Monel400
Monel400 镍基合金
（UNS NO4400）
简介
Monel400（UNS N04400/2.4360）是由Ni和Cu组成的只能通过冷做硬化的固溶合金，兼具Cu的贵金属性和Ni的钝化性能，是一种具有良好韧性，用于各种腐蚀环境中的镍—铜合金，具有良好的耐腐蚀性。该合金通常用于偏氧化性的、中性至中等还原性环境。该材料另一应用领域是海洋环境及其他非氧化性氯化物溶液中，因此，广泛应用于海水淡化装置、热交换器、海洋结构物表层材料等。
该合金作为一种耐蚀材料已有很长的应用历史，二十世纪初期即开发一种高铜镍合金。目前，该合金铜、镍比例已基本固定。象其他工业用纯镍产品一样，Monel400合金在退火条件下的强度较低，由于这个原因，可采用不同的退火温度以使材料的强度不同。
Monel400相近牌号
蒙奈尔400(中国)，UNS N04400(美国)，W.Nr.2.4360(德国)
技术文件
Monel400材料特性
·适合各种腐蚀环境
·耐氯离子应力腐蚀开裂
·在一定的温度范围内具有很好的强度及韧性
·耐干氯气,氟气,氯化氢及氟化氢气体腐蚀
Monel400主要应用
·原油分馏塔内衬
·海洋工程设备，固定件和紧固件
·环氧氯丙烷装置中的环化塔
·油气开采设备，淡水罐，原油静止器
·阀门及泵的部件
·碱性蒸馏塔
·电力和电子部件
·弹簧
·过程容器和管道，锅炉供水加热器和其它热交换器以及除气加热器
Monel400相关的技术文件如表1
表1
|
产品形式 |
技术文件 |
||
|
ASTM |
ASME |
AMS |
|
|
板，薄板和带 |
B127 |
SB127 |
4544 |
|
无缝管和焊接管 |
B163, B165 B725 |
SB163，SB165 SB725 |
4574 |
|
棒和锻件 |
B164, B564 |
SB164，SB564 |
4675 |
|
丝 |
/ |
/ |
4730, 4731 |
|
管件 |
B16.9，B16.11 |
SB366 |
/ |
|
法兰 |
B16.5 |
SB16.5 |
/ |
|
紧固件 |
|
|
|
表2 Monel400化学成份
|
|
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 |
|
比热 J/kg·K |
20℃ 430 |
|
电阻率 μΩ/cm |
51.0 |
|
熔点(℃) |
1300-1350 |
|
温度℃ |
线膨胀系数 10-6/℃ |
|
93 |
13.9 |
|
204 |
15.5 |
|
316 |
15.8 |
|
427 |
16.0 |
|
538 |
16.4 |
|
温度℃ |
导热率 W/m·k |
|
93 |
24.1 |
|
204 |
27.8 |
|
316 |
31.0 |
|
427 |
34.0 |
|
538 |
38.1 |
表4 Monel400机械性能
Monel400室温机械性能
Monel400 退火
|
0.2%屈服强度 |
抗拉强度 |
延伸率 |
弹性模量 (GPa) |
|
≧ 195 |
≧ 480 |
≧ 35 |
180 |
|
产品形式 |
0.2%屈服强度 |
抗拉强度 |
延伸率 |
硬度 |
|
管材 |
210 |
520 |
50 |
130 |
|
板材 |
209 |
513 |
52 |
131 |
|
棒材 |
215 |
531 |
51 |
135 |
|
冷轧薄板 |
218 |
519 |
52 |
133 |
在所有条件下，V型缺口冲击韧性值在室温条件下为：135—325焦耳。
Monel400合金在零度以下具有优异的机械性能。强度和硬度的增加仅仅很少损伤延展性或冲击抗力。即使冷却到液氢温度，该合金也不会发生从易延展到脆化的转变。这和许多铁基材料相比形成显著对照，虽然铁基材料通常在低温下强度增高但会变脆。
Monel400加工硬化特性
Monel400的加工硬化性远低于SUS301、SUS304，因此可轻松很容易进行弯曲加工等。
Monel400耐腐蚀性
Monel400合金在还原性条件下，较工业用纯镍（UNS N02200）更耐蚀，在氧化性条件下较精炼的铜合金更耐蚀。Monel400合金不能用高氧化性酸如硝酸和亚硝酸中，在这种环境中应采用铬不锈钢，如UNS S44627或310合金UNS S31000。
Monel400在中等还原性酸中，中性或碱性溶液中，可考虑采用Monel400合金。该合金在大多数碱、盐、有机物及大气环境中均有好的耐蚀性。该合金可用作苛性碱的冷却器，但在高温、高应力、高浓度的碱液中，该合金会发生应力腐蚀开裂。Monel400合金可用于还原性酸中，如硫酸、盐酸中，尤其是酸中无空气或氧化性物质存在时。该合金具有优良的耐氯化物应力腐蚀开裂能力。该材料在海水和咸水中的应用是其主要应用领域。Monel400合金在高于371℃含硫气体中，在高于260℃熔融硫磺中将发生腐蚀。
Monel400合金对所有浓度的氢氟酸直到沸点都具有出色的腐蚀抗力。它也许是所有通用工程合金中最耐蚀的。400 合金对在还原性的很多形式的含硫和氯化氢的酸也耐蚀。
|
酸的种类 |
试验温度(℃) |
浓度(wt%) |
腐蚀速度(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 |
||
|
沸腾 |
5 |
0.21 |
8.19 |
|
|
10 |
0.36 |
24.6 |
||
|
20 |
0.53 |
179 |
||
|
40 |
2.12 |
3129 |
||
|
盐酸 |
80 |
0.1 |
0.34 |
0.02 |
|
1 |
0.40 |
2.73 |
||
|
2 |
0.46 |
6.75 |
||
|
3 |
0.63 |
14.9 |
||
|
沸腾 |
0.1 |
0.13 |
0.01 |
|
|
1 |
1.37 |
8.86 |
||
|
2 |
3.06 |
27.5 |
||
|
3 |
3.45 |
76.6 |
||
|
氢氟酸 |
80 |
0.1 |
0.28 |
0.50 |
|
1 |
0.32 |
14.5 |
||
|
2 |
0.37 |
35.4 |
||
|
3 |
0.35 |
54.1 |
||
|
硝酸 |
沸腾 |
20 |
4615 |
0.02 |
|
40 |
＞10000 |
0.05 |
||
|
60 |
＞10000 |
0.17 |
||
|
磷酸 |
沸腾 |
20 |
0.24 |
0.04 |
|
40 |
0.16 |
0.25 |
||
|
60 |
0.24 |
0.56 |
||
|
80 |
6.90 |
25.0 |
||
|
蚁酸 |
沸腾 |
20 |
0.05 |
0.35 |
|
40 |
0.08 |
0.62 |
||
|
60 |
0.05 |
0.73 |
||
|
80 |
0.02 |
0.49 |
||
|
醋酸 |
沸腾 |
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 |
||
试验条件： 24小时浸泡试验
Monel400高温拉伸性能
Monel400合金在退火态时的高温拉伸性能，在高于343℃时，应考虑材料的抗蠕变性能。
|
试验温度℃ |
屈服强度(MPa) |
抗拉强度(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进行焊接，如气体钨极保护焊，气体金属极保护焊，手工电弧焊，TIG焊接，MIG焊接和电阻焊。TIG、MIG焊条推荐使用YNiCu-7。在焊接前，必须对焊接区域进行清洁以避免由于油脂和油漆等造成的脆化，为获得好的焊接接头，材料必须除鳞。
Monel400合金的焊接程序类似于奥氏体不锈钢。一般焊前不需要预热，焊后也不需要热处理。焊接接头设计也类似于奥氏体不锈钢，但有以下两点不同：
首先，为了适应粘滞的熔融焊接金属，必须增大坡口的角度，以使焊接金属能填满接头。其次，由于该合金具有较高的导热性和高纯度，焊接时的穿透性较奥氏体不锈钢低。
大部分传统的焊接工艺都可以用来做Monel400合金之间或与异种合金的联结。焊接产品的选择取决于被焊接的材料和以后工作的环境。
用药皮金属电弧焊接（SMAW）时，Monel190焊条被用来沉积接近匹配的焊缝成分。对有些应用，镍焊条141，INCO-WELD A 焊条或INCONEL112 焊条更适合。
对钨极气保焊（ GTAW） 和金属极气保焊（GMAW），MONEL 60 焊丝可以用来堆积接近匹配的焊缝。对某些应用， NICKEL61 焊丝或INCONEL 625 焊丝或许更合适。这些同样的焊丝可以被用在埋弧焊（SAW）中。INCOFLUX 5 被和MONEL 60 焊丝一起使用。INCOFLUX6 被和NICKEL61 焊丝一起使用。INCONEL 625 焊丝和INCOFLUX 7 一起使用。
Monel400磁渗透性
Monel400在退火条件下，该合金常常在室温下具有适当至轻微的磁性。超过居里温度时，该材料不具备磁性。居里温度受少量成分变化的影响，因此，某些材料在室温下的热度会是它们具有磁性，而其它材料则相反。
Monel400热处理
Monel400合金的退火温度范围为760-980℃，可以在700～900℃温度条件下进行热处理，冷却最好采用快速空冷。成型操作后热处理的目的是软化材料同时维持材料较细的晶粒。退火应在无硫的气氛中进行，在退火温度范围内，硫将使材料变脆。冷变形的材料可在低温进行消除应力，如在约300℃保持1—3小时。大量的Monel400合金在投入使用时并不进行终热处理，其目的是增加材料的强度。在还原性气氛加热和冷却或水-酒精溶液中淬火都会保留光亮并不会变色。冷却速度没有明显的影响。400合金在加热后在空气中冷却将会形成附着性的氧化膜。
均应力是将材料在575°F 保持3 小时。去应力将减少应力而不产生晶粒结构的重结晶。推荐这种处理是为了在去除金属后来得到最小的变形。在1000°F-1050°F 加热1-2 小时会减轻无论热或冷加工产生的应变。强烈推荐在某些环境下需要预防应力腐蚀开裂时进行消应力处理（1000°F-1200°F /1 小时，然后慢速冷却）。消应力会稍微降低拉伸强度、屈服强度和硬度并轻微的提高延伸率。
退火会完全软化加工硬化的材料。需要的时间和温度取决于先前的冷加工量。通常400 合金是用开式法加热到1600°F-1800°F 保温2-10 分钟来退火的;反之,箱式退火在1400°F-1500°F 下退火1-3小时在大多数情况下可以达到满意效果。
Monel400热成型
Monel400合金可以用现有的标准方法加工。考虑到热变形抗力，Monel400合金与许多钢材比较是较软的。所以它可以热成型成任何形状。在热成型中用合适的温度是重要的。热成型温度范围为1200°F-2150°F。对大变形量推荐
金属温度在1700°F-2150°F。少量变形可以在降到1200°F进行。在较低温度的加工产生更高的机械性能和细小晶粒尺寸。在热加工温度范围长时间停留是有害的。如果在处理中出现延迟，炉温应该被返回到1900°F并在恢复操作之前不能回到先前温度。在任何情况下合金都不能被加热到2150°F以上；否则会造成永久的损害。大变形锻
造不能速度过快以免造成金属加工过热。推荐使用光学高温计监控。
在热弯过程中，金属应该在从炉子中移出后尽快加工。对工具和模具预热到500°F 对防止材料在加工中的急冷是有帮助的。有些锻件需要控制锻造过程来达到某些对锻造、热成型零件的要求。减小量和最终成型温度都要控制来形成需要的性能。
一种用于生产变形量在最终加热后为30-35%的锻件的方法是：
1. 重加热
2. 锻造断面到大于最终尺寸的5%(完成至少25%变形)
3. 冷却到1300°F
4. 最终加工到尺寸(5%变形)
如在有些军用标准中描述的,一些高张力锻件在最终重加热后也需要最少30-35%变形. 其方法为:
1. 重加热
2. 锻造断面到大于最终尺寸的25%(完成大约5%变形)
3. 冷却到1300°F
4. 最终加工到尺寸(25%变形)
重新细化晶粒的方法是使用2000°F 的最终重加热温度并最终重加热后进行的变形量。
Monel400冷成型
Monel400与一般的铬—镍不锈钢一样，Monel400合金显示了优良的冷成型性能。该合金的冷作硬化率较301和304不锈钢低，因而在退火之间可进行多次拉拨成型操作，且变形量相对也较大。
Monel400机加工
Monel400合金可以用通用的机床按照满意的速率进行机械加工。通常来说冷拔或冷拔加去应力材料是推荐做最适合机加工并达到最光滑表面。Monel R-405 合金是Monel400合金的易切削形式。
Monel400酸洗
酸洗可以在Monel400合金上产生光亮清洁的表面。
Monel400用途
Monel400合金大量用在许多领域，尤其是海洋和化工过程。典型的应用为泵、阀；泵和叶轮轴；海洋应用固定件和紧固件；电力和电子部件；弹簧；化工设备；油气和淡水罐；原油静止器；过程容器和管道；锅炉供水加热器和其它热交换器以及除气加热器；海洋结构物表层、海水淡化/制盐/石油精炼装置；船舶用部件类、热交换机、化工/海水淡化装置阀门、泵构件等。
Monel400可供产品形式与标准规范
Monel合金400被指定为UNS N04400及Werkstoff Nr. 2.4360和2.4361。它被列于NACE MR-01-75中用于油气应用条件。合金400可提供的范围非常广,包括管线,管,冷轧板,带,热轧板,圆棒,板条,锻件,六方和线材，管件，法兰和标准件。常用的形式和尺寸均有库存;很多特殊产品可以通过转炉来得到。
Monel400合金被ASME锅炉与压力容器代码批准为结构材料。对Section III 结构温度到800°F,Section VIII Division 1 结构温度到900°F 和Section VIII Division 2 结构温度到800°F 的许用应力见ASME Section II, Part D 的表1B 和2B。
Monel400热板,冷板,和带材- BS3072NA13(冷,热板),BS3073NA13(带), ASTM B127, ASME SB127(热,冷板和带材), SAE AMS4544(冷板,带材和热板),DIN17750(热板,带材和冷板),QQ-N-281(热板,冷板,带材,棒板条,线材和锻件)。
Monel400板条,棒,线材和锻件- S3075NA13(线材),BS3076NA13(板条), ASTM B164(棒板条和线材), ASTM B564(锻件),ASME SB164(棒板条和线材),ASME SB564(锻件),AECMA PrEN2305(铆钉用线材), SAE AMS4675(板条和锻件), SAE AMS4730(线材),SAE AMS4731(线材和丝带),DIN17752(圆棒与板条),DIN17753(线材),DIN17754(锻件),VdTÜV263(冷板,热板,板条与管),QQ-N-281(热,冷板.带材,板条,圆棒,线材和锻件)。
Monel400管线与管- BS3074NA13(管),ASTM B163(冷凝与换热管),ASTM B165(无缝管),ASTM B725(焊管), ASTM B730 (焊管), ASTM B751 (焊管),ASTM B775 (焊接管线), ASTM B829 (无缝管),ASME SB163 (冷凝与换热管), ASME SB165 (无缝管), ASME SB725 (焊管), ASME SB730 (焊管), ASME SB751 (无缝与焊接管), ASME SB775(无缝与焊接管线), ASME SB829 (无缝管), SAE AMS4574 (无缝管), DIN17751 (管线与管),VdTÜV263 (冷板,热板,板条和管)。
焊接产品- Monel60 焊丝-AWS A5.14/ERNiCu-7; Monel190焊条-AWS A5.11/ENiCu-7。
其它产品- ASTM B366, ASME SB366 (焊接管件), SAE AMS7233 (铆钉), DIN17743 (化学成分)。
Monel400供货规格
板材及薄板（定尺长度供货规格请参考带材）
供货状态：热轧或冷轧，固溶处理态，经酸洗处理
|
厚度 mm |
冷轧/热轧 |
宽度 mm |
长度 mm |
|
1.30-＜1.50 |
冷轧 |
2000 |
6000 |
|
1.50-＜6.00 |
冷轧 |
2400 |
8000 |
|
6.00-＜10.00 |
冷轧 |
2400 |
8000 |
|
6.00-＜10.00 |
热轧 |
2400 |
8000 |
|
10.00-＜20.00 |
热轧 |
2400 |
5000** |
|
＞=25.00* |
热轧 |
|
|
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 ** 取决于板材重量 |
|||
圆板和圆环
供货状态：热轧或锻材，固溶处理态，经酸洗或机加工
|
产品 |
重量 Kg |
厚度 mm |
外直径* mm |
内直径* mm |
|
圆板 |
≤4000 |
≤200 |
≤2000 |
|
|
圆环 |
≤3000 |
≤200 |
≤2500 |
视要求而定 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
||||
线材或丝材
供货状态：光亮拉丝，光亮退火态。
规格：φ0.01～14mm，盘卷、桶装、绕轴或幅盘打卷包装。
棒材
供货状态：锻材、轧材、冷拔料，固溶处理态，经酸洗、机加工剥皮或打磨。
|
产品 |
锻材* mm |
轧材* mm |
冷拔* mm |
|
圆棒材(直径) |
≤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 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
|||
锻件
除了圆板、圆环、圆杆、棒材、方钢、大小头、套筒以外，还可按要求提供不规则形状的锻件。
|
产品 |
外直径* mm |
厚度* mm |
|
圆型材 |
≤1800 |
≤800 |
|
矩型材 |
≤1800 |
≤1000 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
||
带材
供货状态：冷轧，固溶处理态，经酸洗或光亮退火。
|
厚度 mm |
宽度 mm |
带材卷直径 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 |
|
* 定尺长度供货规格为500～3000mm(20～120in) |
|||||
焊接填充材料
可提供所有标准规格的棒状、丝状、带状电极以及药芯焊条
无缝管
供货状态：冷拉，固溶处理态，经酸洗或光亮退火。
|
产品 |
外直径* mm |
壁厚* mm |
长度* mm |
|
荒管 |
30-350 |
5-30 |
≤6000 |
|
无缝管 |
6-406 |
0.6-40 |
≤9000 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
|||
焊管
供货状态：板材焊接，固溶处理态，经酸洗或光亮退火。
|
外直径* mm |
壁厚* mm |
长度* mm |
|
≥20 |
≥2 |
≤9000 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
||
标准件
供货状态：紧固件成品交货，棒材锻制，冷墩温墩或热锻，固溶处理态，经酸洗或机加工。
|
产品 |
螺纹规格 |
公称长度 |
|
螺栓 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
螺钉 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
螺杆 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
螺母 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
螺柱 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
垫圈 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
键 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
销 |
M1.6-M64 |
视要求而定 |
|
* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
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法兰
供货状态：锻造成品法兰交货，固溶处理态，机加工。
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化工行业 (HG) |
整体法兰(IF) |
螺纹法兰(TH) |
板式平焊法兰(PL) |
带颈对焊法兰(WN) |
带颈平焊法兰(SO) |
承插焊法兰(SW) |
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对焊环松套法(PJ/SE) |
平焊环松套法(PJ/RJ) |
衬里法兰盖(BL(S)) |
法兰盖 (BL) |
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石化行业(SH) |
螺纹法兰(PT) |
对焊法兰(WN) |
平焊法兰(SO) |
承插焊法兰(SW) |
松套法兰(LJ) |
法兰盖 |
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机械行业(JB) |
整体法兰 |
对焊法兰 |
板式平焊法兰 |
对焊环板式松套法兰 |
平焊环板式松套法兰 |
翻边环板式松套法兰 |
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法兰盖
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国家标准(GB) |
整体法兰 |
螺纹法兰 |
对焊法兰 |
带颈平焊法兰 |
带颈承插焊法兰 |
对焊环带颈松套法兰 |
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板式平焊法兰 |
对焊环板式松套法兰 |
平焊环板式松套法兰 |
翻边环板式松套法兰 |
法兰盖 |
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美国标准(ASME) |
螺纹法兰 |
平焊法兰 |
承插焊法兰 |
松套法兰 |
带颈对焊法兰 |
法兰盖 |
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* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
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管件
供货状态：类型1工厂制造的锻轧制对焊管配件，类型2承插焊和螺纹锻造管件及其他，固溶处理态，经酸洗或机加工。
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产品 |
外直径* mm |
壁厚* mm |
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弯头30o-1800 |
1/8”-48” |
2-60 |
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异径弯头 |
1/8”-48” |
2-60 |
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等径三通、四通 |
1/8”-48” |
2-60 |
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异径三通、四通 |
1/8”-48” |
2-60 |
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翻边 |
1/8”-48” |
2-60 |
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管盖 |
1/8”-48” |
2-60 |
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同心异径管 |
1/8”-48” |
2-60 |
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偏心异径管 |
1/8”-48” |
2-60 |
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管箍 |
1/8”-4” |
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半管接头 |
1/8”-4” |
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* 可以根据特殊要求提供其他规格 |
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