Анализ коррозионной стойкости сплава Монель 400 на основе никеля

Сплав Monel 400 — никель-медный сплав с высокой коррозионной стойкостью в морской воде, кислотах и щелочах. Он занимает промежуток между слабой в этих средах нержавеющей сталью 316L и избыточно дорогими высоколегированными сплавами: крепеж для морской воды, оборудование для опреснения, детали насосов и клапанов, емкости для химических продуктов. В следующих разделах приведены измеренные скорости коррозии, пределы применимости в каждой среде и поведение сплава при повышении температуры. В этих средах крепеж из сплава Monel 400 сочетают с фланцевыми прокладками совместимых марок.

Морская вода и солевой туман

Сплав Monel 400 стоек в морской воде благодаря плотной оксидной пленке из NiO и Cu2O: она быстро образуется на чистой поверхности и восстанавливается после механического повреждения. Ионы хлоридов, вызывающие точечную коррозию нержавеющей стали, действуют на этот сплав значительно медленнее, поэтому его назначают для крепежа в брызговой зоне, морских насосов и испарителей.

• Статическая морская вода: скорость коррозии ниже 0.025 mm/год при длительном погружении.
• Проточная морская вода: 0.03-0.05 mm/год, что заметно ниже, чем у большинства конструкционных металлов.
• Точечная коррозия: потенциал точечной коррозии (Epit) выше +0.3 В (относительно SCE) в хлоридных средах.
• Щелевая коррозия: критическая температура щелевой коррозии (CCT) выше 50 °C, что значительно превышает температуру морской воды.
• Коррозионное растрескивание под напряжением: порог KISCC выше 30 МПа·√м в 3.5% растворе NaCl.
• Солевой туман: 1000 ч по ASTM B117 (5% NaCl, 35 °C) дают лишь легкое изменение цвета, скорость коррозии остается ниже 0.01 mm/год.

Крепеж этой марки работает на палубных конструкциях, испарителях и конденсаторах, а также на трубных фланцах морских линий, где корродированная шпилька заклинивает соединение или дает течь под давлением.

Кислые среды

Скорость коррозии в кислотах определяется анионом, концентрацией и температурой. Сплав Monel 400 хорошо работает в разбавленных серной и фтористоводородной (плавиковой) кислоте, но не предназначен для соляной кислоты.

• Серная кислота: менее 0.02 mm/год в 5% кислоте при комнатной температуре и около 0.05 mm/год в 20% кислоте. Выше 50% скорость растет, но остается ниже, чем у нержавеющей и углеродистой стали.
• Соляная кислота: около 0.1 mm/год в 1% кислоте при комнатной температуре и более 1 mm/год в 10% кислоте, поэтому для концентрированных растворов выбирают Hastelloy или титановые сплавы.
• Фтористоводородная (плавиковая) кислота: менее 0.01 mm/год в 5% HF и около 0.02 mm/год в 20% HF — лучший результат среди трех кислот.

Температура обычно важнее концентрации: в 10% серной кислоте скорость коррозии растет с 0.02 mm/год при 25 °C до 0.1 mm/год при 80 °C, в 1% соляной кислоте — с 0.1 mm/год при 25 °C до 0.5 mm/год при 50 °C, в 5% фтористоводородной кислоте — с 0.01 до 0.05 mm/год в интервале 25-80 °C.

В разбавленных средах крепеж из сплава Monel 400 применяют в резервуарах для кислот, трубопроводах и насосных клапанах; в разбавленной серной кислоте заявленный срок службы превышает 10 лет, в разбавленной фтористоводородной — 15 лет.

Щелочные среды

Щелочные среды — наименее агрессивная группа для этого сплава, и скорость коррозии остается низкой во всем обычном диапазоне концентраций.

• Едкий натр (NaOH) ниже 10%: менее 0.01 mm/год в 5% растворе при комнатной температуре.
• NaOH от 10% до 50%: около 0.02 mm/год в 20% растворе.
• NaOH выше 50%: стойкость снижается, но остается выше, чем у большинства нержавеющих и углеродистых сталей.
• Температура: в 5% растворе NaOH скорость коррозии растет с 0.01 mm/год при 25 °C до 0.05 mm/год при 80 °C.

Едкий кали (KOH) ведет себя так же, поэтому крепеж в резервуарах для щелочей, трубопроводах и насосных клапанах в разбавленных щелочных средах работает более 15 лет.

Сравнение с другими материалами и выбор

Сопоставление типичных скоростей коррозии упрощает выбор материала.

Типичные скорости коррозии при комнатной температуре в указанных средах; прочерк означает, что данные для сравнения здесь не приведены.

• Сплав Monel 400 выбирают для морской и солоноватой воды, солевого тумана, разбавленных серной и фтористоводородной кислот, а также щелочных сред концентрацией до 50%.
• Не применяйте его в концентрированной соляной кислоте и сильно окислительных средах.
• Сначала оцените температуру, затем концентрацию: повышение на 50 °C может ускорить коррозию в несколько раз.
• Сравнение с 316L, титаном и Hastelloy C276 проводят после определения среды: в морской воде сплав Monel 400 занимает промежуточное положение между 316L и титаном, в разбавленных кислотах он близок к Hastelloy C276.

Часто задаваемые вопросы

Какова скорость коррозии в морской воде?

Ниже 0.025 mm/год в статической морской воде и 0.03-0.05 mm/год в проточной, без точечной коррозии при обычных морских условиях.

Можно ли применять сплав Monel 400 в соляной кислоте?

Только в низких концентрациях и при невысокой температуре: около 0.1 mm/год в 1% кислоте при 25 °C. В 10% кислоте скорость превышает 1 mm/год, поэтому предпочитают Hastelloy или титан.

Насколько сплав устойчив к точечной и щелевой коррозии?

Потенциал точечной коррозии выше +0.3 В (относительно SCE), критическая температура щелевой коррозии — выше 50 °C, что значительно превышает температуру морской воды.

Как сплав Monel 400 сравнивается с нержавеющей сталью 316L?

В морской воде 0.025-0.05 mm/год против 0.1-0.2 mm/год у 316L и заметно ниже склонность к точечной коррозии; углеродистая сталь дает 0.5-1.0 mm/год.

Влияет ли температура на коррозию в щелочных средах?

Да. В 5% растворе NaOH скорость коррозии растет с 0.01 mm/год при 25 °C до 0.05 mm/год при 80 °C.