Monel 400 a l'aigua de mar: dades de resistència a la corrosió, a la corrosió de les esquerdes i a la biofouling

⚡ RESPOSTA RÀPIDA - Monel 400 a Seawater

• Corrosió general: molt baixa en aigua de mar fluida i airejada - citada habitualment al voltant de 0,02-0,03 mm/any (aproximadament 1 mpy).

• Pitting: essencialment controlat per la velocitat, no per la concentració de clorur; el risc augmenta bruscament un cop s'atura el flux.

• Corrosió per escletxes: el mode de fallada principal de l'aigua de mar de l'aliatge - es produeix sota les juntes, el creixement marí i els sediments en servei estancat o de baix flux-tret que estigui protegit catòdicament.

• Biofouling: NO resistent com són els aliatges de coure-níquel, tot i que conté un 28-34% de coure - Monel 400 és una solució sòlida de matriu de níquel-, no un aliatge de matriu de coure.

• Quan el servei d'aigua de mar estancada-és inevitable, les especificacions habituals són l'aliatge 625, C-276 o l'acer inoxidable súper dúplex.

Aliatge MONEL® 400(UNS N04400) s'ha especificat per a eixos de bombes mullats d'aigua de mar-, guarnició de vàlvules, elements de subjecció i canonades des de principis del segle XX, i segueix sent un aliatge de primera-elecció allà on la condició de servei sigui l'aigua de mar-movant ràpida i ben{4}}airejada. Però les afirmacions de "qualitat marina" de Monel 400 sovint s'exageren a la literatura dels distribuïdors, especialment pel que fa al rendiment de l'aigua-estancada i la contaminació biològica.

Aquest article treballa a través dels mecanismes i dades reals que hi ha darrere de la picadura, la corrosió per escletxes i la contaminació biològica a l'aigua de mar, i compara Monel 400 amb els aliatges de coure-níquel, austenític i dúplex amb els quals s'especifica més sovint al costat o en contra.

Monel 400 resisteix la corrosió per picat a l'aigua de mar?

Sí, però només sota flux. En aigua de mar airejada i que flueix, Monel 400 desenvolupa un producte de corrosió prim i adherent i mostra picats insignificants; la resistència a la picada de l'aliatge es col·lapsa una vegada que la velocitat baixa i la composició de la pel·lícula superficial canvia.

La resistència de Monel 400 a l'aigua de mar no funciona com ho fa l'acer inoxidable. El tipus 316 i altres graus austenítics depenen d'una pel·lícula d'òxid de crom-passiu que els ions de clorur poden trencar-se localment, és per això que el 316 desenvolupa un atac de picades i esquerdes quan la velocitat del flux cau per sota d'aproximadament 1,5 m/s (uns 5 peus/s) a l'aigua de mar.

Monel 400 no té crom i, per tant, no té pel·lícula passiva-d'òxid de crom per descompondre's. La seva resistència prové del comportament intrínsec a la corrosió de la pròpia solució sòlida de níquel-coure: una matriu cúbica-de fase única,-centrada- (Ni 63% min., Cu 28,0-34,0%, Fe 2,5% màxim, per composició química de l'aliatge sense limitació de la segona fase a la corrosió selectiva)

El resultat pràctic és un mode de corrosió que es regeix per l'oxigen i el flux més que per la concentració de clorur. El propi butlletí de Special Metals afirma clarament que els productes d'aliatge 400 mostren taxes de corrosió molt baixes a l'aigua de mar que flueix, mentre que s'ha demostrat que les condicions d'estancament indueixen tant atacs d'esquerdes com de picades - la literatura del productor principal no publica una taxa de picades d'aigua de mar estancada-quantificada, que en si mateix és un punt de dades útil per al disseny de corrosió{{4}. aigua-quieta.

Les revisions independents de corrosió-de l'aigua de mar citen habitualment una taxa de corrosió general-fluent de l'aigua de mar per al Monel 400 de l'ordre de 0,02-0,03 mm/any (aproximadament 1 mpy) en condicions airejades, prou baix com per tal que la majoria de maquinari marí tingui la mida de la resistència mecànica en lloc de la resistència a la corrosió. Aquesta xifra prové de compilacions secundàries en lloc del butlletí SMC-053 principal, i s'ha de tractar com un valor d'ordre de magnitud típic en lloc d'un nombre de disseny garantit.

Taula 1 - Comportament a la corrosió de Monel 400 per règim de flux d'aigua de mar

Font: Comportament resumit a partir de Special Metals SMC-053 i literatura sobre corrosió marina; Comportament de sediments/sulfurs corroborat pels informes de camp de la Copper Development Association als quals es fa referència a les revisions independents d'aigua de mar de Monel.

La corrosió de les esquerdes és el veritable punt feble de Monel 400 a l'aigua de mar?

Sí. La corrosió de les esquerdes - no obertes-picadures superficials - és el mode de fallada de l'aigua de mar dominant de Monel 400, i apareix específicament on el flux s'interromp: sota les juntes, els elements de fixació, el creixement marí i els dipòsits de sediments.

Una escletxa concentra un micro-volum d'aigua estancat contra un buit tancat, tant si aquest espai és una cara de junta, una junta cargolada o la part inferior d'un percebe connectat. L'oxigen de l'escletxa s'esgota ràpidament, el clorur es concentra i la química local pot divergir bruscament de l'aigua de mar que l'envolta. Monel 400 està explícitament catalogat pel seu propi productor com a susceptible a aquest mecanisme en condicions d'estancament, juntament amb la picada general, tot i que l'aliatge funciona bé a la mateixa aigua un cop es mou.

El treball de laboratori i de camp del LaQue Center for Corrosion Technology (Wrightsville Beach, Carolina del Nord) va comparar el comportament de corrosió-escletxa de Monel 400, Monel K{-500, 90-10 de coure-níquel (CDA 706) i 70-30 de coure-níquel (CDA 706) i 70-30 de coure-níquel i aigua de clor 15C i de coure-níquel (15C) amb aigua i 70-30 períodes d'exposició prolongats.

Val la pena marcar amb honestedat dues troballes d'aquest programa en lloc de suavitzar-les: les proves de cupons-electroquímiques i d'esquerdes-de laboratori van predir correctament la morfologia general de l'atac a les esquerdes, però no van predir l'extensió real de la corrosió observada a l'exposició a l'aigua de mar de Carolina del Nord a l'exterior. Aquesta és una advertència significativa per a qualsevol que confiï només en dades de laboratori de curta-durada per qualificar un component Monel per a un servei d'aigua de mar de flux estancat o intermitent-a llarg termini-.

La implicació pràctica del disseny és que la protecció catòdica importa més per al Monel 400 a l'aigua de mar que la resistència als clorurs per si sola. Els aliatges amb un contingut més elevat de crom i molibdè - Alloy 625 (UNS N06625) i Hastelloy C-276 (UNS N10276) entre ells - resisteixen l'atac de picats i esquerdes en aigua de mar tranquil·la a través d'un ventall molt més ampli de condicions de flux, per la qual cosa són les aplicacions de millora més altes que les habituals de Monel. Monel mateix.

El contingut de coure de Monel 400 el fa resistent a la biofouling?

No. Tot i que conté un 28-34% de coure - una fracció comparable a la família de 70-30-níquel - Monel 400 no es classifica com a resistent a la bioincrustació- en la pràctica d'enginyeria, perquè la resistència a la bioincrustació en els aliatges de pel·lícula de coure{1} no és una superfície d'efecte{1} de coure. una composició a granel.

Aquesta és la concepció errònia més freqüent que es repeteix al contingut de màrqueting de Monel i mereix una correcció directa. Els aliatges resistents al biofouling-constituïts en enginyeria marina són els-níquels - de coure forjat C70600 (90-10 CuNi) i C71500 (70-30 CuNi) {- i el mecanisme acceptat és específic: aquests aliatges són de coure{15}major 88-90% Cu per a C70600, aproximadament 69% Cu per C71500), i la seva superfície forma una pel·lícula a base d'òxid de coure de la qual s'alliberen gradualment els ions de coure a la capa límit immediata. Els organismes marins no toleren aquesta química de la capa límit, de manera que la macroincrustació (percebes, musclos, males herbes) no s'estableix o es manté enganxat i s'esborra.

Monel 400 és un aliatge de níquel-majoritari - una solució sòlida de matriu de níquel-de fase única amb coure dissolt, no un aliatge de matriu-de coure amb níquel afegit. La pel·lícula superficial que forma a l'aigua de mar és corresponentment rica en níquel-en lloc de la pel·lícula d'òxid-cupros de la qual es basa el-níquel per al seu comportament antiincrustante.

Un estudi d'enginyeria universitari que va comparar nous aliatges de revestiment dur de coure-con materials marins establerts va trobar que un aliatge amb només un 16% de coure concentrat en una fase de matriu rica en coure-aconseguia una resistència a l'encrassement similar a la de Monel 400, i va concloure que això era perquè el coure s'havia de concentrar localment a la fase superficial{{4}{4}exposta de coure {5}percentatge efectiva en coure. el seu propi no va ser el factor decisiu. Una patent dels EUA sobre recobriments tèrmics-antifouling va més enllà, agrupant els aliatges Monel juntament amb els acers inoxidables com a materials que "generalment es consideren resistents a la corrosió però que estan subjectes a bioincrustacions", en contrast directe amb els recobriments de coure-níquel provats en el mateix treball.

Res d'això vol dir que el Monel 400 falla tan fàcilment com l'acer al carboni nu -, el seu comportament a la corrosió de l'aigua de mar encara és molt millor que el de l'acer, i és plausible algun benefici antiincrustante incidental del seu contingut de coure. Però "té coure, per tant resisteix a la bioincrustació com el coure-níquel" no és una afirmació que recolza la literatura sobre corrosió, i especificar Monel 400 per a una aplicació crítica de bioincrustació-a partir d'aquesta base és un error de disseny que val la pena detectar abans d'arribar a una comanda de compra.

Taula 2 - Contingut de coure i classificació de bioincrustacions a la família de coure-níquel/Monel

Font: rangs de composició segons ASTM B466/B127/A240 tal com es recopila a la literatura d'aliatges de coure-i Monel; classificació de biofouling segons la literatura sobre biofouling CDA/Nickel Institute citada anteriorment.

Com es compara Monel 400 amb 316L, Super Duplex i Coure-níquel a l'aigua de mar en general?

Monel 400 es troba entre l'acer inoxidable austenític estàndard i el nivell d'aliatge/dúplex de níquel-de primera qualitat: supera els 316L de resistència a la perforació de l'aigua de mar que flueix-i la corrosió general, perd amb superdúplex i l'aliatge 625/C-276 en resistència a l'estancament{{7}i esquerdes de coure a l'aigua, a les esquerdes de coure i al níquel. bioincrustació.

Taula 3 - Comparació del rendiment de l'aigua de mar

Font: compilat a partir de Special Metals SMC-053, Nickel Institute seawater-guia sobre corrosió (Carol Powell, 2020) i bibliografia sobre biofouling de coure-níquel del CDA/Nickel Institute citada en aquest article. Context de resistència a PREN i -família de picadura- dúplex segons la comparació de clorur-SCC Super Duplex 2507 que es fa referència a continuació.

La selecció honesta és que cap aliatge d'aquesta taula és incondicionalment "millor" per a l'aigua de mar. Monel 400 guanya per la combinació específica d'alta resistència, comportament no-magnètic a prop de la temperatura ambient i excel·lent resistència a l'aigua de mar-que flueix, que el converteix en l'opció estàndard per a l'eix de la bomba i l'hèlix; no guanya amb la resistència a l'aigua estancada-picadura/escletxa (els aliatges dúplex i Ni{-Cr{-Mo són millors) ni en el biofouling (el coure-níquel és millor).

Quan hauríeu d'especificar Monel 400 en comparació amb una alternativa per al servei d'aigua de mar?

Especifiqueu Monel 400 on el flux d'aigua de mar sigui continu i la peça es beneficiï de la seva resistència i propietats no-magnètiques; passar al coure-níquel, súper dúplex o aliatge 625/C-276 tan aviat com l'exposició estancada, el control de la contaminació biològica o la gravetat extrema del clorur es converteixin en el requisit de conducció.

Eixos de bomba, eixos d'hèlix, tiges de vàlvules i guarnicions en aigua de mar que flueix contínuament - L'aplicació clàssica i-ben provada de Monel 400.

Instrumentació, brúixoles i carcasses de sensors que necessiten un comportament no-magnètic en un entorn marí - Monel 400 o Monel K-500 per a una major resistència.

Les pantalles d'admissió d'aigua de mar, els tubs del condensador i les estructures on el control de la contaminació biològica és un factor de disseny - especifiquen 90-10 o 70-30 de coure-níquel.

Les canonades-de peus mortes, els equips d'espera inactiu o els components que veuen aigua de mar estancada intermitent - considereu l'aliatge 625, C-276 o inoxidable súper dúplex, o garanteix una protecció catòdica fiable si es manté Monel 400.

Elements de fixació i maquinari sota la bandera de creixement marí o de sediments en contacte amb - per a protecció catòdica o actualització; Monel 400 sense protecció al fang/sediments ha documentat corrosió moderada-a-severa als informes de camp.

Maquinari marí general sensible al pressupost-on els límits de velocitat coneguts del 316L (per sobre d'aproximadament 1,5 m/s) són acceptables - 316L segueix sent la línia de base de-cost més baix, amb la mateixa precaució-d'aigua estancada que el Monel 400.

Quins estàndards regeixen el Monel 400 per a la compra marítima?

El maquinari marin Monel 400 s'adquireix amb més freqüència a ASTM B127/B164/B165 per a plaques, barres i canonades sense soldadura, amb NACE MR0175 que regeix la qualificació de servei àcid-si escau.

Font: Special Metals Corporation, SMC-053, secció Productes i especificacions disponibles.

Preguntes freqüents

P: Monel 400 pica a l'aigua de mar?

R: Rarament en aigua de mar que flueix,però el risc de picar augmenta bruscament un cop l'aigua s'estanca, ja que la resistència de l'aliatge depèn del flux continu en lloc d'una pel·lícula passiva estable de clorur-.

P: Quina és la taxa de corrosió de Monel 400 a l'aigua de mar?

R: Es cita habitualment al voltant de 0,02-0,03 mm/any (aproximadament 1 mpy) en aigua de mar airejada,tot i que aquesta xifra prové de recopilacions secundàries més que d'un valor quantificat al butlletí de metalls especials primari, que informa del comportament només de manera qualitativa.

P: Monel 400 és resistent a la corrosió de les esquerdes?

R: No -la corrosió de les esquerdes sota les juntes, els elements de fixació, el creixement marí i els sediments en condicions estancades o de baix{0}}flux és el mode de fallada principal de l'aigua de mar de Monel 400, i la protecció catòdica és la mitigació estàndard.

P: El Monel 400 resisteix la contaminació biològica com la canonada de-níquel de coure?

R: No -tot i que conté un 28-34% de coure, Monel 400 és un aliatge de matriu-de níquel i no es classifica com a resistent a la-biofouling; aquesta classificació pertany als aliatges de matriu de coure-com ara 90-10 i 70-30 coure-níquel, el comportament antiincrustante dels quals prové d'una pel·lícula de superfície majoritària de coure, no del contingut de coure a granel.

P: S'ha de protegir catòdicament el Monel 400 a l'aigua de mar?

R: Sí, per al servei de flux-estancat o intermitent.La protecció catòdica és la mitigació estàndard contra l'atac d'esquerdes i picades quan no es pot garantir un flux continu.

P: Quin aliatge hauria de substituir el Monel 400 per al servei d'aigua de mar estancada?

R: aliatge 625, Hastelloy C-276 o un inoxidable súper dúplex com 2205/2507,tots els quals resisteixen la corrosió per picades i esquerdes en una gamma molt més àmplia de condicions de flux d'aigua de mar que el Monel 400.