¿Puede el Monel 400 resistir la corrosión y la oxidación?

La respuesta a la pregunta del título es sí en algunos medios y no en otros, y toda esa respuesta proviene de una propiedad de la aleación. Monel 400 es una solución sólida de níquel-cobre sin cromo. Esa única omisión explica ambas partes: la aleación no depende de una película superficial pasiva para su protección, por lo que resiste un grupo de entornos agresivos que destruyen los aceros inoxidables, y no tiene nada con qué reconstruirse cuando el entorno se vuelve oxidante.

La distinción que decide cada caso es si el medio es reductor u oxidante. Reductor significa que al medio le falta oxígeno, lo que en la práctica suele significar desoxigenado. Oxidante significa que el oxígeno puede llegar a la superficie. Un oxidante químico en el medio tiene el mismo efecto. La descripción publicada de la aleación lo dice directamente: exhibe resistencia a la corrosión por muchos medios reductores, y generalmente es más resistente al ataque de medios oxidantes que las aleaciones de cobre de mayor contenido, lo que es una comparación dentro de la familia del cobre y no una afirmación de servicio oxidante.

Leer una especificación sin ese discriminador es cómo una pieza 400 termina en el trabajo equivocado. Las secciones a continuación establecen dónde la aleación es la mejor respuesta disponible, dónde es la respuesta incorrecta y cuál es el límite de temperatura publicado.

El Discriminador, Dicho Una Vez

Dos de esas filas necesitan ser explicadas porque son las que se pasan por alto. La primera es que la aireación no es un detalle del proceso, es la variable que decide si la aleación funciona. El servicio con ácido clorhídrico y fluorhídrico se describe en los datos publicados como que requiere condiciones desoxigenadas, lo que significa que el mismo ácido que se maneja con éxito en un circuito cerrado desoxigenado atacará la aleación en un tanque abierto donde el aire se disuelve en él. Un cambio de un sistema cerrado a uno abierto puede, por lo tanto, convertir un material que ha funcionado durante años en un material que falla en meses.

La segunda es que un ácido oxidante fuerte no necesita ayuda del aire. El ácido nítrico es un ácido oxidante por su propia química, por lo que la precaución se aplica incluso en una línea sellada y completamente desoxigenada. La descripción publicada de la aleación vincula esto a su contenido de cobre, y sitúa los sistemas de ácido nítrico y amoníaco juntos como entornos donde la aleación es atacada rápidamente. Donde existe ese servicio, una aleación con cromo es la respuesta y una de níquel-cobre no lo es, porque el óxido protector que necesita el ácido nítrico es el que forma el cromo y el cobre no.

Dónde la Aleación 400 Es la Respuesta Correcta

Dónde la Aleación 400 Es la Respuesta Incorrecta

Cada fila aquí es un medio que ataca a la aleación o en el que no puede protegerse. Están agrupados porque comparten una causa.

La fila del ácido nítrico vale la pena enfatizar porque es la que cuesta equipo en lugar de una reevaluación. Una aleación de níquel-cobre no tiene cromo para formar la película barrera que requiere el ácido nítrico, y el cobre en la aleación es la parte que se ataca. Una página publicada que enumera el ácido nítrico entre los ácidos fuertes que esta aleación maneja está describiendo lo contrario del comportamiento publicado.

La Mitad Oxidante de la Pregunta

La oxidación es donde el mismo elemento que falta decide la respuesta, y el límite publicado es una sola oración que es fácil de citar y fácil de exceder.

El punto importante sobre el comportamiento de oxidación es que la reputación de la aleación proviene de su resistencia a la corrosión y no de su resistencia a la oxidación. Resiste el desprendimiento de escamas razonablemente bien en aire hasta 538 °C, lo que cubre una gran parte del servicio químico y marino en el que se utiliza, y no es un material elegido para interiores de hornos o piezas de quemadores, ni para ningún componente cuyo trabajo sea permanecer en aire caliente. Esos trabajos pertenecen a las aleaciones que crecen un óxido de cromo o aluminio, y la temperatura a la que eso se vuelve necesario es la que abrió esta página.

Agua de mar, que es la aplicación por la que la aleación es más conocida

Dos declaraciones publicadas sobre el agua de mar tiran en direcciones opuestas y ambas pertenecen a una especificación. La aleación 400 se describe como que muestra tasas de corrosión muy bajas en agua de mar en movimiento, y las condiciones estancadas han demostrado inducir corrosión por grietas y picaduras. La aleación también se describe como resistente a la corrosión bajo tensión y picaduras en la mayoría de las aguas dulces e industriales.

Para qué se selecciona realmente la aleación

La lista de aplicaciones publicadas es una buena prueba de la regla, porque cada entrada es un trabajo reductor o neutro y ninguna de ellas es oxidante.

Válvulas y bombas; ejes de bombas y hélices; accesorios y sujetadores marinos; componentes eléctricos y electrónicos; resortes; equipos de procesamiento químico; tanques de gasolina y agua dulce; alambiques de petróleo crudo, recipientes y tuberías de proceso; calentadores de agua de alimentación de calderas y otros intercambiadores de calor; y calentadores desoxigenadores.

Tres observaciones se derivan de leer esa lista en lugar de hojearla. El grupo más grande es marino y de bombeo, que es el trabajo de agua de mar en movimiento. Las entradas de plantas químicas son recipientes e intercambiadores, que son sistemas cerrados y no tanques abiertos, y un sistema cerrado es la forma más fácil de mantener un medio reductor. Y la lista no contiene hornos, ni quemadores, ni reactores oxidantes, ni equipos de ácido nítrico, que es la evidencia negativa de que los dos límites anteriores son límites reales y no notas de precaución.

Preguntas que Hacen los Compradores

¿Es Monel 400 resistente al ácido nítrico?

No. El ácido nítrico es un ácido oxidante por su propia química, y los datos publicados lo agrupan con los sistemas de amoníaco como un entorno donde la aleación es atacada rápidamente. Debido a que el ácido es un oxidante por naturaleza, desoxigenar el sistema no cambia el resultado, por lo que este no es un caso de agregar un paso de desoxigenación. La aleación 400 no contiene cromo, por lo que no tiene forma de formar el óxido protector que requiere el servicio con ácido nítrico.

¿Entonces qué ácidos maneja?

Ácido fluorhídrico en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición, que los datos publicados describen como quizás el comportamiento más resistente de cualquier aleación de ingeniería de uso común, y muchas formas de ácido sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras. La calificación reductora es parte de la afirmación, no una nota al pie de página. El servicio con ácido clorhídrico y fluorhídrico se describe como que requiere condiciones desoxigenadas.

¿Cómo puedo saber si mi servicio es reductor?

Pregunte si algo en el sistema puede suministrar oxígeno a la superficie. Un circuito cerrado que ha sido desoxigenado es reductor. Un tanque abierto con aire disolviéndose en él no lo es, incluso si se está manejando el mismo ácido. Un medio que es químicamente un oxidante, como el ácido nítrico, es oxidante sin importar cómo esté construido el sistema. La guía publicada para los trabajos con ácidos nombra explícitamente la condición reductora, por lo que la respuesta honesta es que el diseño del sistema es parte de la evaluación de la corrosión.

¿Cuál es la temperatura máxima de servicio?

Hasta e incluyendo 1000 °F, que son 538 °C, en atmósferas oxidantes como el aire. Se pueden usar temperaturas más altas donde la aleación se encuentra en un entorno reductor. La distinción importa porque el límite lo establece la atmósfera y no solo el metal, por lo que una consulta para un trabajo a alta temperatura debe indicar la atmósfera junto con la temperatura.

¿Es Monel 400 adecuado para un horno o una aplicación oxidante a alta temperatura?

No, y la razón es el límite de aire de 538 °C. La aleación forma una película de óxido adherente cuando se enfría al aire después de calentarla, pero esa película no es la escala protectora densa que forman las aleaciones con cromo, por lo que no resiste las temperaturas del horno. Una aleación de níquel-cromo o níquel-cromo-hierro es el material para ese trabajo.

¿Resiste Monel 400 el desgaste?

No se selecciona por resistencia al desgaste. La razón por la que aparece en el servicio de ejes de bombas y hélices es la combinación de resistencia a la corrosión y resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros en agua de mar en movimiento, con la resistencia mecánica de un eje estirado en frío o acabado en caliente detrás de él. Donde la abrasión es el mecanismo dominante, los grados resistentes al desgaste con carburos en la microestructura son la familia a considerar, y la selección es una decisión de desgaste y no de corrosión.

Resumen

La aleación 400 resiste la corrosión en medios reductores y neutros y no la resiste en medios oxidantes, y una oración cubre toda la respuesta. En el grupo reductor tiene la afirmación individual más fuerte en el rango ordinario de aleaciones de ingeniería, ácido fluorhídrico en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición, junto con ácido sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras y agua de mar en movimiento con excelente resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros. En el grupo oxidante es atacada rápidamente, y el ácido nítrico y los sistemas de amoníaco se nombran en los datos publicados como los casos más claros. En la mitad oxidante de la pregunta, el límite es 1000 °F, o 538 °C, en aire, con temperaturas más altas permitidas solo en un entorno reductor, y un techo absoluto de fabricación de 2150 °F que no debe excederse.

Monel 400 se suministra desde Changzhou, Jiangsu en barra, alambre, fleje, placa, tubo y tubería, según las normas que cubren cada forma, desde una planta que posee certificación ISO 9001 y es auditada por SGS. Envíe el medio, su concentración, su temperatura y si el oxígeno puede llegar a la superficie. Si la respuesta es esta aleación depende de esos cuatro hechos.

Referencias

1. Boletín técnico de Special Metals SMC-053, aleación de níquel-cobre MONEL 400. Fuente de los límites de composición, densidad y rango de fusión, el módulo y la relación de Poisson, la temperatura de Curie y su nota, la declaración de que la aleación es útil a temperaturas hasta e incluyendo 1000 °F en atmósferas oxidantes con temperaturas más altas donde el entorno es reductor, la declaración de que se forma una película de óxido adherente cuando la aleación se enfría al aire después de calentarla, la declaración de que la aleación resiste la corrosión por muchos medios reductores y es generalmente más resistente a los medios oxidantes que las aleaciones de cobre de mayor contenido, el comportamiento del agua de mar en movimiento frente a la estancada con resistencia a la corrosión bajo tensión y picaduras en la mayoría de las aguas dulces e industriales, la afirmación sobre el ácido fluorhídrico en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición, la resistencia al ácido sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras, la lista de aplicaciones, el techo de trabajo en caliente de 2150 °F y los rangos de recocido publicados.
2. El mismo boletín, sobre la aleación como solución sólida. Fuente de la declaración de que la aleación solo se puede endurecer mediante trabajo en frío. Fuente también de su uso como material de una sola fase cúbica centrada en las caras con un parámetro de red de 3.534 Å. Fuente también de la composición, que no contiene cromo.
3. El mismo boletín, sobre la unión y las normas de producto. Fuente de las designaciones de aporte y electrodo utilizadas con esta aleación. Fuente también de los números de norma publicados para cada forma de producto.
4. Datos de aleación publicados para Monel 400, tal como los distribuyen los proveedores y reproductores de los datos del productor. Fuente de las declaraciones de que la aleación es atacada rápidamente por el ácido nítrico y los sistemas de amoníaco, que su resistencia al ácido clorhídrico y fluorhídrico requiere condiciones desoxigenadas, y que el ácido nítrico, el ácido clorhídrico aireado y las soluciones de cloruro férrico se encuentran entre los medios oxidantes que la corroen rápidamente.
5. Evaluaciones de servicio publicadas de la aleación por clase de entorno. Fuente de la agrupación de agua de mar en movimiento y agua salobre, soluciones de cloruro neutras a reductoras y muchos álcalis en la clase favorable, y ácidos oxidantes concentrados y condiciones de cloruro fuertemente oxidantes en la clase a evitar.
6. Normas de producto ASTM y ASME publicadas para esta aleación, incluidas las normas para láminas, placas y flejes, y las normas para tuberías y tubos, y las designaciones ASME correspondientes. Fuente de las normas específicas de forma a las que se hace referencia en el resumen.
7. Registros de entrega en poder de DLX Alloy que cubren Monel 400 en barra, alambre, fleje, placa, tubo y tubería. Fuente de las formas y condiciones suministradas.

El comportamiento descrito anteriormente son datos publicados para la aleación en servicio general, y no es una evaluación de corrosión para una planta en particular. Las tasas de corrosión dependen de la concentración, la temperatura, la aireación, el flujo y la presencia de impurezas traza en conjunto, y el mismo medio puede moverse entre los grupos favorables y desfavorables a lo largo de la vida de una planta cuando cambia una de esas variables. Donde la consecuencia de un fallo es significativa, la evaluación pertenece a un ingeniero de corrosión y a los datos de corrosión del proveedor de la aleación para el medio específico.