Αντοχή στη διάβρωση του κράματος Monel σε χλώριο και η εφαρμογή του σε περιβάλλοντα υψηλού-χλωρίου

Ο θεμελιώδης λόγος για αυτήν την εξαιρετική αντίσταση στα σκασίματα βρίσκεται στον μοναδικό μηχανισμό σχηματισμού παθητικού φιλμ των κραμάτων Monel. Σε αντίθεση με τους ανοξείδωτους χάλυβες που εξαρτώνται από ένα παθητικό φιλμ-με βάση το οξείδιο του χρωμίου για προστασία από τη διάβρωση, τα κράματα Monel σχηματίζουν ένα πυκνό, προσκολλημένο και αυτοθεραπευόμενο παθητικό στρώμα που αποτελείται από οξείδια νικελίου και χαλκού στην επιφάνεια όταν εκτίθενται σε οξειδωτικά περιβάλλοντα. Αυτό το φιλμ οξειδίου του νικελίου-έχει εξαιρετικά χαμηλή διαπερατότητα στα ιόντα χλωρίου, εμποδίζοντας αποτελεσματικά τα ιόντα χλωρίου να προσροφηθούν στην επιφάνεια του κράματος, να διεισδύσουν στο φιλμ και να ξεκινήσουν τη διάβρωση σε αδύναμα σημεία (όπως εγκλείσματα ή όρια κόκκων). Αντίθετα, η μεμβράνη οξειδίου του χρωμίου από ανοξείδωτο χάλυβα είναι επιρρεπής σε τοπική διάσπαση σε περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα-χλώριο, γεγονός που οδηγεί σε ταχεία διάδοση των κοιλωμάτων.

Στην πρακτική μηχανική, τα κράματα Monelείναι ευρέως αναγνωρισμένα ως κατάλληλα υλικά για περιβάλλοντα με υψηλό-χλωρίδιο, και τα σενάρια εφαρμογής τους καλύπτουν πολλαπλά βιομηχανικά πεδία όπου η διάβρωση χλωρίου είναι μια κρίσιμη πρόκληση:

Ναυτική μηχανική: Τα κράματα Monel χρησιμοποιούνται εκτενώς σε εξαρτήματα επαφής με θαλασσινό νερό, συμπεριλαμβανομένων των δομικών εξαρτημάτων υπεράκτιας πλατφόρμας, συστημάτων αγωγών θαλασσινού νερού, συνδετήρων κύτους πλοίων, άξονες προπέλας και εναλλάκτες θερμότητας θαλασσινού νερού. Οι δοκιμές μακροπρόθεσμης- έκθεσης δείχνουν ότι το Monel 400, η πιο κοινή ποιότητα, εμφανίζει αμελητέα διάβρωση σε στατικό ή ρέον θαλασσινό νερό σε θερμοκρασία δωματίου, με ρυθμό διάβρωσης μικρότερο από 0,025 mm/έτος.

Βιομηχανία χημικής επεξεργασίας: Είναι ιδανικά για εξοπλισμό που χειρίζεται μέσα που περιέχουν χλωριούχα-μέσα, όπως δεξαμενές εξάτμισης άλμης, δεξαμενές αποθήκευσης υδροχλωρικού οξέος (για μέτριες συγκεντρώσεις και θερμοκρασίες κάτω από 100 βαθμούς) και δοχεία αντίδρασης καταλύτη χλωρίου. Για παράδειγμα, σε εργοστάσια παραγωγής αλατιού, τα εξαρτήματα από κράμα Monel μπορούν να λειτουργούν σταθερά για περισσότερα από 10 χρόνια χωρίς εμφανή ζημιά στο κοίλωμα.

Συστήματα αφαλάτωσης: Οι μονάδες αφαλάτωσης αντίστροφης όσμωσης (RO) και πολλαπλών{0}}σταδίων flash (MSF) χρησιμοποιούν συχνά κράματα Monel για αντλίες υψηλής πίεσης, βαλβίδες και σωλήνες μεταφοράς θερμότητας, καθώς αυτά τα συστατικά εκτίθενται συνεχώς σε συμπυκνωμένη άλμη με συγκεντρώσεις χλωρίου έως και 100.000 ppm ή υψηλότερες.

Παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου: Σε υπεράκτια πετρελαιοπηγές και αγωγούς φυσικού αερίου, τα κράματα Monel αντιστέκονται στη διάβρωση που προκαλείται από ιόντα χλωρίου στο νερό σχηματισμού, καθώς και στη συνεργική διάβρωση χλωρίου και υδρόθειου (H2S) σε ορισμένες περιπτώσεις.

info-444-445 info-446-449

info-446-449 info-446-446

Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η αντίσταση στο χλώριο των κραμάτων Monel δεν είναι απόλυτη και η απόδοσή τους μπορεί να διακυβευτεί υπό ακραίες συνθήκες λειτουργίας:

Περιβάλλοντα υψηλής-θερμοκρασίας και-υψηλής συγκέντρωσης χλωρίου: Όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 150 βαθμούς και η συγκέντρωση χλωρίου είναι πάνω από 150.000 ppm, η σταθερότητα του παθητικού φιλμ νικελίου-οξειδίου του χαλκού μειώνεται. Για παράδειγμα, σε βρασμούς πυκνών διαλυμάτων χλωριούχου μαγνησίου, το Monel K-500 (καθίζηση-σκληρυμένης ποιότητας κράματος Monel) μπορεί να παρουσιάσει ελαφρά σκασίματα μετά από μακροχρόνια έκθεση.

Συνύπαρξη χλωρίου και ισχυρών οξειδωτικών: Η παρουσία οξειδωτικών ιόντων (π.χ. ιόντα σιδήρου Fe3+, ιόντα χαλκού Cu2+, ιόντα υποχλωριώδους ClO-) μπορεί να επιταχύνει την καθοδική αντίδραση του κράματος, διασπώντας το παθητικό φιλμ και προκαλώντας διάνοιξη. Για παράδειγμα, σε διαλύματα χλωρίου που περιέχουν λευκαντικό χλωρίου, η αντίσταση των κραμάτων Monel μειώνεται σημαντικά.

Κίνδυνος διάβρωσης λόγω καταπόνησης (SCC).: Αν και δεν σχετίζεται άμεσα με το pitting, σε περιβάλλοντα υψηλού-χλωρίου με εφαρμοζόμενη καταπόνηση, τα κράματα Monel ενδέχεται να αντιμετωπίζουν κινδύνους SCC σε θερμοκρασίες άνω των 200 βαθμών , κάτι που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη δομική σχεδίαση.

Για να διασφαλιστεί η βέλτιστη απόδοση σε περιβάλλοντα με υψηλό-χλωρίδιο, η επιλογή υλικού θα πρέπει να βασίζεται σε συγκεκριμένες παραμέτρους λειτουργίας:

Για γενικά περιβάλλοντα υψηλής-χλωρίου σε θερμοκρασίες δωματίου έως μεσαίες,Monel 400είναι μια οικονομικά-οικονομική επιλογή λόγω της ισορροπημένης αντοχής στη διάβρωση και της ικανότητας επεξεργασίας.

Για εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερη αντοχή και αντοχή στη φθορά (π.χ. άξονες προπέλας θαλάσσης),Monel K-500προτιμάται, καθώς η επεξεργασία της σκλήρυνσης με κατακρήμνιση-ενισχύει τις μηχανικές ιδιότητες ενώ διατηρεί παρόμοια αντοχή στη διάβρωση με το Monel 400.

Για εξαιρετικά σκληρά χλωριούχα-οξειδωτικά περιβάλλοντα συνδυασμού, συνιστάται η αναβάθμιση σε κράματα με βάση το νικέλιο- υψηλότερης απόδοσης- (π.χ. Hastelloy C276), τα οποία έχουν καλύτερη αντίσταση τόσο στο κοίλωμα όσο και στο SCC.

Συνοπτικά, τα κράματα Monel επιδεικνύουν εξαιρετική αντίσταση στα σκασίματα χλωρίου στις περισσότερες βιομηχανικές συνθήκες υψηλής-χλωρίου και αποτελούν αξιόπιστες επιλογές υλικών. Ωστόσο, η διεξοδική αξιολόγηση της θερμοκρασίας, της συγκέντρωσης χλωρίου, της παρουσίας οξειδωτικών ουσιών και των συνθηκών καταπόνησης είναι απαραίτητη για την κατάλληλη επιλογή ποιότητας ώστε να αποφευχθεί η πρόωρη αστοχία.