مونيل 400 في مياه البحر: بيانات التنقر، وتآكل الشقوق، ومقاومة الحشف الحيوي

⚡ إجابة سريعة - مونيل 400 في مياه البحر

• التآكل العام: انخفاض شديد في تدفق مياه البحر الهوائية - ويشار إليه عادة بحوالي 0.02-0.03 مم/عام (حوالي 1 مليون سنويًا).

• التنقر: يتم التحكم فيه أساساً بالسرعة، وليس بتركيز الكلوريد. وترتفع المخاطر بشكل حاد بمجرد توقف التدفق.

• تآكل الشقوق: يحدث وضع فشل مياه البحر الرئيسي للسبائك - تحت الحشيات والنمو البحري والرواسب في خدمة التدفق الراكدة أو المنخفضة- ما لم تكن محمية كاثودية.

• الحشف الحيوي: ليست مقاومة بنفس طريقة مقاومة سبائك النحاس-النيكل، على الرغم من احتوائها على 28-34% نحاس - مونيل 400 عبارة عن محلول صلب من مصفوفة النيكل-، وليس سبيكة مصفوفة نحاس.

• عندما يكون-مياه البحر الراكدة أمرًا لا مفر منه، فإن السبائك 625 أو C-276 أو الفولاذ المقاوم للصدأ فائق الاتجاه هي مواصفات الترقية المعتادة.

سبائك مونيل® 400تم تحديد (UNS N04400) لمياه البحر-أعمدة المضخات المبللة، وحواف الصمامات، والمثبتات، والأنابيب منذ أوائل القرن العشرين، وتظل السبائك-الاختيار الأول حيثما تكون مياه البحر-السريعة الحركة والمهوّاة جيدًا-حالة الخدمة. لكن ادعاءات "الدرجة البحرية" الخاصة بـ Monel 400 كثيرًا ما يتم المبالغة فيها في أدبيات الموزع، خاصة فيما يتعلق بأداء المياه الراكدة- والحشف الحيوي.

تتناول هذه المقالة الآليات والبيانات الفعلية وراء الحفر وتآكل الشقوق والحشف الحيوي في مياه البحر، وتقارن Monel 400 مع سبائك النحاس- والنيكل والأوستنيت والسبائك المزدوجة التي يتم تحديدها في أغلب الأحيان جنبًا إلى جنب أو ضدها.

هل يقاوم مونيل 400 التآكل في مياه البحر؟

نعم، ولكن فقط تحت التدفق. في مياه البحر المتدفقة والمهوّاة، يقوم Monel 400 بتطوير منتج تآكل رقيق وملتصق ويظهر تأليبًا لا يذكر؛ تنهار مقاومة تأليب السبيكة بمجرد انخفاض السرعة وتغير تكوين الفيلم السطحي.

مقاومة Monel 400 لمياه البحر لا تعمل بنفس الطريقة التي يعمل بها الفولاذ المقاوم للصدأ. يعتمد النوع 316 والدرجات الأوستنيتي الأخرى على طبقة أكسيد الكروم - السلبية التي يمكن أن تمزق أيونات الكلوريد محليًا، وهذا هو السبب في أن 316 يطور هجوم التنقر والشقوق بمجرد انخفاض سرعة التدفق إلى أقل من 1.5 م/ث تقريبًا (حوالي 5 قدم/ث) في مياه البحر.

لا يحتوي المونيل 400 على الكروم، وبالتالي لا يوجد غشاء سلبي لأكسيد الكروم -يحتاج إلى التحلل. تأتي مقاومتها من سلوك التآكل الجوهري لمحلول النحاس الصلب - من النيكل نفسه: مرحلة -مفردة، وجه-مركز-مصفوفة مكعبة (Ni 63% كحد أدنى، Cu 28.0-34.0%، Fe 2.5% كحد أقصى، وفقًا للتركيب الكيميائي المحدد للسبيكة) مع عدم وجود مرحلة ثانية للتآكل بشكل انتقائي.

والنتيجة العملية هي وضع التآكل الذي يحكمه الأكسجين والتدفق بدلاً من تركيز الكلوريد. تنص نشرة شركة Special Metals بوضوح على أن منتجات السبائك 400 تظهر معدلات تآكل منخفضة للغاية في مياه البحر المتدفقة، في حين تبين أن الظروف الراكدة تحفز كلًا من الشقوق والحفر -، لا تنشر أدبيات المنتج الأولية معدل تآكل كمي- لمياه البحر الراكدة، وهو في حد ذاته نقطة بيانات مفيدة: لا يوجد رقم مدعوم من الشركة المصنعة - لتصميم بدل تآكل حول هادئ-تنقر المياه.

تشير مراجعات التآكل المستقلة لمياه البحر-عادةً إلى معدل تآكل عام لمياه البحر المتدفقة لمونيل 400 يبلغ 0.02-0.03 ملم/سنة (حوالي 1 ميلي في السنة) في الظروف الهوائية، وهو منخفض بما يكفي بحيث يتم تحديد حجم معظم الأجهزة البحرية وفقًا للقوة الميكانيكية بدلاً من التآكل المسموح به. يأتي هذا الرقم من مجموعات ثانوية بدلاً من نشرة SMC-053 الأساسية، ويجب معاملته كقيمة نموذجية من حيث الحجم بدلاً من رقم تصميم مضمون.

جدول 1 - سلوك التآكل للمونيل 400 بواسطة نظام تدفق مياه البحر

المصدر: ملخص السلوك من Special Metals SMC-053 والأدبيات الميدانية المتعلقة بالتآكل البحري؛ سلوك الرواسب/الكبريتيد الذي تدعمه التقارير الميدانية لجمعية تنمية النحاس المشار إليها في مراجعات مياه البحر المستقلة لمونيل.

هل يعتبر تآكل الشقوق هو نقطة الضعف الحقيقية لمونيل 400 في مياه البحر؟

نعم. تآكل الشقوق - غير مفتوح-تنقر السطح - هو وضع فشل مياه البحر السائد في Monel 400، ويظهر على وجه التحديد حيث ينقطع التدفق: تحت الحشيات، والمثبتات، والنمو البحري، ورواسب الرواسب.

يقوم الشق بتركيز كمية صغيرة راكدة-من الماء مقابل فجوة ضيقة، سواء كانت تلك الفجوة عبارة عن وجه حشية، أو وصلة مثبتة بمسامير، أو الجانب السفلي من البرنقيل المتصل. وينضب الأكسجين الموجود داخل الشق بسرعة، ويتركز الكلوريد، ويمكن أن تتباعد الكيمياء المحلية بشكل حاد عن مياه البحر الكبيرة المحيطة به. يتم إدراج Monel 400 بشكل صريح من قبل منتجها على أنه عرضة لهذه الآلية في ظل ظروف راكدة، إلى جانب الحفر العام، على الرغم من أن أداء السبيكة جيد في نفس الماء بمجرد تحركها.

قام العمل المختبري والميداني في مركز LaQue لتكنولوجيا التآكل (شاطئ رايتسفيل، كارولاينا الشمالية) بمقارنة سلوك تآكل الشقوق- لمونيل 400، ومونيل K-500، و90-10 نحاس-نيكل (CDA 706)، و70-30 نحاس-نيكل (CDA 715) تحت مياه البحر المعالجة بالأوزون والمكلورة على مدى فترات تعرض ممتدة.

هناك نتيجتان من هذا البرنامج تستحقان التنويه بصراحة بدلاً من التخفيف منهما: في-المعمل الكهروكيميائي واختبار الشقوق-تنبأ اختبار القسيمة بشكل صحيح بالشكل العام لهجوم الشقوق، لكنه لم يتنبأ بالمدى الفعلي للتآكل الذي لوحظ في حالات التعرض لمياه البحر في ولاية كارولينا الشمالية الخارجية. يعد هذا تحذيرًا مفيدًا لأي شخص يعتمد على بيانات المختبر-القصيرة المدة فقط لتأهيل مكون Monel لخدمة تدفق مياه البحر-الراكدة أو المتقطعة-على المدى الطويل.

إن الآثار المترتبة على التصميم العملي هي أن الحماية الكاثودية مهمة أكثر بالنسبة للمونيل 400 في مياه البحر مقارنة بمقاومة الكلوريد وحدها. السبائك التي تحتوي على نسبة أعلى من الكروم والموليبدينوم - السبائك 625 (UNS N06625) وHastelloy C-276 (UNS N10276) من بينها - تقاوم الحفر والشقوق في مياه البحر الهادئة عبر نطاق أوسع بكثير من ظروف التدفق، ولهذا السبب فهي مسار الترقية المعتاد لتطبيقات المونيل في المياه الراكدة بدلاً من درجة أعلى من المونيل نفسه.

هل محتوى النحاس في Monel 400 يجعله مقاومًا للحشف الحيوي؟

لا. على الرغم من احتوائه على 28-34% من النحاس - وهو جزء يمكن مقارنته بـ 70-30 عائلة نحاس-نيكل - لم يتم تصنيف مونيل 400 على أنه مقاوم للحشف الحيوي- في الممارسة الهندسية، لأن مقاومة الحشف الحيوي في سبائك النحاس هي تأثير طبقة نحاسية على السطح-، وليس تأثير تركيب ضخم.

هذا هو المفهوم الخاطئ الأكثر شيوعًا والمتكرر في المحتوى التسويقي لشركة Monel، وهو يستحق التصحيح المباشر. السبائك المقاومة للحشف الحيوي- في الهندسة البحرية هي النحاس المطاوع-النيكل - C70600 (90-10 CuNi) وC71500 (70-30 CuNi) - والآلية المقبولة محددة: هذه السبائك مكونة من النحاس-بأغلبية (تقريبًا) 88-90% Cu لـ C70600، وحوالي 69% Cu لـ C71500)، ويشكل سطحها طبقة أساسها أكسيد النحاسوز والتي يتم منها إطلاق أيونات النحاس تدريجيًا إلى الطبقة الحدودية المباشرة. لا تتحمل الكائنات البحرية كيمياء الطبقة الحدودية، لذا فإن الحشف الكبير (البرنقيل، وبلح البحر، والأعشاب) إما يفشل في التثبيت أو يظل مرتبطًا بشكل غير محكم وينسلخ بعيدًا.

المونيل 400 عبارة عن سبيكة ذات أغلبية من النيكل - - مرحلة واحدة-، محلول صلب من مصفوفة النيكل- مع النحاس المذاب فيه، وليست سبيكة مصفوفة نحاس - مع إضافة النيكل. إن الطبقة السطحية التي تشكلها في مياه البحر هي بالمقابل طبقة غنية بالنيكل- وليست طبقة أكسيد النحاس- التي يعتمد عليها نيكل النحاس- في سلوكها المانع للحشف.

وجدت دراسة هندسية جامعية تقارن سبائك النحاس الجديدة-المتصلبة مع المواد البحرية المثبتة أن السبائك التي تحتوي على 16% فقط من النحاس المركز في مرحلة مصفوفة غنية بالنحاس-حققت مقاومة قاذورات مماثلة لتلك الموجودة في Monel 400، وخلصت إلى أن هذا يرجع إلى أن النحاس يحتاج إلى التركيز محليًا في السطح-المرحلة المكشوفة لتكون فعالة - نسبة النحاس السائبة بمفردها لم تكن هي العامل الحاسم. تذهب براءة اختراع أمريكية بشأن طلاءات الرش الحراري- المضادة للحشف إلى أبعد من ذلك، حيث تقوم بتجميع سبائك المونيل مع الفولاذ المقاوم للصدأ كمواد "تعتبر بشكل عام مقاومة للتآكل ولكنها تخضع للحشف الحيوي"، في تناقض مباشر مع طلاءات النيكل النحاسية- التي تم اختبارها في نفس العمل.

لا يعني أي من هذا أن مونيل 400 يفسد بسهولة مثل الفولاذ الكربوني العاري - فإن سلوكه في التآكل بمياه البحر لا يزال أفضل بكثير من سلوك الفولاذ، كما أن بعض فوائد منع الحشف العرضية من محتواه من النحاس أمر معقول. ولكن "يحتوي على النحاس، وبالتالي يقاوم الحشف الحيوي مثل النحاس-النيكل" ليس ادعاءً تدعمه أدبيات التآكل، كما أن تحديد Monel 400 لتطبيق الحشف الحيوي-الحرج على هذا الأساس يعد خطأ في التصميم يستحق اكتشافه قبل أن يصل إلى أمر الشراء.

جدول 2 - محتوى النحاس وتصنيف الحشف الحيوي عبر عائلة النحاس-النيكل/المونيل

المصدر: نطاقات التركيب وفقًا لمعايير ASTM B466/B127/A240 كما تم تجميعها في سبائك النحاس- ومطبوعات منتجي المونيل؛ تصنيف الحشف الحيوي وفقًا لأدبيات الحشف الحيوي لمعهد CDA/النيكل المذكورة أعلاه.

كيف يمكن مقارنة المونيل 400 بـ 316L، والسوبر دوبلكس، والنحاس - النيكل في مياه البحر بشكل عام؟

يقع Monel 400 بين الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ القياسي وطبقة سبائك النيكل/طبقة الطباعة المزدوجة-المتميزة: فهو يتفوق على 316L في مقاومة نقر مياه البحر المتدفقة- والتآكل العام، ويخسر أمام الازدواج الفائق وسبائك 625/C-276 في المياه الراكدة-ومقاومة الشقوق، ويخسر أمام النحاس والنيكل الحقيقي الحشف الحيوي.

جدول 3 - مقارنة أداء مياه البحر

المصدر: تم تجميعه من Special Metals SMC-053، إرشادات التآكل في مياه البحر من معهد النيكل-(كارول باول، 2020)، ومنشورات الحشف الحيوي للنحاس في معهد CDA/Nickel-المستشهد بها في هذه المقالة. PREN وسياق المقاومة -التأليب العائلي-المزدوج وفقًا لمقارنة Super الدوبلكس 2507 كلوريد-SCC المشار إليها أدناه.

الاستنتاج الصادق من الاختيار هو أنه لا توجد سبيكة واحدة في هذا الجدول هي "الأفضل" دون قيد أو شرط لمياه البحر. يفوز Monel 400 بمزيج محدد من القوة العالية، والسلوك غير المغناطيسي- بالقرب من درجة حرارة الغرفة، والمقاومة الممتازة لمياه البحر المتدفقة- مما يجعله الاختيار القياسي لأعمدة المضخة والمروحة؛ لا يفوز في مقاومة تأليب/شقوق المياه الراكدة - (سبائك مزدوج و Ni-Cr-Mo أفضل) أو على الحشف الحيوي (النحاس-النيكل أفضل).

متى يجب عليك تحديد Monel 400 مقابل بديل لخدمة مياه البحر؟

حدد Monel 400 حيث يكون تدفق مياه البحر مستمرًا ويستفيد الجزء من قوته وخصائصه غير المغناطيسية-؛ انتقل إلى النحاس- والنيكل أو الازدواج الفائق أو السبائك 625/C-276 بمجرد أن يصبح التعرض للركود أو التحكم في الحشف الحيوي أو شدة الكلوريد القصوى هو متطلبات القيادة.

أعمدة المضخة، وأعمدة المروحة، وسيقان الصمامات والحواف في مياه البحر المتدفقة باستمرار - تطبيق Monel 400 الكلاسيكي،-المثبت جيدًا.

تحتاج الأجهزة والبوصلات وأغطية أجهزة الاستشعار إلى سلوك غير مغناطيسي- في البيئة البحرية - Monel 400 أو Monel K-500 للحصول على قوة أعلى.

شاشات سحب مياه البحر، وأنابيب المكثف، والهياكل التي يكون فيها التحكم في الحشف الحيوي هو محرك التصميم - حدد 90-10 أو 70-30 نحاس ونيكل بدلاً من ذلك.

-الأنابيب الميتة، أو المعدات الاحتياطية الخاملة، أو المكونات التي ترى مياه البحر الراكدة المتقطعة - تعتبر السبائك 625، أو C-276، أو الفولاذ المقاوم للصدأ مزدوج الاتجاه، أو تضمن حماية كاثودية موثوقة إذا تم الاحتفاظ بمونيل 400.

أدوات التثبيت والأجهزة الموجودة تحت علامة النمو البحري أو ملامسة الرواسب - للحماية الكاثودية أو الترقية؛ وقد وثق المونيل 400 غير المحمي في الطين/الرواسب تآكلًا متوسطًا-إلى-شديدًا في التقارير الميدانية.

الأجهزة البحرية العامة الحساسة للميزانية- حيث تكون حدود السرعة المعروفة لـ 316L (الحفر فوق 1.5 م/ث تقريبًا) مقبولة - 316L يظل خط الأساس الأقل-للتكلفة، مع نفس الحذر-من المياه الراكدة مثل Monel 400.

ما هي المعايير التي تحكم شركة Monel 400 للمشتريات البحرية؟

يتم شراء الأجهزة البحرية Monel 400 بشكل شائع وفقًا لمعيار ASTM B127/B164/B165 للألواح والقضبان والأنابيب غير الملحومة، مع مراعاة NACE MR0175 لتأهيل الخدمة الحامضة- حيثما ينطبق ذلك.

المصدر: شركة Special Metals Corporation، SMC-053، قسم المنتجات والمواصفات المتوفرة.

الأسئلة المتداولة

س: هل حفرة مونيل 400 في مياه البحر؟

ج: نادرًا في مياه البحر المتدفقة،ولكن خطر الحفر يرتفع بشكل حاد عندما يصبح الماء راكدًا، نظرًا لأن مقاومة السبيكة تعتمد على التدفق المستمر بدلاً من طبقة سلبية ثابتة من الكلوريد.

س: ما هو معدل تآكل المونيل 400 في مياه البحر؟

ج: يُستشهد به بشكل شائع بحوالي 0.02-0.03 ملم/عام (حوالي 1 مليون سنويًا) في مياه البحر المتدفقة والمهوّاة،على الرغم من أن هذا الرقم يأتي من تجميعات ثانوية وليس من قيمة كمية في نشرة المعادن الخاصة الأولية، التي تقدم تقريرًا عن السلوك من الناحية النوعية فقط.

س: هل مونيل 400 مقاوم للتآكل الشق؟

ج: لا -يعتبر تآكل الشقوق تحت الحشيات، والمثبتات، والنمو البحري، والرواسب في ظروف التدفق الراكدة أو المنخفضة- هو الوضع الأساسي لفشل مياه البحر في Monel 400، والحماية الكاثودية هي التخفيف القياسي.

س: هل يقاوم مونيل 400 الحشف الحيوي مثل أنابيب النحاس- والنيكل؟

ج: لا -على الرغم من احتوائه على 28-34% من النحاس، إلا أن Monel 400 عبارة عن سبيكة مصفوفة من النيكل- ولم يتم تصنيفها على أنها مقاومة للحشف الحيوي-؛ ينتمي هذا التصنيف إلى سبائك النحاس-المصفوفة مثل 90-10 و70-30 نحاس-نيكل، والتي يأتي سلوكها المضاد للحشف من طبقة سطحية ذات أغلبية نحاسية، وليس من محتوى النحاس السائب.

س: هل يجب حماية مونيل 400 كاثوديًا في مياه البحر؟

ج: نعم، لخدمة التدفق-الراكدة أو المتقطعة.الحماية الكاثودية هي التخفيف القياسي ضد الشقوق وهجوم الحفر عندما لا يمكن ضمان التدفق المستمر.

س: ما هي السبيكة التي يجب أن تحل محل Monel 400 لخدمة مياه البحر الراكدة؟

ج: سبيكة 625، Hastelloy C-276، أو ستانلس فائق الازدواج مثل 2205/2507،وكلها مقاومة للتآكل والشقوق عبر نطاق أوسع بكثير من ظروف تدفق مياه البحر مما يفعله Monel 400.