Monel: niezawodny stop do środowisk morza i słonej wody

Woda morska nie jest jednym środowiskiem. Jest to zbiór zmiennych, które poruszają się razem, a ten sam stop może znajdować się w systemie morskim przez piętnaście lat bez wżerów lub ulec awarii w ciągu osiemnastu miesięcy przy tej samej zasoloności. Prędkość, geometria linii uszczelki, ciała stałe w zawiesinie, metal przykręcony do kołnierza i temperatura powierzchni zmieniają odpowiedź, a żaden z nich nie pojawia się w wyrażeniu środowisko morskie.

Stop Monel 400 dobrze radzi sobie z wodą morską w warunkach, które mu odpowiadają, a biuletyn producenta jest specyficzny co do tych warunków: bardzo niskie wskaźniki korozji w płynącej wodzie morskiej oraz korozja szczelinowa i wżerowa, gdy woda jest stojąca. To jedno zdanie niesie więcej wartości selekcyjnej niż każdy przymiotnik napisany o stopie, ponieważ mówi projektantowi, gdzie umieścić spust i jak zaaranżować przepływ. Ta strona przedstawia dwie gatunki używane w służbie morskiej, sześć zmiennych, które decydują o wyniku, oraz formy i specyfikacje, które kupujący faktycznie zamawia.

Zapytania morskie zazwyczaj podają Monel bez gatunku, a dwie powszechne gatunki nie są wymienne. Stop 400 to stop niklowo-miedziowy o stałym roztworze, który utwardza się tylko przez obróbkę na zimno. Stop K500 dodaje aluminium i tytan do tej samej podstawy, a obróbka starzeniowa wytrąca submikroskopijne cząstki Ni3(Ti,Al) w całej matrycy. Różnica objawia się w granicy plastyczności, twardości i procedurze spawania.

Dwie ostatnie wiersze decydują o większości zakupów morskich niż wiersze wytrzymałościowe. Stop 400 nie jest niezawodnie niemagnetyczny w temperaturze pokojowej, ponieważ jego temperatura Curie znajduje się w zakresie otoczenia i zmienia się w zależności od składu. Stop K500 jest gatunkiem określonym, gdy niska przenikalność magnetyczna jest częścią funkcji, a nawet wtedy powierzchnia może rozwinąć magnetyczną warstwę podczas ogrzewania, jeśli aluminium i miedź utleniają się selektywnie i pozostawiają warstwę bogatą w nikiel, efekt ten jest najbardziej zauważalny na cienkim drucie i taśmie i można go usunąć przez trawienie lub jasne zanurzenie.

Biuletyn producenta dla stopu 400 podaje pozycję morska w jednym zdaniu i warto go przeczytać dwukrotnie. Produkty ze stopu 400 wykazują bardzo niskie wskaźniki korozji w płynącej wodzie morskiej, a warunki stojące wykazały indukowanie korozji szczelinowej i wżerowej. Stop jest również opisywany jako odporny na pękanie korozyjne naprężeniowe i wżerowe w większości wód słodkich i przemysłowych, co jest innym stwierdzeniem dotyczącym innego medium.

Co to oznacza na rysunku, to że spust, nachylenie i procedura wyłączenia są częścią wyboru materiału. Linia wody morskiej, która działa ciągle, jest innym problemem projektowym niż linia, która stoi pełna przez jedenaście miesięcy i jest płukana raz w roku. Druga linia będzie się wżerać tam, gdzie pierwsza nie, przy tym samym koszcie stopu, a różnica nie jest widoczna na zamówieniu zakupu, chyba że ktoś wpisze profil operacyjny do zapytania.

Trzy miejsca w systemie morskim zatrzymują wodę po wyłączeniu bez niczyjej wiedzy. Pierwsze to poziomy bieg z najniższym punktem i bez spustu. Drugie to szczelina pod uszczelką lub połączenie zakładkowe, gdzie geometria tworzy własną szczelinę, niezależnie od tego, co robi przepływ masowy. Trzecie to strona płaszcza wymiennika ciepła, która jest izolowana, podczas gdy strona rur pracuje. Każdy z nich przekształca składnik płynnej wody morskiej w składnik stojącej wody morskiej przez część swojego życia, a każdy z nich jest tańszy do naprawy na etapie rysowania niż na etapie inspekcji.

Tabela przekształca ogólne ostrzeżenie powyżej w sześć pozycji, które powinno zawierać zapytanie. Każdy wiersz nazywa mechanizm i linię, która należy na rysunku lub zamówieniu.

Ostatni wiersz zasługuje na własne zdanie, ponieważ jest rutynowo pomijany. Kołnierz Monel przykręcony do kołnierza ze stali węglowej w wodzie morskiej sprawia, że stal staje się anodą, a atak na stal jest skoncentrowany w pobliżu połączenia. Stosunek ma większe znaczenie niż różnica potencjałów: mała śruba ze stali węglowej w dużym kołnierzu Monel jest małą anodą w stosunku do dużej katody, co jest najgorszym dostępnym układem. Zestaw uszczelki izolacyjnej i zmiana materiału łącznika kosztują mniej niż pierwsza inspekcja.

Biuletyn producenta wymienia wały pomp i śrub jako zastosowania dla stopu 400, a wały i wirniki pomp jako zastosowania dla K500. Nie wymienia łopat śrub, a rozróżnienie to ma znaczenie dla każdego kupującego dla statku. Łopaty śrub są odlewane z brązu niklowo-aluminiowego lub brązu manganowego, a wał, który je przenosi, jest miejscem, gdzie pojawia się stop niklowo-miedziowy.

Powodem jest mechanika. Łopata wymaga odlewalności, grubego przekroju i procedury naprawy, która działa w stoczni. Wał wymaga wysokiej granicy plastyczności w przekroju, który można obrabiać i szlifować, odporności na korozję w uszczelnieniu dławnicowym, a w niektórych statkach niskiej sygnatury magnetycznej. K500 postarzany do granicy plastyczności 690 do 1034 MPa jest materiałem wału. Stop 400 przy 172 do 345 MPa w stanie wyżarzonym jest wałem o niższym naprężeniu, trzpieniem zaworu lub łącznikiem.

Stop 400 jest często opisywany jako niemagnetyczny, a biuletyn producenta jest bardziej ostrożny. Temperatura Curie znajduje się w zakresie otoczenia i jest zależna od wariacji składu chemicznego, więc niektóre partie są magnetyczne w temperaturze pokojowej, a inne nie. Jeśli istnieje silne wymaganie dotyczące cech niemagnetycznych, biuletyn kieruje kupującego do innych stopów Monel.

Jest to ograniczenie projektowe, a nie wada. Komponent, którego funkcja zależy od niskiej sygnatury magnetycznej, nie może być wydany w stosunku do gatunku, którego stan magnetyczny zmienia się z partii na partię, ponieważ certyfikat nie informuje kupującego, w jakim stanie jest partia. K500 jest gatunkiem o opublikowanym zakresie przenikalności magnetycznej 1.0010 do 1.0019 przy 200 oerstedów, mierzonym w czterech warunkach, a producent zauważa, że pozostaje praktycznie niemagnetyczny w niskiej temperaturze.

Zastrzeżenie dotyczące przetwarzania jest łatwe do przeoczenia. Ogrzewanie może selektywnie utleniać aluminium i miedź, pozostawiając magnetyczną warstwę bogatą w nikiel na powierzchni, z efektem najbardziej widocznym na cienkim drucie i taśmie, gdzie stosunek powierzchni do masy jest wysoki. Trawienie lub jasne zanurzenie usuwa warstwę i przywraca właściwości niemagnetyczne, więc odczyt magnetyczny na gotowym cienkim przekroju jest pytaniem o proces, zanim stanie się pytaniem o materiał.

Stop 400 jest spawany pasującym drutem spawalniczym niklowo-miedziowym. Do spawania łukowego elektrodą otuloną producent podaje elektrodę spawalniczą MONEL 190, która jest klasy AWS A5.11 ENiCu-7, a do spawania łukowego wolframem w osłonie gazu i spawania łukowego drutem w osłonie gazu podaje drut spawalniczy MONEL 60, który jest klasy AWS A5.14 ERNiCu-7. Drut spawalniczy niklowy 61 i drut spawalniczy INCONEL 625 są wymienione jako alternatywy dla niektórych zastosowań, co jest decyzją dotyczącą środowiska, a nie wygody.

K500 odwraca dwa nawyki, które działają na inne stopy. Starzenie po spawaniu jest dopuszczalne, gdy materiał bazowy był spawany w stanie wyżarzonym, a spawane połączenia mogą osiągnąć wytrzymałość postarzanego materiału bazowego bez poważnej utraty ciągliwości. Należy unikać spawania materiału, który jest już utwardzony przez starzenie, ponieważ ciągliwość jest znacznie zmniejszona. Praktyczna sekwencja to spawanie, a następnie starzenie, a rysunek musi to określać, w przeciwnym razie wykonawca zrobi odwrotnie.

Starzenie powoduje również skurcz części. Wyżarzony pręt kurczy się o 2.5 x 10^-4 cala/cal podczas starzenia, co jest niewielkie w obudowie pompy i znaczące w wale, który jest szlifowany do tolerancji przed obróbką starzeniową. Ta sama cecha nadaje stopowi stabilność wymiarową przy długotrwałej ekspozycji, dlatego pojawia się w precyzyjnych instrumentach, ale sekwencja obróbki skrawaniem i starzenia należy do zamówienia zakupu.

Porównanie, które ma znaczenie w systemie morskim, jest zazwyczaj ze stalą nierdzewną, miedziowo-niklowym lub brązem, a odpowiedź zależy od tego, która zmienna jest ograniczająca. Tabela przedstawia cztery media, w których stop niklowo-miedziowy ma udokumentowaną przewagę, i dwa, w których jej nie ma.

Praktyczne odczytanie jest takie, że stop 400 jest stopem dla mediów redukujących i wody morskiej o niezwykle szerzej kopercie, i że koperta ma przewagę po stronie utleniającej. Kupujący, który traktuje stop jako uniwersalnie odporny na korozję, ostatecznie umieści go w linii kwasu azotowego lub napowietrzonej służbie solnej i straci część.

Nazwa handlowa nie idzie w parze z metalem. Każda forma jest zamawiana na podstawie specyfikacji produktu, a specyfikacja jest tym, co młyn certyfikuje.

Dwa wpisy w tej tabeli warto sprawdzić w bieżącym zapytaniu. ASTM B865 obejmuje gatunek utwardzany wydzieleniowo N05500, więc pręt K500 jest zamawiany na podstawie B865, a nie B164, a rura w N04400 nie jest produktem B865, niezależnie od etykiety młyna. Specyfikacja wojskowa QQ-N-281 obejmuje kilka form obu gatunków i jest nadal cytowana w pracach morskich, nawet tam, gdzie specyfikacja ASTM byłaby wystarczająca.

Zapytanie morskie, które zawiera następujące osiem pozycji, może być wycenione bez rundy pytań, a otrzymana wycena może być porównana z inną.

DLX produkuje Monel alloy 400 i K500 w Changzhou, Jiangsu, w formach potrzebnych do pakietu morskiego: drut od 0,025 mm, pręt okrągły do 50 mm, taśma od 0,50 mm do 2,5 mm grubości, oraz rury i płyty w standardowych rozmiarach młynów. Oba gatunki są dostarczane zgodnie ze specyfikacją ASTM, która reguluje formę, z certyfikatem EN 10204 3.1 na życzenie i numerem partii, który można prześledzić do wyników testów.

Użyteczna część rozmowy to zazwyczaj profil operacyjny, a nie nazwa gatunku. Linia, która stoi pełna, kołnierz, który łączy się ze stalą węglową, i wał, który jest szlifowany przed starzeniem, to trzy różne problemy, a każdy z nich jest tańszy do rozwiązania w zapytaniu niż w reklamacji.

Biuletyn producenta zgłasza korozję szczelinową i wżerową w warunkach stojących, więc odpowiedź brzmi, że stop jest tam używany tylko z projektem, który usuwa stagnację. Oznacza to spusty w najniższych punktach, spadek na poziomach, procedurę płukania przy wyłączeniu i szczegóły połączeń, które nie zatrzymują wody. Stop nie jest problemem w tym przypadku, a geometria jest.

K500, gdy wał przenosi moment obrotowy i zginanie przy naprężeniu, którego wyżarzony 400 nie może wytrzymać. Producent wymienia wały i wirniki pomp wśród zastosowań K500, a postarzany stan osiąga granicę plastyczności 690 do 1034 MPa w porównaniu do 172 do 345 MPa dla wyżarzonego pręta 400. Stop 400 pozostaje wyborem dla wałów o niższym naprężeniu, trzpieni zaworów i łączników, gdzie dodatkowa wytrzymałość nie jest potrzebna, a prostsza trasa spawania jest warta posiadania.

Nie niezawodnie w temperaturze pokojowej. Temperatura Curie wynosi 21 do 49 °C i zależy od składu, więc niektóre partie są magnetyczne, a inne nie w temperaturze otoczenia. Gdy niska przenikalność magnetyczna jest wymogiem funkcjonalnym, K500 jest gatunkiem o opublikowanym zakresie przenikalności, a producent kieruje kupujących potrzebujących gwarantowanego zachowania niemagnetycznego do innych stopów Monel.

Biuletyn producenta wymienia wały pomp i śrub, a nie łopaty. Łopaty są odlewane z brązu niklowo-aluminiowego lub brązu manganowego, a stop niklowo-miedziowy pojawia się w wale, łącznikach i komponentach pomp wokół nich. Specyfikacja, która prosi o łopatę Monel, prosi o odlew, do którego stop nie jest używany.

Elektroda spawalnicza MONEL 190 do spawania łukowego elektrodą otuloną, która jest klasy AWS A5.11 ENiCu-7, i drut spawalniczy MONEL 60 do spawania łukowego wolframem w osłonie gazu i spawania łukowego drutem w osłonie gazu, który jest klasy AWS A5.14 ERNiCu-7. Drut spawalniczy niklowy 61 i drut spawalniczy INCONEL 625 są wymienione jako alternatywy dla niektórych zastosowań, a wybór zależy od środowiska, a nie od wygody warsztatu.

Ponieważ spawanie już postarzanego elementu znacznie zmniejsza jego ciągliwość, podczas gdy spawanie w stanie wyżarzonym i późniejsze starzenie pozwala połączeniu osiągnąć wytrzymałość postarzanego materiału bazowego. Producent podaje obie części tej zasady, a zamówienie zakupu musi zawierać sekwencję, w tym skurcz 2.5 x 10^-4 cala/cal, który powoduje starzenie.

Stop Monel 400 to stop niklowo-miedziowy o stałym roztworze, który dobrze sprawdza się w płynącej wodzie morskiej i jest atakowany w warunkach stojących, a różnica między tymi dwoma stanami jest decyzją projektową. Stop K500 dodaje aluminium i tytan oraz obróbkę starzeniową, która podnosi granicę plastyczności do zakresu potrzebnego dla wału pompy i sprawia, że zachowanie magnetyczne jest przewidywalne, kosztem sekwencji spawania, którą należy zapisać.

Sześć zmiennych decyduje o zastosowaniu morskim: jak szybko porusza się woda, czy stoi, jak ukształtowane jest połączenie, co osiada na powierzchni, co jest przenoszone w zawiesinie i do czego przykręcony jest kołnierz. Podaj je w zapytaniu, podaj gatunek i numer UNS, zamów zgodnie ze specyfikacją produktu dla formy, a otrzymana wycena będzie opisywać komponent, a nie rodzinę stopów.

Biuletyn techniczny Special Metals dla stopu niklowo-miedziowego MONEL 400, publikacja SMC-053. Źródło numeru UNS N04400 i numerów Werkstoff 2.4360 i 2.4361, limitów składu 63.0 % minimum niklu plus kobaltu i 28.0 do 34.0 % miedzi, gęstości 8.80 g/cm3, zakresu topnienia 1300 do 1350 °C, temperatury Curie 21 do 49 °C i stwierdzenia, że niektóre partie są magnetyczne w temperaturze pokojowej, zakresów wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności według formy i stanu, użytecznego limitu 538 °C w atmosferach utleniających, stwierdzenia, że bardzo niskie wskaźniki korozji występują w płynącej wodzie morskiej, podczas gdy warunki stojące wywołują korozję szczelinową i wżerową, odporności na kwas fluorowodorowy we wszystkich stężeniach do punktu wrzenia, odporności na kwasy siarkowy i solny w warunkach redukujących, materiałów spawalniczych do spawania łukowego i specyfikacji produktów według formy.

Biuletyn techniczny Special Metals dla stopu MONEL K-500, publikacja SMC-062. Źródło numeru UNS N05500 i numeru Werkstoff 2.4375, zakresu aluminium 2.30 do 3.15 % i zakresu tytanu 0.35 do 0.85 %, mechanizmu wytrącania Ni3(Ti,Al), gęstości 8.44 g/cm3, zakresu topnienia 1315 do 1350 °C, zakresu przenikalności magnetycznej 1.0010 do 1.0019 przy 200 oerstedów, magnetycznej warstwy powierzchniowej tworzącej się podczas ogrzewania, skurczu 2.5 x 10^-4 cala/cal podczas starzenia, zakresów wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności według formy i stanu, oraz zasady, że materiału utwardzonego starzeniem nie należy spawać.

ASTM B127, standardowa specyfikacja dla płyt, blach i taśm ze stopu niklowo-miedziowego.

ASTM B164, standardowa specyfikacja dla prętów, drutów i drutów ze stopu niklowo-miedziowego.

ASTM B163, B165, B725 i B730, standardowe specyfikacje dla rur i przewodów ze stopu niklowo-miedziowego w formach bezszwowych i spawanych.

ASTM B865, standardowa specyfikacja dla prętów, drutów, drutów i odkuwek ze stopu niklowo-miedziowo-aluminiowego utwardzanego wydzieleniowo, obejmująca UNS N05500.

QQ-N-281, specyfikacja federalna dla płyt, blach, taśm, prętów, drutów i odkuwek ze stopu niklowo-miedziowego.

EN 10204, dokumenty inspekcyjne, dla definicji certyfikatu 3.1 jako dokumentu zawierającego rzeczywiste wyniki testów i zatwierdzonego przez niezależnego przedstawiciela inspekcji producenta.

Powyższe zakresy składu i mechaniczne są limitami specyfikacji i typowymi wartościami dla podanych gatunków, a nie limitami akceptacji dla dostarczonej partii. Zachowanie korozyjne zależy od stężenia, temperatury, aeracji, przepływu i geometrii, więc komponent, który działa w jednym systemie wody morskiej, może ulec awarii w innym przy tym samym nominalnym stopie i tej samej zasoloności, a profil operacyjny musi być opisany, aby odpowiedź miała sens. Przenikalność magnetyczna zmienia się w zależności od składu i historii termicznej, a odczyt na gotowej części odzwierciedla proces, jak również partię. Specyfikacje produktów są aktualizowane, a wydanie wymienione w zamówieniu zakupu ma pierwszeństwo. Nic w tej stronie nie zastępuje wydania inżynierskiego ani testów kwalifikacyjnych uzgodnionych między kupującym a dostawcą.