Monel 400 w wodzie morskiej: dane dotyczące wżerów, korozji szczelinowej i biofoulingu

⚡ SZYBKA ODPOWIEDŹ - Monel 400 w wodzie morskiej

• Ogólna korozja: bardzo mała ilość płynącej, napowietrzonej wody morskiej - powszechnie podawana około 0,02-0,03 mm/rok (około 1 mpy).

• Wżery: zasadniczo kontrolowane przez prędkość, a nie stężenie chlorków; ryzyko gwałtownie wzrasta po ustaniu przepływu.

• Korozja szczelinowa: główna awaria stopu w postaci wody morskiej - występuje pod uszczelkami, naroślą morską i osadami w warunkach stagnacji lub przy niskim-przepływie, chyba że jest ona chroniona katodowo.

• Biofouling: NIE jest tak odporny jak stopy miedzi-niklu, mimo że zawiera 28-34% miedzi - Monel 400 to stały roztwór na osnowie niklowej-, a nie stop na osnowie miedzi.

• Gdy nie da się uniknąć stagnacji-wody morskiej, zwykle stosuje się zwiększone specyfikacje ze stopu aluminium 625, C-276 lub stali super duplex.

Stop MONEL® 400(UNS N04400) jest zalecany do-zwilżonych wałów pomp, opraw zaworów, elementów złącznych i rurociągów zwilżanych wodą morską od początku XX wieku i pozostaje stopem pierwszego-wyboru wszędzie tam, gdzie wymagana jest szybko-przepływająca, dobrze-napowietrzona woda morska. Jednak w literaturze dystrybutorów stwierdzenia dotyczące „klasy morskiej” dotyczące Monel 400 są często przesadzone, szczególnie w odniesieniu do-stagnacji wody i biofoulingu.

W tym artykule omówiono rzeczywiste mechanizmy i dane stojące za wżerami, korozją szczelinową i zanieczyszczeniami biologicznymi w wodzie morskiej oraz porównano Monel 400 ze stopami miedzi-niklowej, austenitycznej i duplex, z którymi jest najczęściej określany obok lub przeciwko niemu.

Czy Monel 400 jest odporny na korozję wżerową w wodzie morskiej?

Tak, ale tylko pod przepływem. W napowietrzonej, płynącej wodzie morskiej Monel 400 tworzy cienki, przylegający produkt korozji i wykazuje nieznaczne wżery; odporność stopu na wżery maleje wraz ze spadkiem prędkości i zmianą składu powłoki powierzchniowej.

Odporność Monelu 400 na wodę morską nie jest taka sama jak stali nierdzewnej. Typ 316 i inne gatunki austenityczne zależą od pasywnej warstwy-tlenku chromu, którą jony chlorkowe mogą lokalnie rozrywać, dlatego w przypadku stali 316 powstają wżery i ataki szczelin, gdy prędkość przepływu w wodzie morskiej spadnie poniżej około 1,5 m/s (około 5 stóp/s).

Monel 400 nie zawiera chromu, a zatem nie ma pasywnej warstwy-tlenku chromu, która mogłaby ulec rozkładowi. Jego odporność wynika z wewnętrznego zachowania korozyjnego samego stałego roztworu niklu-miedzi: jedno-fazowa,-centryczna-osnowa sześcienna (Ni min. 63%, Cu 28,0–34,0%, Fe maks. 2,5%, w zależności od granicznego składu chemicznego stopu) bez drugiej fazy powodującej selektywną korozję.

Praktycznym rezultatem jest tryb korozji regulowany przez tlen i przepływ, a nie przez stężenie chlorków. W biuletynie Special Metals wyraźnie stwierdza się, że produkty ze stopu 400 wykazują bardzo niską szybkość korozji w płynącej wodzie morskiej, podczas gdy wykazano, że warunki stojące powodują zarówno atak szczelin, jak i wżery. - literatura głównego producenta nie publikuje ilościowego współczynnika wżerów w stojącej- wodzie morskiej, co samo w sobie jest przydatnym punktem danych: nie ma żadnej potwierdzonej przez producenta-liczby, na podstawie której można by określić naddatek na korozję w przypadku cichego-wżerów.

Niezależne oceny-korozyjnej wody morskiej często podają, że ogólna szybkość korozji Monel 400 w płynącej- wodzie morskiej wynosi około 0,02-0,03 mm/rok (około 1 mpy) w warunkach napowietrzonych, czyli na tyle nisko, że wielkość większości sprzętu morskiego opiera się na wytrzymałości mechanicznej, a nie naddatku na korozję. Liczba ta pochodzi z kompilacji wtórnych, a nie z głównego biuletynu SMC-053 i należy ją traktować raczej jako typową wartość rzędu wielkości niż gwarantowany numer projektu.

Tabela 1 - Zachowanie korozyjne Monel 400 według reżimu przepływu wody morskiej

Źródło: podsumowanie zachowania na podstawie Special Metals SMC-053 i literatury dotyczącej korozji morskiej; zachowanie osadów/siarczków potwierdzone w raportach terenowych Copper Development Association, do których odwołują się niezależne przeglądy wody morskiej firmy Monel.

Czy korozja szczelinowa jest naprawdę słabym punktem Monel 400 w wodzie morskiej?

Tak. Korozja szczelinowa - nie jest otwarta-wżery powierzchniowe - to dominujący rodzaj awarii wody morskiej Monel 400, który pojawia się szczególnie tam, gdzie przepływ jest przerwany: pod uszczelkami, elementami złącznymi, naroślami morskimi i osadami.

Szczelina skupia stojącą mikro-objętość wody w ciasnej szczelinie, niezależnie od tego, czy szczelina ta jest powierzchnią uszczelki, połączeniem śrubowym, czy też spodem dołączonej pąkli. Tlen wewnątrz szczeliny szybko się wyczerpuje, chlorki się koncentrują, a lokalny skład chemiczny może znacznie odbiegać od otaczającej ją wody morskiej. Monel 400 został wyraźnie wymieniony przez własnego producenta jako podatny na ten mechanizm w warunkach stagnacji, wraz z ogólnymi wżerami, mimo że stop dobrze zachowuje się w tej samej wodzie, gdy jest w ruchu.

W badaniach laboratoryjnych i terenowych w LaQue Center for Corrosion Technology (Wrightsville Beach, Karolina Północna) porównano-zachowanie korozyjne szczelinowe Monel 400, Monel K-500, 90-10 miedź-nikiel (CDA 706) i 70-30 miedź-nikiel (CDA 715) zarówno w ozonowanej, jak i chlorowanej wodzie morskiej w dłuższych okresach ekspozycji.

Dwa wnioski z tego programu warto uczciwie zasygnalizować, a nie załagodzić:-laboratoryjne badania elektrochemiczne i badania kuponów-szczelinowych prawidłowo przewidziały ogólną morfologię ataku szczeliny, ale nie przewidziały rzeczywistego zakresu korozji obserwowanej w zewnętrznych miejscach narażonych na działanie wody morskiej w Karolinie Północnej. Jest to istotne zastrzeżenie dla każdego, kto opiera się wyłącznie na krótkotrwałych-danych laboratoryjnych, aby zakwalifikować komponent Monel do długotrwałego-stagnacji lub przerywanego-przepływu wody morskiej.

Praktyczny wniosek z projektu jest taki, że ochrona katodowa ma większe znaczenie dla Monel 400 w wodzie morskiej niż sama odporność na chlorki. Stopy o wyższej zawartości chromu i molibdenu, wśród nich - Alloy 625 (UNS N06625) i Hastelloy C-276 (UNS N10276) - są odporne na wżery i ataki szczelin w spokojnej wodzie morskiej w znacznie szerszym zakresie warunków przepływu, dlatego są one typową ścieżką ulepszenia w przypadku zastosowań monelu w wodzie stojącej, a nie wyższej klasy samego monelu.

Czy zawartość miedzi w Monel 400 czyni go odpornym na biofouling?

Nie. Pomimo zawartości 28-34% miedzi - frakcji porównywalnej z rodziną 70-30 miedzi-niklu - Monel 400 nie jest klasyfikowany w praktyce inżynieryjnej jako odporny-na biofouling, ponieważ odporność na biofouling w stopach miedzi wynika z efektu powłoki powierzchniowej-miedzi, a nie ze składu w masie.

Jest to najczęstsze błędne przekonanie powtarzane w treściach marketingowych Monel i zasługuje na bezpośrednią korektę. Uznanymi stopami-opornymi na biofouling w inżynierii morskiej są kuta miedź-nikliowa - C70600 (90-10 CuNi) i C71500 (70-30 CuNi) -, a przyjęty mechanizm jest specyficzny: stopy te składają się w większości z miedzi-(w przybliżeniu 88-90% Cu dla C70600, około 69% Cu dla C71500), a ich powierzchnia tworzy warstwę na bazie tlenku miedziawego, z której jony miedzi są stopniowo uwalniane do bezpośredniej warstwy granicznej. Organizmy morskie nie tolerują chemii warstwy granicznej, więc makrofouling (pąkle, małże, chwasty) albo nie zawiązuje się, albo pozostaje luźno związany i odpada.

Monel 400 to stop-z większością niklu - jedno-fazowy roztwór stały na osnowie niklu-z rozpuszczoną w nim miedzią, a nie stop z osnową miedzi-z dodatkiem niklu. Warstwa powierzchniowa, którą tworzy w wodzie morskiej, jest odpowiednio bogata w nikiel-a nie w warstwę tlenku miedziawego-, na której opiera się miedź-niklu ze względu na swoje właściwości przeciwporostowe.

Uniwersyteckie badanie inżynieryjne porównujące nowe stopy do napawania- zawierającego miedź ze znanymi materiałami morskimi wykazało, że stop zawierający tylko 16% miedzi skoncentrowanej w fazie osnowy bogatej w miedź- osiągnął odporność na zarastanie podobną do Monel 400 i doszedł do wniosku, że dzieje się tak dlatego, że miedź musiała być lokalnie skoncentrowana w-fazie odsłoniętej powierzchni, aby uzyskać efektywny - procent miedzi w masie sam w sobie nie był decydującym czynnikiem. Amerykański patent na przeciwporostowe-powłoki natryskowe cieplne idzie dalej, grupując stopy monelu razem ze stalami nierdzewnymi jako materiały „ogólnie uważane za odporne na korozję, ale podatne na biofouling” w przeciwieństwie do powłok miedzi-niklowych testowanych w tej samej pracy.

Wszystko to nie oznacza, że ​​Monel 400 brudzi się tak łatwo jak goła stal węglowa. - Jego odporność na korozję w wodzie morskiej jest nadal znacznie lepsza niż stali, a zawartość miedzi zapewnia pewne przypadkowe korzyści przeciwporostowe. Jednak literatura dotycząca korozji nie potwierdza tego, że „zawiera miedź, a zatem jest odporny na biofouling jak miedź-nikiel” – nie potwierdza tego twierdzenie, a wybór Monel 400 do-krytycznego zastosowania w przypadku biofoulingu na tej podstawie jest błędem projektowym, który warto wyłapać, zanim trafi on do zamówienia.

Tabela 2 - Zawartość miedzi i klasyfikacja biofoulingu w całej rodzinie miedzi-Nikiel/monel

Źródło: Zakresy składu według ASTM B466/B127/A240 zebrane w literaturze dotyczącej-stopów miedzi i Monelu; klasyfikacja biofoulingu zgodnie z cytowaną powyżej literaturą CDA/Nickel Institute dotyczącą biofoulingu.

Jak Monel 400 wypada w porównaniu z 316L, Super Duplex i miedzią-niklem w wodzie morskiej?

Monel 400 plasuje się pomiędzy standardową austenityczną stalą nierdzewną a wysokiej jakości-stopem niklu/duplexem: pokonuje 316L pod względem odporności-wżerów w płynącej wodzie morskiej i ogólnej korozji, przegrywa z super duplexem i stopem 625/C-276 pod względem odporności na wżery i szczeliny stojącej-wody oraz przegrywa z prawdziwą miedzioniklem w przypadku biofoulingu.

Tabela 3 - Porównanie wydajności wody morskiej

Źródło: zestawienie na podstawie Special Metals SMC-053, wytycznych dotyczących korozji-korozyjnej wody morskiej- Instytutu Nickel (Carol Powell, 2020) oraz literatury CDA/Nickel Institute dotyczącej biofoulingu-niklu, cytowanej w tym artykule. Kontekst odporności na PREN i-rodzinę wżerów-duplex zgodnie z porównaniem chlorku Super Duplex 2507-SCC, o którym mowa poniżej.

Wniosek z wyboru jest taki, że żaden pojedynczy stop w tej tabeli nie jest bezwarunkowo „najlepszy” dla wody morskiej. Monel 400 wygrywa dzięki specyficznemu połączeniu wysokiej wytrzymałości,-zachowania niemagnetycznego w pobliżu temperatury pokojowej i doskonałej odporności na płynącą-wodę morską, co czyni go standardowym wyborem do wałów pomp i śrub napędowych; nie wygrywa w przypadku odporności na wżery/szczeliny stojącej wody (lepsze są stopy duplex i Ni-Cr-Mo) ani na osadzanie się osadów biologicznych (lepsza jest-miedź-nikiel).

Kiedy należy wybrać Monel 400 zamiast alternatywy dla wody morskiej?

Wybierz Monel 400, w którym przepływ wody morskiej jest ciągły, a część korzysta ze swojej wytrzymałości i-właściwości magnetycznych; przejść na miedź-nikiel, super duplex lub stop 625/C-276, gdy tylko głównym wymogiem stanie się stagnacja narażenia, kontrola biozanieczyszczenia lub ekstremalne nasilenie chlorków.

Wały pomp, wały napędowe, trzpienie zaworów i elementy wykończeniowe w stale przepływającej wodzie morskiej - Klasyczne,-sprawdzone zastosowanie Monel 400.

Oprzyrządowanie, kompasy i obudowy czujników wymagające-niemagnetycznego zachowania w środowisku morskim - Monel 400 lub Monel K-500 dla większej wytrzymałości.

Ekrany wlotu wody morskiej, rury skraplacza i konstrukcje, w których kontrola osadów biologicznych jest czynnikiem projektowym, - zamiast tego należy podać 90-10 lub 70-30 miedź-nikiel.

Martwe-rurociągi, sprzęt pozostający w stanie spoczynku lub komponenty, w których występuje okresowa stagnacja wody morskiej -, należy rozważyć zastosowanie stopu 625, C-276 lub stali nierdzewnej superduplex lub zapewnić niezawodną ochronę katodową, jeśli zachowa się Monel 400.

Elementy złączne i osprzęt znajdujący się pod flagą związaną z porostami morskimi lub kontaktem z osadami - w celu ochrony katodowej lub modernizacji; w przypadku niezabezpieczonego Monel 400 w błocie/osadach udokumentowano w raportach terenowych umiarkowaną-do-korozję.

Budżetowy-ogólny sprzęt morski, w którym znane ograniczenia prędkości 316L (wżery powyżej około 1,5 m/s) są akceptowalne. - 316L pozostaje bazowym niższym-kosztem, z tą samą ostrożnością w przypadku-wody stojącej jak Monel 400.

Jakie normy regulują Monel 400 w zakresie zamówień morskich?

Osprzęt morski Monel 400 jest najczęściej zamawiany zgodnie z normą ASTM B127/B164/B165 w przypadku płyt, prętów i rur bez szwu, przy czym w stosownych przypadkach obowiązuje norma NACE MR0175 dotycząca kwalifikacji do pracy w trudnych warunkach.

Źródło: Special Metals Corporation, SMC-053, sekcja Dostępne produkty i specyfikacje.

Często zadawane pytania

P: Czy Monel 400 wchodzi do wody morskiej?

Odp.: Rzadko w płynącej wodzie morskiej,jednak ryzyko wżerów gwałtownie wzrasta, gdy woda stoi w miejscu, ponieważ odporność stopu zależy od ciągłego przepływu, a nie od-stabilnej chlorkowej warstwy pasywnej.

P: Jaka jest szybkość korozji Monel 400 w wodzie morskiej?

Odp.: Powszechnie podawane jest około 0,02-0,03 mm/rok (około 1 mpy) w płynącej, napowietrzonej wodzie morskiej,chociaż liczba ta pochodzi z wtórnych kompilacji, a nie z wartości ilościowej zawartej w głównym biuletynie Special Metals, który opisuje zachowanie jedynie jakościowo.

P: Czy Monel 400 jest odporny na korozję szczelinową?

Odp.: Nie -korozja szczelinowa pod uszczelkami, elementami złącznymi, zarośla morskie i osady w warunkach stagnacji lub-słabego przepływu to główna przyczyna awarii wody morskiej w Monel 400, a ochrona katodowa jest standardowym środkiem łagodzącym.

P: Czy Monel 400 jest odporny na osady biologiczne tak jak rury miedziane-niklowe?

Odp.: Nie -mimo że zawiera 28-34% miedzi, Monel 400 jest stopem na osnowie niklu-i nie jest klasyfikowany jako odporny na-bioosad; klasyfikacja ta obejmuje stopy na osnowie miedzi-, takie jak miedź-nikiel 90-10 i 70-30, których działanie przeciwporostowe wynika z warstwy powierzchniowej zawierającej głównie miedź, a nie z zawartości miedzi w masie.

P: Czy Monel 400 powinien być chroniony katodowo w wodzie morskiej?

O: Tak, w przypadku usługi przepływu stagnacyjnego lub przerywanego.-Ochrona katodowa jest standardowym środkiem łagodzącym ataki szczelin i wżerów, gdy nie można zagwarantować ciągłego przepływu.

P: Jaki stop powinien zastąpić Monel 400 w przypadku stojącej wody morskiej?

Odp.: Stop 625, Hastelloy C-276 lub stal super duplex, taka jak 2205/2507,wszystkie są odporne na korozję wżerową i szczelinową w znacznie szerszym zakresie warunków przepływu wody morskiej niż Monel 400.