Монель 400 устойчив к коррозии и окислению?

Ответ на вопрос в заголовке — да в одних средах и нет в других, и весь этот ответ исходит из одного свойства сплава. Монель 400 — это твердый раствор никеля и меди без хрома. Это единственное упущение объясняет обе части: сплав не зависит от пассивной поверхностной пленки для своей защиты, поэтому он устойчив к группе агрессивных сред, которые разрушают нержавеющие стали, и ему нечем восстанавливаться, когда среда становится окисляющей.

Различие, которое решает каждый случай, заключается в том, является ли среда восстановительной или окислительной. Восстановительная означает, что в среде не хватает кислорода, что на практике обычно означает деаэрированную. Окислительная означает, что кислород может достигать поверхности. Химический окислитель в среде оказывает такое же действие. Опубликованное описание сплава гласит прямо: он проявляет стойкость к коррозии во многих восстановительных средах и, как правило, более устойчив к воздействию окислительных сред, чем сплавы с более высоким содержанием меди, что является сравнением в пределах семейства меди, а не заявлением о работе в окислительных условиях.

Чтение спецификации без этого дискриминатора приводит к тому, что деталь 400 оказывается в неправильной эксплуатации. В разделах ниже изложено, где сплав является лучшим доступным решением, где он является неправильным решением и каковы опубликованные температурные пределы.

Дискриминатор, заявленный один раз

Две из этих строк требуют пояснения, потому что именно их упускают из виду. Первая заключается в том, что аэрация — это не деталь процесса, а переменная, которая определяет, работает ли сплав. Работа с соляной и плавиковой кислотами описана в опубликованных данных как требующая деаэрированных условий, что означает, что та же кислота, которая успешно обрабатывается в замкнутом деаэрированном контуре, будет разрушать сплав в открытом резервуаре, куда растворяется воздух. Таким образом, переход от закрытой системы к открытой может превратить материал, который работал годами, в материал, который выходит из строя за месяцы.

Вторая заключается в том, что сильной окислительной кислоте не нужна помощь воздуха. Азотная кислота является окислительной кислотой по своей химии, поэтому предостережение применяется даже в герметичной, полностью деаэрированной линии. Опубликованное описание сплава связывает это с его содержанием меди и относит системы с азотной кислотой и аммиаком к средам, где сплав быстро разрушается. Там, где существует такая эксплуатация, ответом является сплав с содержанием хрома, а не сплав никель-медь, потому что защитный оксид, который нужен азотной кислоте, — это тот, который образует хром, а медь — нет.

Где сплав 400 является правильным решением

Где сплав 400 является неправильным решением

Каждая строка здесь — это среда, которая либо разрушает сплав, либо не позволяет ему защитить себя. Они сгруппированы, потому что имеют одну причину.

Строка с азотной кислотой заслуживает особого внимания, потому что именно она приводит к потере оборудования вместо переоценки. Никель-медный сплав не имеет хрома для образования барьерной пленки, которая требуется азотной кислоте, и медь в сплаве является той частью, которая подвергается воздействию. Опубликованная страница, в которой азотная кислота перечислена среди сильных кислот, с которыми справляется этот сплав, описывает обратное опубликованному поведению.

Окислительная половина вопроса

Окисление — это то, где тот же отсутствующий элемент определяет ответ, а опубликованный предел — это одно предложение, которое легко цитировать и легко превысить.

Важный момент в поведении при окислении заключается в том, что репутация сплава основана на его коррозионной стойкости, а не на стойкости к окислению. Он неплохо сопротивляется окалине на воздухе до 538 °C, что охватывает большую часть химической и морской эксплуатации, в которой он используется, и это не материал, выбранный для внутренних частей печей или горелок, ни для каких компонентов, чья задача — находиться в горячем воздухе. Эти задачи принадлежат сплавам, которые образуют оксид хрома или алюминия, а температура, при которой это становится необходимым, — это та, с которой началась эта страница.

Морская вода, для которой сплав наиболее известен

Два опубликованных заявления о морской воде противоречат друг другу, и оба должны быть включены в спецификацию. Сплав 400 описывается как показывающий очень низкие скорости коррозии в проточной морской воде, а стоячие условия показали, что они вызывают щелевую и питтинговую коррозию. Сплав также описывается как устойчивый к коррозионному растрескиванию под напряжением и питтингу в большинстве пресных и промышленных вод.

Для чего фактически выбирается сплав

Опубликованный список применений является хорошим тестом правила, поскольку каждая запись представляет собой восстановительную или нейтральную эксплуатацию, и ни одна из них не является окислительной.

Клапаны и насосы; валы насосов и гребных винтов; морские крепления и крепеж; электрические и электронные компоненты; пружины; оборудование для химической переработки; бензиновые и пресноводные баки; установки для перегонки сырой нефти, технологические сосуды и трубопроводы; подогреватели питательной воды котлов и другие теплообменники; и деаэрационные подогреватели.

Три наблюдения следуют из чтения этого списка, а не из его беглого просмотра. Самая большая группа — это морская и насосная техника, что соответствует эксплуатации в проточной морской воде. Записи химического завода — это сосуды и теплообменники, которые являются закрытыми системами, а не открытыми резервуарами, и закрытая система — это самый простой способ поддерживать восстановительную среду. И в списке нет печей, горелок, окислительных реакторов и оборудования для азотной кислоты, что является отрицательным свидетельством того, что два вышеуказанных предела являются реальными пределами, а не предостережениями.

Вопросы, которые задают покупатели

Устойчив ли Монель 400 к азотной кислоте?

Нет. Азотная кислота является окислительной кислотой по своей химии, и опубликованные данные относят ее к системам с аммиаком как к среде, где сплав быстро разрушается. Поскольку кислота по своей природе является окислителем, деаэрация системы не меняет результат, поэтому это не случай добавления этапа деаэрации. Сплав 400 не содержит хрома, поэтому у него нет способа образовать защитный оксид, который требуется для эксплуатации в азотной кислоте.

Так какие кислоты он обрабатывает?

Плавиковая кислота во всех концентрациях до точки кипения, что, согласно опубликованным данным, является, возможно, самой стойкой из всех широко используемых инженерных сплавов, а также многие формы серной и соляной кислоты в восстановительных условиях. Квалификация восстановительных условий является частью заявления, а не сноской к нему. Эксплуатация в соляной и плавиковой кислоте описана как требующая деаэрированных условий.

Как я могу определить, является ли моя среда восстановительной?

Спросите, может ли что-либо в системе поставлять кислород на поверхность. Замкнутый контур, который был деаэрирован, является восстановительным. Открытый резервуар с растворяющимся в нем воздухом — нет, даже если обрабатывается та же кислота. Среда, которая химически является окислителем, такая как азотная кислота, является окислительной независимо от того, как построена система. Опубликованное руководство для кислотных работ явно указывает на восстановительное условие, поэтому честный ответ заключается в том, что конструкция системы является частью оценки коррозии.

Какова максимальная рабочая температура?

До 1000 °F включительно, что составляет 538 °C, в окислительных атмосферах, таких как воздух. Более высокие температуры могут использоваться там, где сплав находится в восстановительной среде. Различие имеет значение, потому что предел устанавливается атмосферой, а не только металлом, поэтому запрос на работу при высокой температуре должен указывать атмосферу вместе с температурой.

Подходит ли Монель 400 для печи или высокотемпературного окислительного применения?

Нет, и причина в пределе 538 °C для воздуха. Сплав образует адгезивную оксидную пленку при охлаждении на воздухе после нагрева, но эта пленка не является плотной защитной окалиной, которую образуют сплавы с содержанием хрома, поэтому она не выдерживает печных температур. Никель-хромовый или никель-хром-железный сплав — это материал для такой эксплуатации.

Устойчив ли Монель 400 к износу?

Он не выбирается для износостойкости. Причина его использования в эксплуатации на валах насосов и гребных винтов — это сочетание коррозионной стойкости и стойкости к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением в проточной морской воде, с механической прочностью холоднотянутого или горячекатаного вала. Там, где абразивный износ является основным механизмом, следует рассматривать износостойкие марки с карбидами в микроструктуре, и выбор является решением по износу, а не по коррозии.

Резюме

Сплав 400 устойчив к коррозии в восстановительных и нейтральных средах и не устойчив в окислительных, и одно предложение охватывает весь ответ. В группе восстановительных сред он имеет самое сильное отдельное преимущество среди обычных инженерных сплавов — плавиковую кислоту во всех концентрациях до точки кипения, наряду с серной и соляной кислотой в восстановительных условиях и проточной морской водой с отличной стойкостью к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением. В группе окислительных сред он быстро разрушается, а азотная кислота и аммиачные системы указаны в опубликованных данных как наиболее явные случаи. Что касается окислительной половины вопроса, предел составляет 1000 °F или 538 °C на воздухе, с более высокими температурами, разрешенными только в восстановительной среде, и абсолютным пределом изготовления 2150 °F, который не должен быть превышен.

Монель 400 поставляется из Чанчжоу, Цзянсу, в виде прутка, проволоки, полосы, листа, трубы и трубки, в соответствии со стандартами, охватывающими каждую форму, с завода, имеющего сертификат ISO 9001 и прошедшего аудит SGS. Отправьте среду, ее концентрацию, ее температуру и возможность доступа кислорода к поверхности. Является ли ответ этим сплавом, следует из этих четырех фактов.

Ссылки

1. Технический бюллетень Special Metals SMC-053, никель-медный сплав MONEL 400. Источник пределов состава, плотности и диапазона плавления, модуля упругости и коэффициента Пуассона, температуры Кюри и ее примечания, заявления о том, что сплав применим при температурах до 1000 °F включительно в окислительных атмосферах, а при более высоких температурах — в восстановительной среде, заявления о том, что адгезивная оксидная пленка образуется при охлаждении сплава на воздухе после нагрева, заявления о том, что сплав устойчив к коррозии во многих восстановительных средах и, как правило, более устойчив к окислительным средам, чем сплавы с более высоким содержанием меди, поведения в проточной и стоячей морской воде с стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением и питтингу в большинстве пресных и промышленных вод, заявления о плавиковой кислоте во всех концентрациях до точки кипения, стойкости к серной и соляной кислоте в восстановительных условиях, списка применений, предела горячей обработки 2150 °F и опубликованных диапазонов отжига.
2. Тот же бюллетень, о сплаве как о твердом растворе. Источник заявления о том, что сплав может быть упрочнен только холодной обработкой. Источник также для его использования в качестве однофазного гранецентрированного кубического материала с параметром решетки 3,534 Å. Источник также для состава, который не содержит хрома.
3. Тот же бюллетень, о сварке и стандартах продукции. Источник для обозначений присадочного металла и электродов, используемых с этим сплавом. Источник также для стандартных номеров, опубликованных для каждой формы продукта.
4. Опубликованные данные по сплаву Монель 400, распространенные поставщиками и репродуцентами данных производителя. Источник заявлений о том, что сплав быстро разрушается азотной кислотой и аммиачными системами, что его стойкость к соляной и плавиковой кислоте требует деаэрированных условий, и что азотная кислота, аэрированная соляная кислота и растворы хлорида железа(III) входят в число окислительных сред, которые быстро его корродируют.
5. Опубликованные оценки эксплуатации сплава по классам сред. Источник для группировки проточной морской воды и солоноватой воды, нейтральных или восстановительных хлоридных растворов и многих щелочей в благоприятный класс, и концентрированных окислительных кислот и сильно окислительных хлоридных условий в класс, которого следует избегать.
6. Стандарты продукции ASTM и ASME, опубликованные для этого сплава, включая стандарт на лист, пластину и полосу, а также стандарты на трубы и трубки, и соответствующие обозначения ASME. Источник для обозначений форм, на которые ссылается резюме.
7. Записи о поставках, хранящиеся для DLX Alloy, охватывающие Монель 400 в виде прутка, проволоки, полосы, листа, трубы и трубки. Источник для поставляемых форм и условий.

Описанное выше поведение — это опубликованные данные для сплава в общем применении, а не оценка коррозии для конкретного завода. Скорости коррозии зависят от концентрации, температуры, аэрации, потока и присутствия примесей вместе, и одна и та же среда может перемещаться между благоприятной и неблагоприятной группами в течение срока службы завода при изменении одной из этих переменных. Там, где последствие отказа значительно, оценка принадлежит инженеру по коррозии и данным по коррозии поставщика сплава для конкретной среды.