Hidroflorik kislotadagi Monel 400: turli konsentratsiyalar va haroratlarda korroziya tezligi

Monel 400(UNS N04400, 67% nikel–31,5% mis–1,2% temir) gidroflorik kislotani (HF) toʻliq kontsentratsiya oraligʻida ishlay oladigan kam sonli strukturaviy metallardan biridir. Ammo "bardosh bera oladi" degani "nol tezlikda korroziya" bilan bir xil emas.

Bu qoʻllanmada HFda Monel 400 uchun eʼlon qilingan korroziya tezligi-maʼlumotlari jamlangan, konsentratsiya, harorat va erigan kislorod bu tezlikni qanday oʻzgartirishi aniq koʻrsatilgan va Monel 400 bilan Hastelloy C-276, Inconel 600 va 316 zanglamaydigan poʻlat bilan taqqoslanadi, shunda muhandislar raqamlar yordamida toʻgʻri materialni tanlay olmaydilar.

Monel 400 barcha konsentratsiyalar va haroratlarda gidroflorik kislotaga qarshilik ko'rsatadimi?

Ha, lekin faqat havosizlangan (kislorod-bo'sh), suyuqlik{1}}fazali sharoitlarda. Bunday holatda Monel 400 deyarli har bir HF konsentratsiyasiga - suyultirilgandan 90% dan yuqorigacha - qaynash nuqtasiga qadar qarshilik ko'rsatadi, korroziya darajasi odatda yiliga 0,025 mm dan past (yiliga taxminan 1 milya yoki "mpy").

Hidroflorik kislota g'ayrioddiy: konsentratsiyaning oshishi bilan kislotalarning aksariyati agressiv bo'ladi, ammo HF ning Monel 400 ga hujumi faqat konsentratsiyadan ko'ra ko'proq kislorod miqdori va haroratga bog'liq. Monel tarkibidagi mis metall yuzasida yupqa, yopishqoq ftorid plyonka hosil qiladi, agar kislota gazlangan bo'lmasa va oksidlovchi tuzlar bilan ifloslanmagan bo'lsa, keyingi hujumni bloklaydi.

Kislorod, havo yoki oksidlovchi metall ionlari (Fe3+, Cu2+) tizimga kirgandan so'ng, himoya plyonkasi buziladi va korroziya tezligi bir-ikki darajaga ko'tarilishi mumkin. Bu bitta fakt - kislorod ta'sirining kislota kuchidan ko'ra muhimroqligi - butun ushbu maqoladagi eng muhim g'oya bo'lib, quyidagi bo'limlarda batafsil bayon etilgan.

Hidroflorik kislotada Monel 400 ning o'lchangan korroziya darajasi qanday?

Mustaqil ravishda chop etilgan sinov ma'lumotlari Monel 400 ning korroziya tezligini suyuq HFda xona haroratiga yaqin joyda taxminan 0,03 va 0,04 mm/yil (1,2–1,6 mp/y) oralig'ida joylashtirdi, gazlangan, atrof-muhit va haroratdan yuqori haroratda taxminan 0,25–0,75 mm/yil (10–30 mpy) gacha ko'tariladi. 90-120 daraja.

Quyidagi jadvalda korroziya darajasi oʻlchovlari-tekshirilgan-va milliy{2}}laboratoriya manbalari jamlangan. Ko‘rsatkichlar yiliga millimetr (mm/y) va millar (mpy, bu yerda 1 mpy=0.0254 mm/y) da berilgan, shuning uchun ma’lumotlarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri ASTM/NACE korroziyaning jiddiylik toifalari- bilan solishtirish mumkin (odatda:<0.1 mm/y = excellent/mild; 0.1–0.5 mm/y = acceptable for many services; >0,5 mm/y =, odatda, uzoq muddatli statik uskunalar- uchun qabul qilinishi mumkin emas).

1-jadval. Laboratoriya va dala tadqiqotlarida qayd etilganidek, Monel 400 (qotishma 400) ning gidroflorik kislotadagi korroziya darajasi . 1 mpy=0.0254 mm/y.

Har bir mustaqil tadqiqotda izchillik bir xil: suyultirilgan, havosizlangan xona{0}}harorati HF korroziya tezligini shunchalik past hosil qiladiki, ular muhandislik maqsadlari uchun ahamiyatsiz deb hisoblanadi, aeratsiya va yuqori harorat esa bir xil konsentratsiya zonasida bu tezlikni 10-30 baravar oshirishi mumkin.

Harorat Monel 400 ning HFdagi korroziya tezligiga qanday ta'sir qiladi?

Harorat korroziyaning yagona kuchli omilidir. Taxminan 90 darajagacha past va barqaror bo'lib qoladi, so'ngra taxminan 90 dan 120 darajagacha keskin oshadi va kislorod mavjud bo'lgan yoki bo'lmagan holda - dan keskin ko'tarilishni davom ettiradi.

Kane va boshqalarning laboratoriya ishi. (1993), keyinchalik Oak Ridge Milliy Laboratoriyasi (ORNL) ORNL/TM-2002/165 tadqiqotida takrorlangan, Monel 400 ning korroziya tezligini atrof-muhit haroratidan taxminan 150 darajagacha bo'lgan 49% HFda kuzatdi. Taxminan 88 darajadan past bo'lsa, gazlangan va gazsiz korroziya darajasi bir-biriga nisbatan yaqin va past bo'lib qoladi.

Harorat 88–120 daraja diapazonni kesib o'tgandan so'ng, gazlangan va gazsiz sharoitlarda korroziya tezligi tez tezlashadi - kamdan-kam hollarda kislorodni chiqarib tashlashning o'zi korroziyani nazorat qila olmaydi. Sanoat HFni qayta ishlashga xos bo'lgan yuqori uzatish haroratida (taxminan 200 daraja), Rebak va boshqalar tomonidan ko'rib chiqilgan dala va adabiyot ma'lumotlari. (2001) Monel 400 ning bug{8}}fazali korroziya tezligi bir xil sharoitlarda Hastelloy C-276 ga nisbatan qariyb oʻn baravarga yetganini koʻrsatadi.

Zavod dizaynerlari uchun amaliy ahamiyatga ega bo'lgan narsa harorat chegarasi bo'lib, bitta raqam emas: taxminan 90 darajadan past bo'lsa, yaxshi havosizlangan Monel 400 uskunasi-uzoq xizmat muddatini kutish mumkin; Taxminan 120 darajadan yuqori bo'lsa, korroziyaga qarshi hisob-kitoblar keskin yuqori tezlikni nazarda tutishi kerak va muqobil qotishmalar doimiy yuqori -haroratli ish uchun baholanishi kerak.

HF kontsentratsiyasi yoki harorat korroziyaga ko'proq ta'sir qiladimi?

Harorat va aeratsiya (erigan kislorod) ustunlik qiladi; kontsentratsiya amaliy 0-70% HF diapazonining ko'p qismida ikkilamchi o'zgaruvchidir, lekin juda yuqori konsentratsiyalar yuqori harorat bilan birgalikda ta'sirni kuchaytiradi.

Bu konsentratsiya odatda korroziyaning asosiy omili bo'lgan oltingugurt yoki nitrat kabi kislotalarga odatlangan ko'plab muhandislarni hayratda qoldiradi. HFda Monel 400 uchun e'lon qilingan kontsentratsiya{2}}skanlash ma'lumotlari (masalan, klassik Nikel institutining 0,05%, 1%, 10%, 24% va 48% HF bo'yicha 24 daraja, 50 daraja va 76 daraja bo'ylab cho'ktirish sinovlari) korroziya tezligini kontsentratsiyaning harorat bosqichlari orasidagi harorat bosqichlari orasidagi o'zgarishlarga qaraganda ko'proq ko'rsatadi. Stathopoulos va boshqalar. (2026) elektrokimyoviy ma'lumotlar buni tasdiqlaydi: xuddi shu 25 daraja haroratda taxminan 4% HF dan 40% HF ga o'tish faqat korroziya tezligini 0,031 dan 0,04 mm / y gacha o'zgartirdi - shamollatish natijasida kelib chiqqan 10-30 marta sakrash yoki 90 daraja + harorat ko'tarilishi bilan solishtirganda kichik o'sish.

This does not mean concentration is irrelevant. At a given elevated temperature, higher HF concentration still increases both the corrosion rate and the risk of stress corrosion cracking, and very high concentrations (>85-90% HF) korroziya mexanizmi ustunligini o'zgartirishi mumkin bo'lgan usullar bilan suvning faolligini pasaytiradi. Amaliy dizayn qoidasi avval harorat va kislorodni nazorat qilish, so'ngra haqiqiy jarayon oqimi uchun kontsentratsiya-maxsus chegaralarini tekshirishdir.

Nima uchun shamollatish (erigan kislorod) korroziya tezligini ko'paytiradi?

Kislorod va oksidlovchi ifloslantiruvchi moddalar (O2, Fe3+, Cu2+ yoki aralash kislotalar, masalan, HF{3}}HCl) Monel 400 ning himoya florid plyonkasini olib tashlaydi va doimiy anodik eritmani keltirib chiqaradi, bu esa deaerlangan suyuqlik bilan solishtirganda korroziya tezligini 10-100 × ga oshirishi mumkin.

Kislorod-bo'sh HFda Monel 400 ning nikel{2}}mis yuzasi yupqa, yopishqoq, asosan erimaydigan ftorid qatlamini hosil qiladi, u passiv to'siq vazifasini bajaradi, funksiyasi (tarkibi bo'lmasa-da) zanglamaydigan po'latlarni himoya qiluvchi xrom-oksid plyonkasiga o'xshaydi. Kislorod va oksidlovchi ionlar metall yuzasida doimiy oksidlanish-qaytarilish aylanishi orqali bu plyonkani beqarorlashtiradi va yangi metallni yangilangan hujumga duchor qiladi. 2026 Stathopoulos va boshqalar. Tadqiqot bu sinergiyani to'g'ridan-to'g'ri o'lchadi: 1 M HF ning o'zi 0,031 mm/y korroziya tezligini va 1 M HCl ning o'zi 0,018 mm/y ni berdi, lekin birlashtirilgan 1 M HF + 1 M HCl aralashmasi 0,051 mm/y - yuqori hosil qildi (alohida sinovdan o'tgan bir-biriga bog'liq bo'lgan kislotalar yig'indisidan yuqori. qo'shimcha) ifloslantiruvchi moddalar mavjud bo'lganda korroziv mexanizm.

Xuddi shu tadqiqot shuni ko'rsatdiki, bir xil nominal konsentratsiya va haroratda bug-fazali ta'sir qilish suyuq{1}}fazali ta'sirdan doimiy ravishda yomonroq bo'ladi, chunki bug' bo'shlig'idagi metall yuzalarda kondensatsiyalanadigan namlik doimiy ravishda atrofdagi gazdan yangi kislorod bilan to'ldiriladi, suyuq-fazali oksgen kislotasi esa yopiq muhitda osonroq saqlanadi. Shuning uchun HF zavodi konstruktorlari inert{5}}gaz (azot) qoplamasi va quruq, kislorod{6}}bo‘sh jarayon sharoitlarini Monel 400 uskunasi uchun asosiy korroziyani nazorat qilish-strategiyasi sifatida faqat kontsentratsiya chegaralariga tayanmaslikni belgilaydi.

Monel 400 HF xizmatida stressli korroziya yorilishiga (SCC) dosh bera oladimi?

Ha. Nam, gazlangan, suyultirilgan HF bug'ida (taxminan 0,5% HF gacha) taxminan 95 darajagacha bo'lgan haroratda Monel 400 transgranular stressli korroziya yorilishi rivojlanishi mumkin, yoriqlar laboratoriya sinovlarida 4-15 kun ichida qayd etilgan.

Bu umumiy massa{0}}yo'qotish korroziyasidan farqli nosozlik rejimi bo'lib, Ciaraldi, Berry va Jonson (1982) tomonidan olib borilgan laboratoriya ishlariga iqtibos keltirgan holda ASM qo'llanmasining 13-jildida (Korroziya) hujjatlashtirilgan. Kopson va Chengning oldingi ishlarida tasvirlangan mexanizm nam, oksidlovchi HF bug'ida metall yuzasida kup ftorid konlarini to'plashni o'z ichiga oladi; bu konlar bir xil muhitda umumiy korroziya darajasi mo''tadil ko'rinishi mumkin bo'lsa-da, yorilishga yordam beradigan mahalliy sharoitlarni yaratadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, K-Monel (UNS N05500), yuqoriroq{7}}kuchli, yog'ingarchilik{8}}qattiqlashtirilgan varianti, standart Monelga qaraganda, bu yorilishga biroz chidamliroq 400 - ikkita qotishmaning yorilish harakati o'rtasidagi o'xshashlik etarlicha keng, shuning uchun faqat qotishma tanlashga tayanmaslik kerak.

Ushbu maqola uchun ko'rib chiqilgan har bir manbada takrorlanadigan amaliy nazorat chorasi umumiy korroziyani nazorat qilish uchun bir xil: kislorodni bug 'bo'shlig'idan chiqarib tashlang. Masalan, neftni qayta ishlash zavodi HF alkillash moslamalari havo kirishini minimallashtiradigan sharoitlarda muntazam parvarishlanadi, chunki Monel 400 ning umumiy korroziyasi ham, SCC ham kislorod mavjudligiga bog'liq.

Monel 400 HFda Hastelloy C-276, Inconel 600 va 316 zanglamaydigan po'lat bilan qanday taqqoslanadi?

Monel 400 o'rtacha haroratda havosizlangan suyuqlik HFda -samarali va yaxshi isbotlangan{2}} tanlovdir. Hastelloy C-276 yuqori haroratda, gazlangan/oksidlovchi HFda yoki eng uzoq xizmat muddati talab qilinadigan joylarda Monel 400 dan keng farq bilan ustunlik qiladi. 316 zanglamaydigan po'latdir, bu erda ko'rib chiqilgan har qanday konsentratsiya va haroratlarda suyuqlik fazali HF xizmati uchun yaroqsiz.

2-jadval. Qiyosiye ORNL/TM-2002/165 asosidagi umumiy yuqori{0}}qotishma materiallarning HF korroziyaga chidamliligi, Rebak va boshqalar. (2001) va tegishli adabiyotlar.

Talabkor, yuqori harorat yoki oksidlovchi HF xizmati uchun reytingni eslab qolishning foydali usuli: Hastelloy C-276 > Inconel 600 > Monel 400 > 316 zanglamaydigan po'lat. Yumshoq, havosizlangan, o'rtacha{7}}haroratli suyuqlik HF uchun - saqlash, o'tkazish va past haroratli jarayonlarning aksariyati - Monel 400 sanoat-standart, tejamkor qurilish materiali bo'lib qolmoqda.

HF xizmatida Monel 400 uchun amaliy harorat va kontsentratsiya chegaralari qanday?

Monel 400 qaynash nuqtasiga qadar deaeratsiyalangan suyuqlikdagi har qanday HF konsentratsiyasiga juda mos keladi; Nam gazlangan bug'da yoki oksidlovchi ifloslantiruvchi moddalar mavjud bo'lganda, taxminan 90 darajadan yuqori bo'lsa, ehtiyot bo'lish kafolatlanadi va Hastelloy C-276 taxminan 120 darajadan yuqori yoki doimiy oksidlanish sharoitida ko'rib chiqilishi kerak.

Jadval 3. Ushbu maqolada ko'rib chiqilgan korroziya ma'lumotlaridan olingan HF xizmatida Monel 400 tanlash bo'yicha muhandislik yo'riqnomasi. Bu raqamlar eʼlon qilingan sinov maʼlumotlarini jamlaydi va loyihaga oid korroziya sinovini-oʻrnini bosa olmaydi.

Tez-tez so'raladigan savollar

Monel 400 ning gidroflorik kislotadagi korroziya darajasi qanday?

O'rtacha haroratda havosizlangan suyuqlik HFda Monel 400 odatda yiliga 0,025-0,04 mm (taxminan 1-1,6 mpy) dan kamroq tezlikda korroziyaga uchraydi. Atrof-muhit haroratida og'irligi 33% gazlangan HFda e'lon qilingan sinov ma'lumotlari bir oy davomida ta'sir qilish tezligi yiliga 0,25–0,74 mm (10–29 mpy) gacha ko'tarilishini ko'rsatadi.

Monel 400 ni 49% gidroflorik kislotada ishlatish mumkinmi?

Ha. Monel 400 49% HF suyuqlik xizmatida, shu jumladan HF alkillash qurilmalarida keng qo'llaniladi, agar tizim havosiz bo'lsa va ish harorati taxminan 90–120 darajadan past bo'lsa. Ushbu diapazondan yuqori bo'lgan kislorod miqdoridan qat'iy nazar korroziya keskin tezlashadi.

Monel 400 gidroflorik kislota stressli korroziya yorilishiga chidamlimi?

To'liq emas. Monel 400 taxminan 95 darajagacha bo'lgan haroratlarda nam, gazlangan, suyultirilgan HF bug'ida (taxminan 0,5% HF gacha) transgranular stressli korroziya yorilishi rivojlanishi mumkin, yorilish laboratoriya sinovlarida 4-15 kun ichida qayd etilgan. Bug 'bo'shlig'idan kislorodni chiqarib tashlash asosiy nazorat chorasi hisoblanadi.

HF konsentratsiyasining oshishi har doim Monel 400 korroziya tezligini oshiradimi?

Faqat kamtarona o'z-o'zidan. Amaliy kontsentratsiya diapazonining ko'p qismida harorat va erigan kislorod korroziya tezligini konsentratsiyadan ko'ra ko'proq o'zgartiradi. Konsentratsiya faqat yuqori harorat yoki oksidlovchi ifloslantiruvchi moddalar bilan birlashganda sezilarli bo'ladi.

Yuqori haroratli HF xizmati uchun Monel 400 o'rniga qaysi qotishma kerak?

Hastelloy C-276 standart yangilanishdir. Adabiyot ma'lumotlari shuni ko'rsatadiki, u 200 daraja haroratda HF bug'idagi Monel 400 tezligining o'ndan bir qismiga pasayadi va har qanday haroratda gazlangan yoki oksidlovchi sharoitlarda Monel 400 dan doimiy ravishda ustun turadi.