Monel 400 i havvand: Data for grubetæring, sprækkekorrosion og biobegroning

⚡ HURTIG SVAR - Monel 400 i havvand

• Generel korrosion: meget lavt indhold af strømmende, beluftet havvand - almindeligvis nævnt omkring 0,02-0,03 mm/år (ca. 1 mpy).

• Pitting: hovedsagelig styret af hastighed, ikke chloridkoncentration; risikoen stiger kraftigt, når flowet stopper.

• Spaltekorrosion: Legeringens primære havvandsfejltilstand - forekommer under pakninger, marin vækst og sediment i stillestående eller lav-strøm, medmindre den er katodisk beskyttet.

• Biobegroning: IKKE modstandsdygtig på den måde, som kobber-nikkellegeringer er, på trods af at den indeholder 28-34 % kobber - Monel 400 er en nikkel-matrix-fast opløsning, ikke en kobber-matrix-legering.

• Når stillestående-havvandsbelastning er uundgåelig, er Alloy 625, C-276 eller super duplex rustfrit de sædvanlige step-up-specifikationer.

MONEL® legering 400(UNS N04400) er blevet specificeret for havvands-befugtede pumpeaksler, ventiltrim, fastgørelseselementer og rørføring siden begyndelsen af ​​det tyvende århundrede, og det er fortsat en første-legering, hvor hurtigt-bevægende, godt-luftet havvand er servicetilstanden. Men påstande om "marine grade" for Monel 400 er ofte overvurderet i distributørlitteratur, især med hensyn til stillestående-vandydelse og biobegroning.

Denne artikel gennemgår de faktiske mekanismer og data bag grubetæring, spaltekorrosion og biobegroning i havvand og sammenligner Monel 400 med kobber-nikkel, austenitiske og duplekslegeringer, som den oftest angives ved siden af ​​eller imod.

Modstår Monel 400 grubetæring i havvand?

Ja, men kun under flow. I beluftet, strømmende havvand udvikler Monel 400 et tyndt, vedhæftende korrosionsprodukt og viser ubetydelige pitting; legeringens pitting-modstand kollapser, når hastigheden falder, og overfladefilmsammensætningen skifter.

Monel 400's modstandsdygtighed over for havvand fungerer ikke, som rustfrit stål gør. Type 316 og andre austenitiske kvaliteter er afhængige af en passiv chrom-oxidfilm, som chloridioner lokalt kan briste, hvilket er grunden til, at 316 udvikler grubetæring og sprækkeangreb, når strømningshastigheden falder til under ca. 1,5 m/s (ca. 5 ft/s) i havvand.

Monel 400 har ingen krom og derfor ingen passiv film af krom-oxid, der kan nedbrydes. Dens modstand kommer fra den iboende korrosionsadfærd af selve den faste nikkel-kobberopløsning: en enkelt-faset, flade-centreret-kubisk matrix (Ni 63 % min., Cu 28,0-34,0 %, Fe 2,5 % maks., pr. legeringens selektivt begrænsende kemiske sammensætning) uden korrosionsbegrænsende kemiske sammensætning.

Det praktiske resultat er en korrosionstilstand, der er styret af oxygen og flow i stedet for af chloridkoncentration. Special Metals' egen bulletin siger klart og tydeligt, at legering 400-produkter udviser meget lave korrosionshastigheder i strømmende havvand, mens stillestående forhold har vist sig at inducere både sprække- og fordybningsangreb. rundt for stille-vandgruber.

Uafhængige havvands-korrosionsanmeldelser citerer almindeligvis en strømmende-havvands generel korrosionshastighed for Monel 400 i størrelsesordenen 0,02-0,03 mm/år (ca. 1 mpy) under luftede forhold, lavt nok til, at det meste marine hardware er dimensioneret efter mekanisk styrke frem for korrosionsgodkendelse. Dette tal kommer fra sekundære kompileringer i stedet for den primære SMC-053-bulletin og bør behandles som en typisk størrelsesordensværdi i stedet for et garanteret designnummer.

Tabel 1 - Korrosionsadfærd for Monel 400 efter havvandsstrømningsregime

Kilde: Adfærd opsummeret fra Special Metals SMC-053 og litteratur om havkorrosion; sediment/sulfid-adfærd bekræftet af Copper Development Association-feltrapporter, der refereres til i uafhængige Monel-havvandsanmeldelser.

Er sprækkekorrosion det rigtige svage punkt for Monel 400 i havvand?

Ja. Spaltekorrosion - ikke åben-overfladegrub - er Monel 400's dominerende havvandsfejltilstand, og den vises specifikt, hvor flowet afbrydes: under pakninger, fastgørelseselementer, marin vækst og sedimentaflejringer.

En spalte koncentrerer et stillestående mikro-volumen vand mod et tæt mellemrum, uanset om dette mellemrum er en pakningsflade, en boltet samling eller undersiden af ​​en påmonteret kappe. Ilt inde i sprækken bliver hurtigt opbrugt, klorid koncentreres, og den lokale kemi kan afvige kraftigt fra det store havvand omkring det. Monel 400 er udtrykkeligt opført af sin egen producent som modtagelig for denne mekanisme under stillestående forhold, sammen med generel pitting, selvom legeringen klarer sig godt i det samme vand, når den først bevæger sig.

Laboratorie- og feltarbejde ved LaQue Center for Corrosion Technology (Wrightsville Beach, North Carolina) sammenlignede sprække--korrosionsadfærd for Monel 400, Monel K-500, 90-10 kobber-nikkel (CDA 706) og 70-30 under DA-kobber-nikkel-nikkel (CDA 715C) over både kobber-715C-kobber-nikkel forlængede eksponeringsperioder.

To resultater fra det program er værd at markere ærligt i stedet for at udjævne: i-elektrokemiske laboratorier og sprækker-forudsagde kupontest den generelle morfologi af sprækkeangreb korrekt, men den forudsagde ikke det faktiske omfang af korrosion observeret i udendørs havvandseksponeringer i North Carolina. Det er en meningsfuld advarsel for alle, der er afhængige af kort-laboratoriedata alene for at kvalificere en Monel-komponent til langtids-stagnerende eller intermitterende-havvandsservice.

Den praktiske designimplikation er, at katodisk beskyttelse betyder mere for Monel 400 i havvand, end kloridresistens alene gør. Legeringer med højere indhold af chrom og molybdæn - Legering 625 (UNS N06625) og Hastelloy C-276 (UNS N10276) blandt dem - modstår gruber og sprækkeangreb i stille havvand på tværs af et meget bredere udvalg af strømningsforhold, hvilket er grunden til, at de er en temmelig stillestående sti til anvendelse af højere vandkvalitet. Monel selv.

Gør Monel 400's kobberindhold den modstandsdygtig over for biobegroning?

Nej. På trods af, at den indeholder 28-34 % kobber - en brøkdel, der kan sammenlignes med 70-30 kobber-nikkelfamilien -, er Monel 400 ikke klassificeret som biofouling-resistent i ingeniørpraksis, fordi biofouling-resistens er en kobber-{0}overfladeeffekt,{0} bulk-sammensætning en.

Dette er den mest almindelige misforståelse, der gentages i Monel marketingindhold, og den fortjener en direkte rettelse. De etablerede biobegroningsbestandige-legeringer inden for skibsteknik er smedekobber-nikkel - C70600 (90-10 CuNi) og C71500 (70-30 CuNi) - og den accepterede{14}-legeringsmekanisme er specifikt for{1} kobberlegering5}: 88-90 % Cu for C70600, ca. 69 % Cu for C71500), og deres overflade danner en kobberoxid-baseret film, hvorfra kobberioner gradvist frigives til det umiddelbare grænselag. Marine organismer tolererer ikke den grænselagskemi, så makrobegroning (barnakler, muslinger, ukrudt) formår enten ikke at etablere sig eller forbliver løst knyttet og forsvinder.

Monel 400 er en nikkel-majoritetslegering - en enkelt-fast nikkel-matrixopløsning med kobber opløst i det, ikke en kobber-matrixlegering tilsat nikkel. Overfladefilmen, den danner i havvand, er tilsvarende nikkelrig- i stedet for den kobber-oxidfilm, som kobber-nikkel er afhængig af for sin antifouling-adfærd.

Et universitetsingeniørstudie, der sammenlignede nye kobber-bærende hardfacing-legeringer med etablerede marine materialer viste, at en legering med kun 16 % kobber koncentreret i en kobber-rig matrixfase opnåede besmudsningsmodstand svarende til Monel 400's, og konkluderede, at dette skyldtes, at kobberet skulle koncentreres lokalt{4} for at blive effektivt koncentreret{4} i overfladen{5} kobberprocenten i sig selv var ikke den afgørende faktor. Et amerikansk patent på antifouling termiske-spraybelægninger går videre og grupperer Monel-legeringer sammen med rustfrit stål som materialer, der "generelt betragtes som korrosionsbestandige, men er genstand for biofouling," i direkte modsætning til kobber-nikkelbelægninger, der er testet i det samme arbejde.

Intet af dette betyder, at Monel 400 besmitter lige så let som nøgent kulstofstål -, at dets havvandskorrosionsadfærd stadig er langt bedre end ståls, og nogle tilfældige antifouling-fordele fra dets kobberindhold er plausible. Men "har kobber, derfor modstår biobegroning som kobber-nikkel" er ikke en påstand, som korrosionslitteraturen understøtter, og at specificere Monel 400 for en biobegroning-kritisk anvendelse på det grundlag er en designfejl, der er værd at opdage, før den når en indkøbsordre.

Tabel 2 - Kobberindhold og klassificering af biobegroning på tværs af kobber-Nikkel/Monel-familien

Kilde: Sammensætningsintervaller pr. ASTM B466/B127/A240 som samlet i kobber-legering og Monel-producentlitteratur; klassificering af biofouling i henhold til CDA/Nikkel Institute biofouling litteratur citeret ovenfor.

Hvordan er Monel 400 sammenlignet med 316L, Super Duplex og kobber-nikkel i havvand generelt?

Monel 400 ligger mellem standard austenitisk rustfrit stål og premium nikkel-legering/dupleks-lag: den slår 316L på flydende-søvandsgrubemodstand og generel korrosion, taber til superdupleks og Alloy 625/C-276 på stagnerende-stagneri- og cremevandsmodstand{7}. biofouling.

Tabel 3 - Sammenligning af havvandsydelse

Kilde: Udarbejdet fra Special Metals SMC-053, Nickel Institute seawater-korrosionsvejledning (Carol Powell, 2020) og CDA/Nickel Institute kobber-nikkelbiobegroningslitteratur citeret i denne artikel. PREN- og duplex-familiepitting-kontekst ifølge Super Duplex 2507 chlorid-SCC-sammenligningen, der refereres til nedenfor.

Den ærlige valg takeaway er, at ingen enkelt legering i denne tabel er ubetinget "bedst" ​​til havvand. Monel 400 vinder på den specifikke kombination af høj styrke, ikke-magnetisk adfærd nær stuetemperatur og fremragende flydende-havvandsmodstand, der gør den til standardvalget til pumpe- og propelaksler; det vinder ikke på stagnerende-vandgruber-/spaltemodstand (duplex og Ni-Cr-Mo-legeringer er bedre) eller på biobegroning (kobber-nikkel er bedre).

Hvornår skal du angive Monel 400 vs. et alternativ til havvandsservice?

Angiv Monel 400, hvor havvandsstrømmen er kontinuerlig, og delen nyder godt af sin styrke og ikke-magnetiske egenskaber; gå over til kobber-nikkel, super duplex eller legering 625/C-276, så snart stillestående eksponering, biobegroningskontrol eller ekstrem sværhedsgrad af klorid bliver kørselskravet.

Pumpeaksler, propelaksler, ventilstammer og trim i kontinuerligt strømmende havvand - Monel 400s klassiske, vel-afprøvede anvendelse.

Instrumentering, kompasser og sensorhuse, der kræver ikke-magnetisk adfærd i et havmiljø - Monel 400 eller Monel K-500 for højere styrke.

Havvandsindtagsskærme, kondensatorrør og strukturer, hvor biobegroningskontrol er en designdriver - specificerer 90-10 eller 70-30 kobber-nikkel i stedet.

Døde-bensrør, inaktivt standbyudstyr eller komponenter, der ser periodisk stillestående havvand -, overvej Alloy 625, C-276 eller super duplex rustfrit, eller sørg for pålidelig katodisk beskyttelse, hvis Monel 400 bibeholdes.

Fastgørelseselementer og hardware under marin vækst eller sedimentkontakt - flag for katodisk beskyttelse eller opgradering; ubeskyttet Monel 400 i mudder/sediment har dokumenteret moderat-til-alvorlig korrosion i feltrapporter.

Budget-følsom generel marinehardware, hvor 316L's kendte hastighedsgrænser (pitting over ca. 1,5 m/s) er acceptable - 316L forbliver den lavere-prisgrundlinje, med samme stillestående-vandforsigtighed som Monel 400.

Hvilke standarder regulerer Monel 400 for indkøb til søs?

Monel 400 marine hardware anskaffes oftest til ASTM B127/B164/B165 til plade, stang og sømløse rør, med NACE MR0175, der regulerer sur-servicekvalifikation, hvor det er relevant.

Kilde: Special Metals Corporation, SMC-053, afsnittet Tilgængelige produkter og specifikationer.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Er Monel 400 pit i havvand?

A: Sjældent i strømmende havvand,men risikoen for grubetæring stiger kraftigt, når vandet bliver stillestående, da legeringens modstand afhænger af kontinuerlig strømning snarere end en klorid-stabil passiv film.

Q: Hvad er korrosionshastigheden af ​​Monel 400 i havvand?

A: Almindeligvis citeret omkring 0,02-0,03 mm/år (ca. 1 mpy) i strømmende, beluftet havvand,selvom dette tal kommer fra sekundære kompileringer snarere end en kvantificeret værdi i den primære Special Metals bulletin, som kun rapporterer adfærden kvalitativt.

Spørgsmål: Er Monel 400 modstandsdygtig over for sprækkekorrosion?

A: Nej -spaltekorrosion under pakninger, fastgørelseselementer, marin vækst og sediment under stillestående eller lav-strømningsforhold er Monel 400's primære havvandsfejltilstand, og katodisk beskyttelse er standardafhjælpningen.

Sp.: Modstår Monel 400 biobegroning som kobber-nikkelrør?

A: Nej -på trods af, at den indeholder 28-34 % kobber, er Monel 400 en nikkel-matrixlegering og er ikke klassificeret som biobegroning-resistent; denne klassificering tilhører kobber-matrixlegeringer såsom 90-10 og 70-30 kobber-nikkel, hvis antifouling-adfærd kommer fra en overfladefilm med hovedparten af ​​kobber, ikke fra bulkkobberindhold.

Spørgsmål: Skal Monel 400 være katodisk beskyttet i havvand?

A: Ja, til stillestående eller intermitterende-flowtjeneste.Katodisk beskyttelse er standardafbødningen mod sprække- og grubeangreb, når kontinuerlig strømning ikke kan garanteres.

Q: Hvilken legering skal erstatte Monel 400 til stillestående havvandsservice?

A: Alloy 625, Hastelloy C-276, eller en super duplex rustfri, såsom 2205/2507,som alle modstår pitting og sprækkekorrosion på tværs af en meget bredere vifte af havvandsstrømningsforhold end Monel 400 gør.