板材及薄板（定尺長度供貨規格請參考帶材）
供貨狀態：熱軋或冷軋，固溶處理態，經酸洗處理
|
厚度 mm |
冷軋/熱軋 |
寬度 mm |
長度 mm |
|
1.30-＜1.50 |
冷軋 |
2000 |
6000 |
|
1.50-＜6.00 |
冷軋 |
2400 |
8000 |
|
6.00-＜10.00 |
冷軋 |
2400 |
8000 |
|
6.00-＜10.00 |
熱軋 |
2400 |
8000 |
|
10.00-＜20.00 |
熱軋 |
2400 |
5000** |
|
＞=25.00* |
熱軋 |
|
|
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 ** 取決于板材重量 |
|||
圓板和圓環
供貨狀態：熱軋或鍛材，固溶處理態，經酸洗或機加工
|
產品 |
重量 Kg |
厚度 mm |
外直徑* mm |
內直徑* mm |
|
圓板 |
≤4000 |
≤200 |
≤2000 |
|
|
圓環 |
≤3000 |
≤200 |
≤2500 |
視要求而定 |
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
||||
線材或絲材
供貨狀態：光亮拉絲，光亮退火態。
規格：φ0.01～14mm，盤卷、桶裝、繞軸或幅盤打卷包裝。
棒材
供貨狀態：鍛材、軋材、冷拔料，固溶處理態，經酸洗、機加工剝皮或打磨。
|
產品 |
鍛材* mm |
軋材* mm |
冷拔* mm |
|
圓棒材(直徑) |
≤300 |
15-75 |
12-65 |
|
棒材(正方截面，a) |
40-300 |
15-100 |
12-65 |
|
棒材(矩形截面a×b) |
(40-80)×(200-600) |
(5-20)×(120-600) |
(10-20)×(30-80) |
|
棒材(六角形截面，s) |
40-80 |
13-50 |
12-60 |
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
|||
鍛件
除了圓板、圓環、圓桿、棒材、方鋼、大小頭、套筒以外，還可按要求提供不規則形狀的鍛件。
|
產品 |
外直徑* mm |
厚度* mm |
|
圓型材 |
≤1800 |
≤800 |
|
矩型材 |
≤1800 |
≤1000 |
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
||
帶材
供貨狀態：冷軋，固溶處理態，經酸洗或光亮退火。
|
厚度 mm |
寬度 mm |
帶材卷直徑 mm |
|||
|
0.04-＜0.10 |
4-200 |
300 |
400 |
|
|
|
＞0.10-≤0.20 |
4-250 |
300 |
400 |
500 |
|
|
＞0.20-≤0.25 |
4-250 |
|
400 |
500 |
600 |
|
＞0.25-≤0.60 |
4-250 |
|
400 |
500 |
600 |
|
＞0.60-≤1.0 |
4-250 |
|
400 |
500 |
600 |
|
＞1.0-≤2.0 |
4-250 |
|
400 |
500 |
600 |
|
＞2.0-≤3.0 |
4-250 |
|
400 |
500 |
600 |
|
* 定尺長度供貨規格為500～3000mm(20～120in) |
|||||
焊接填充材料
可提供所有標準規格的棒狀、絲狀、帶狀電極以及藥芯焊條
無縫管
供貨狀態：冷拉，固溶處理態，經酸洗或光亮退火。
|
產品 |
外直徑* mm |
壁厚* mm |
長度* mm |
|
荒管 |
30-350 |
5-30 |
≤6000 |
|
無縫管 |
6-406 |
0.6-40 |
≤9000 |
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
|||
焊管
供貨狀態：板材焊接，固溶處理態，經酸洗或光亮退火。
|
外直徑* mm |
壁厚* mm |
長度* mm |
|
≥20 |
≥2 |
≤9000 |
|
* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
||
標準件
供貨狀態：緊固件成品交貨，棒材鍛制，冷墩溫墩或熱鍛，固溶處理態，經酸洗或機加工。
|
產品 |
螺紋規格 |
公稱長度 |
|
螺栓 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
|
螺釘 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
|
螺桿 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
|
螺母 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
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螺柱 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
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墊圈 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
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鍵 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
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銷 |
M1.6-M64 |
視要求而定 |
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* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
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法蘭
供貨狀態：鍛造成品法蘭交貨，固溶處理態，機加工。
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化工行業 (HG) |
整體法蘭(IF) |
螺紋法蘭(TH) |
板式平焊法蘭(PL) |
帶頸對焊法蘭(WN) |
帶頸平焊法蘭(SO) |
承插焊法蘭(SW) |
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對焊環松套法(PJ/SE) |
平焊環松套法(PJ/RJ) |
襯里法蘭蓋(BL(S)) |
法蘭蓋 (BL) |
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石化行業(SH) |
螺紋法蘭(PT) |
對焊法蘭(WN) |
平焊法蘭(SO) |
承插焊法蘭(SW) |
松套法蘭(LJ) |
法蘭蓋 |
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機械行業(JB) |
整體法蘭 |
對焊法蘭 |
板式平焊法蘭 |
對焊環板式松套法蘭 |
平焊環板式松套法蘭 |
翻邊環板式松套法蘭 |
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法蘭蓋
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國家標準(GB) |
整體法蘭 |
螺紋法蘭 |
對焊法蘭 |
帶頸平焊法蘭 |
帶頸承插焊法蘭 |
對焊環帶頸松套法蘭 |
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板式平焊法蘭 |
對焊環板式松套法蘭 |
平焊環板式松套法蘭 |
翻邊環板式松套法蘭 |
法蘭蓋 |
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美國標準(ASME) |
螺紋法蘭 |
平焊法蘭 |
承插焊法蘭 |
松套法蘭 |
帶頸對焊法蘭 |
法蘭蓋 |
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* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
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管件
供貨狀態：類型1工廠制造的鍛軋制對焊管配件，類型2承插焊和螺紋鍛造管件及其他，固溶處理態，經酸洗或機加工。
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產品 |
外直徑* mm |
壁厚* mm |
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彎頭30o-1800 |
1/8”-48” |
2-60 |
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異徑彎頭 |
1/8”-48” |
2-60 |
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等徑三通、四通 |
1/8”-48” |
2-60 |
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異徑三通、四通 |
1/8”-48” |
2-60 |
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翻邊 |
1/8”-48” |
2-60 |
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管蓋 |
1/8”-48” |
2-60 |
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同心異徑管 |
1/8”-48” |
2-60 |
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偏心異徑管 |
1/8”-48” |
2-60 |
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管箍 |
1/8”-4” |
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半管接頭 |
1/8”-4” |
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* 可以根據特殊要求提供其他規格 |
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