Por que o Monel 400 é tão caro?

A liga Monel foi desenvolvida pela primeira vez por Robert Crooks Stanley na International Nickel Company e patenteada em 1906. A nova invenção recebeu o nome do presidente da empresa. Ao longo do tempo, várias ligas do grupo Monel foram desenvolvidas para diferentes aplicações.

O Monel 400 é uma liga de níquel-cobre que possui excelentes propriedades de resistência à corrosão em ambientes severos, como altas temperaturas, meios ácidos e salinos. A alta demanda por essa liga em indústrias como a química, petroquímica, naval, aeroespacial, entre outras, aliada à sua composição química e propriedades, é um dos fatores que contribuem para o preço elevado do Monel 400.

O níquel e o cobre são metais relativamente caros e a liga Monel 400 contém uma proporção significativa desses metais, o que aumenta o seu preço. Além disso, a fabricação do Monel 400 exige um processo complexo de fundição, laminação e tratamento térmico, o que também pode encarecer o produto final.

Outro fator que influencia o preço do Monel 400 é a oferta e a demanda. Como essa liga é amplamente utilizada em setores críticos e em condições extremas de operação, é comum que o seu preço seja afetado por flutuações no mercado de metais e pela disponibilidade de matérias-primas.

Portanto, o preço elevado do Monel 400 pode ser atribuído a uma combinação de fatores, incluindo a demanda em setores específicos, a composição química dos metais que compõem a liga, a complexidade do processo de fabricação e as flutuações no mercado de metais.

Composição das Ligas de Monel

Monel é o nome dado a um grupo de ligas (401, R405, K-500, 400, 404 e 402) que contém níquel e cobre junto com ferro, silício, manganês e titânio em alguns casos. Embora todas essas ligas sejam geralmente diferenciadas por sua boa resistência à corrosão, cada uma tem algumas características e usos distintos.

O Monel 404, por exemplo, possui menor teor de níquel (52%) com alumínio (0,05%) e alto teor de cobre (47%). Monel R405 tem um conteúdo muito semelhante ao Monel 400, exceto pela ausência de titânio.

Monel K500 contém alumínio (0,3%) e titânio (0,35% a 0,85%). Esta liga tem menor coeficiente de atrito e maior resistência ao desgaste em comparação com outras ligas de Monel. Também possui propriedades mecânicas superiores, como resistência e dureza até uma temperatura de 600°C (1112°F).

Monel 400 tem a mesma proporção de cobre para níquel encontrada naturalmente no minério de níquel encontrado nas minas de Sudbury em Ontário, Canadá. Como esta liga é muito mais cara comparada até mesmo ao aço inoxidável, ela é usada apenas em aplicações críticas onde materiais baratos não podem ser substituídos.

Monel 400 contém cobre na faixa de 28% a 34% e um mínimo de 63% de níquel. Também geralmente contém ferro, manganês, silício, carbono e pequenas quantidades de enxofre e titânio.

Características do Monel 400

As ligas de monel são mais fortes que o níquel ou o cobre sozinhos. Monel 400 contém níquel e cobre junto com carbono, ferro, manganês, silício e titânio. Essa composição ajuda a liga de Monel a reter sua resistência superior à corrosão, juntamente com tenacidade e resistência mecânica em uma ampla faixa de temperaturas, normalmente até 400°C (752°F). Esse recurso é um requisito fundamental para aplicações aeroespaciais porque as temperaturas de operação podem variar amplamente. Monel 400 é usado para fazer rebites para aeronaves com revestimento de alumínio.

Em temperaturas criogênicas, o Monel 400 mantém as propriedades mecânicas, como dureza e resistência, ao mesmo tempo em que ocorre uma leve redução na ductilidade. (Para mais informações sobre a resistência dos materiais, leia Uma visão aprofundada da resistência à tração.)

Monel 400 tem excelente resistência à corrosão em vapor em temperaturas elevadas e em água salgada quente fluindo em altas velocidades. Ele pode evitar rachaduras por corrosão sob tensão (SCC) em água doce, e sua durabilidade em água do mar turbulenta justifica seu custo. Sua resistência aos ácidos fluorídrico e clorídrico está sujeita à desaeração. É normalmente resistente a produtos alimentares ácidos; no entanto, não é resistente ao ácido nítrico, que é oxidante.

Monel 400 não pode ser facilmente usinado porque endurece durante a usinagem. Portanto, é preferível cortar e tornear a liga em velocidades mais baixas com taxas de avanço muito baixas. Isso inevitavelmente resulta em custos de usinagem mais altos.

A condutividade elétrica do Monel 400 é de 34% IACS (International Annealed Copper Standard). Ele retém alguma ductilidade mesmo quando congelado em temperaturas de hidrogênio líquido. Também é fracamente magnético.

Monel 400 tem boa soldabilidade e pode ser soldado por arco submerso, arco de metal a gás e processos de soldagem a arco de tungstênio a gás. O metal de adição Monel 60 usado para soldagem pode garantir que a junta soldada tenha a mesma dureza, resistência mecânica e proteção contra corrosão que o metal base. (Leitura relacionada: Causas e prevenção da corrosão em juntas soldadas.)

Além da soldagem, o Monel 400 pode ser soldado ou brasado.

Limitações do Monel 400

Monel 400 não resiste a hipocloritos, dióxido de enxofre, ácido nítrico ou óxido nítrico. Também é propenso à corrosão galvânica.

Aplicações para Monel

Os vários graus de liga de Monel são diferenciados por seus usos exclusivos.

• A adição de enxofre ao Monel R405 ajuda a melhorar a usinabilidade. Este grau de liga é usado para fazer componentes de válvulas e fixadores.
• Monel 404 é geralmente adequado para aplicações eletrônicas porque tem baixa permeabilidade. É suscetível à brasagem. Ele contém uma proporção maior de cobre (47%) com um teor de níquel um pouco menor.
• Monel 401 tem um baixo coeficiente térmico de resistência elétrica. Geralmente é adequado para aplicações elétricas e eletrônicas.
• O Monel 400 encontrou aplicações na extração e processamento de petróleo, manuseio de produtos químicos e engenharia naval. Bombas e trocadores de calor feitos de Monel 400 são usados ​​em muitas plantas críticas que operam em ambientes corrosivos. Esta liga tem boa resistência à corrosão na maioria dos álcalis e ácidos. As válvulas feitas de metal Monel incluem válvulas de retenção, válvulas de segurança, válvulas de injeção, válvulas de controle de fluxo, válvulas plugue, válvulas de esfera, válvulas globo e válvulas de pistão. Válvulas fundidas e soldadas são usadas em refino de petróleo e plantas marinhas críticas.
• Monel 400 é usado como um revestimento (revestimento fino) para prevenção de corrosão de plataformas de petróleo e outras estruturas de aço macio offshore em zonas de respingo. Uma bainha de 3 mm de espessura é construída por soldagem através do processo de soldagem MIG. Monel 400 apresenta excelente resistência à erosão e danos por corrosão em água do mar quente e turbulenta e vapor.
• O Monel 400 é usado em instalações de extração de petróleo onshore e offshore, inclusive em sistemas de controle de processo, válvulas de controle e bombas. A boa durabilidade em sistemas de extração offshore altamente corrosivos torna as peças Monel 400 econômicas e confiáveis ​​para aplicações como tanques de armazenamento de gás, eixos de hélices, sedes de válvulas, hastes e colares de perfuração de sistemas de perfuração de petróleo. Historicamente, esta liga também foi usada para fazer placas de identificação para os militares.
• As ligas Monel 400 também são usadas para fazer molas e produtos de arame que são usados ​​em ambientes ácidos e alcalinos. Este material tem ductilidade superior, bem como condutividade térmica.
• Monel também é o material de escolha para armações de óculos devido à sua resistência à corrosão e resistência.

Demanda atual e futura do mercado para Monel 400

Os mercados de metais da Ásia-Pacífico são os principais compradores de ligas de Monel. As indústrias naval, automotiva, petrolífera e química na região da Ásia-Pacífico impulsionam a crescente demanda por ligas de Monel. Os setores aeroespacial, automotivo, refino de petróleo e marítimo da Indonésia, Coréia do Sul, Índia e China estão impulsionando a demanda, seguidos pela Europa e América do Norte. No entanto, em um futuro próximo, a demanda pode ser afetada devido a uma recessão global iminente nos setores de aviação e petróleo e gás devido à pandemia do COVID-19. Nesse ambiente econômico, a demanda pode mudar porque o Monel 400 custa quatro vezes mais que o níquel puro e seis a oito vezes mais que o aço inoxidável 304, em média.

Conclusão

Monel 400 contém pelo menos 62% do caro níquel metálico e suas características o tornam uma liga única que não pode ser substituída por nenhum material mais barato. É a primeira escolha de projetistas nas indústrias aeroespacial, marítima e de petróleo e gás para um material forte e resistente à corrosão que funciona bem em altas temperaturas em ambientes altamente corrosivos.