Missä pH:n (11) ja lämpötilan (150 astetta) yhdistelmässä titaanilämmitin tulee alttiiksi syövyttävälle jännityskorroosiolle?

Prosessinsinöörille, joka käyttää titaani-upotuslämmitintä korkean lämpötilan emäksisessä liuoksessa, kuten kaustisen soodan konsentraatiossa, massan ja paperin keittimessä tai alumiinioksidin jalostuksessa, pH:n 11 ja lämpötilan 150 asteen yhdistelmä tarjoaa erityisen edellytyksen emäksiselle jännityskorroosiohalkeamiselle (SCC). Yleensä luokan 2 titaani kestää emäksisiä liuoksia aina pH-arvoon 12 asti alle 120 asteen lämpötiloissa. Pintaa suojaava passiivinen TiO2-kalvo liukenee väkeviin hydroksidiliuoksiin pH:ssa 11 ja 150 asteessa, jolloin syntyy liukoisia titanaattilajeja (Ti(OH)6 2- tai HTiO3 -). Halkeamat alkavat metalli-oksidikontaktista ja etenevät rakeiden läpi käytetyn tai jäännösvetolujuuden vaikutuksesta (yli 50 % myötölujuudesta). Syövyttävälle SCC:lle näppäinyhdistelmä on pH > 10,5 ja lämpötila suurempi tai yhtä suuri kuin 130 astetta ja pahin halkeilu pH-arvoilla 11-12 ja 150-200 astetta. Kaustinen SCC on harvoin alle 130 astetta. Titaani pysyy passiivisena kaikissa lämpötiloissa alle pH 10:n.

Titaanin kaustinen jännityskorroosiohalkeilumekanismi.
Ti-passiivikalvon kemiallinen liukeneminen väkevöityihin emäksisiin liuoksiin korkeassa lämpötilassa: TiO 2 + 2OH - → TiO 3 2- + H 2 O (tai TiO 2 + 2OH - → HTiO 3 - + OH - ) Liukenemisnopeus on eksponentiaalisesti riippuvainen lämpötilasta ja [OH:sta}. Paljaalla metallipinnalla (esim. halkeaman kärjessä, jossa passiivinen pinnoite on repeytynyt) tapahtuu titaanin anodista liukenemista: Ti+4OH−→Ti(OH)4+4e−, jota seuraa liukoisten titanaattien muodostuminen. Halkeilu tapahtuu, kun kolme kriteeriä täyttyvät samanaikaisesti: (1) herkkä materiaali (luokan 2 titaani on herkkä emäksissä yli 130 astetta), (2) tietty ympäristö (pH suurempi tai yhtä suuri kuin 10,5, lämpötila suurempi tai yhtä suuri kuin 130 astetta) ja (3) riittävä vetojännitys > 0-15 MP (a 0-15 MPa) Murtuman etenemisnopeus aktiivisella alueella on yleensä 0,1-1,0 mm/tunti. Siten epäonnistuminen tapahtuu nopeasti.

Kaustisen SCC-herkkyyden kvantifiointi pH:n ja lämpötilan avulla
Lämpötila (oC)|pH|Titaanin luokan 2 SCC-herkkyys|Aika epäonnistumiseen 150 MPa jännityksellä (tuntia)|Halkeamien morfologian ehkäisysuunnitelma
11 120 Ei mitään > 10 000 Ei halkeilua Vakaa passiivinen kalvo 130 11 Matala 5 000-10 000 satunnaista matalaa halkeilua Poista jännitys tai lämpötila 140 11 Keskitaso 1 000-5 000 Halkeamat rakeiden läpikäyminen Käytä 7. luokkaa {{0 1 0 2. Laaja transgranulaarinen halkeiluEi suositella luokalle 2 160 11 Vaikea 10-100 Grade 2 ei sovellu 150 10 Matala > 10 000Ei halkeilua (pH liian alhainen) Hyväksyttävä 150 12 Vakava 10-100Nopea halkeilu Grade 2 sopimaton (hitsattu alue 05)05ra. Hitsauksen jälkeinen jännityksenpoisto on tarpeen
Titaanilämmittimet – syövyttävä huolto – skenaario{0}}perustuva opas
Vaikeat käyttöolosuhteet pH Lämpötila (C) Soveltuva rasitus Titaani SoveltuvuusToimenpiteitä suositellaan
Syövyttävä pesu, laimennettu, alhainen pitoisuus10 80 Low Excellent Standard Grade 2
Varastointisäiliö, emäksinen 12 40 Matala Erinomainen (lämpötila alhainen) Grade 2 -standardi
Syövyttävä pitoisuus (1. vaikutus) 11 120 Keskinkertainen Hyväksyttävä luokka 2 vuositarkastuksella
Syövyttävä pitoisuus (lopullinen vaikutus) 11 140 Keskitasoinen marginaalinen päivitys luokkaan 7 tai 12
Syövyttävä pitoisuus (lopullinen vaikutus) 11 150 Keskinkertainen Huono luokka 2 ei suositella
Sellun keitin (valkolipeä) 12 165 Korkea (lämpöjännitys) Sopimaton nikkeliseos (esim. seos 600)
Alumiinioksidin jalostamo (Bayer-lipeä) 13 150 Keskitaso Ei sopiva Hiiliteräs vuorauksella
Sulfidit (pelkistävä) Kaustinen 11 150 Keskitaso Erittäin huono Ei sovellu titaanille
Kaustisen SCC:n tekniset lievennykset
Jos titaanilämmitintä on käytettävä kaustisessa käytössä pH > 10,5 ja lämpötila > 130 astetta, kolme lievennystä voivat vähentää SCC:n vaaraa. Ensisijainen lievennys on jäännösjännityksen vähentäminen. Jälki-hitsauksen lämpökäsittely (540 astetta 1 tunnin ajan) vähentää jäännösjännitystä hitsatuilla tai taivutetuilla alueilla. Suurin käyttöjännitys tulee rajoittaa 100 MPa:iin (noin 36 % saannosta). Toinen lievennyspäivitys titaani Grade 12:een (Ti-0,3 Mo-0,8 Ni). Molybdeenin käyttö parantaa passiivikalvon stabiilisuutta korkeissa lämpötiloissa ja tarjoaa luokan 12 paremman emäksisen SCC-kestävyyden. Luokassa 12 ei esiinny SCC:tä 200 MPa:n paineissa pH:ssa 11 ja 150 asteessa. Kolmas lievennys on alentaa lämpötilaa 10-20 astetta (esim. ajettaessa 130 astetta 150 asteen sijaan), mikä vähentää syövyttävää SCC-riskiä kertoimella 10-100. Jos prosessirajoitukset estävät lämpötilan laskemisen, Grade 12 tai nikkeliseokset ovat välttämättömiä.

Johtopäätös: Kriittinen emäksinen SCC-yhdistelmä pH suurempi tai yhtä suuri kuin 10,5 ja T suurempi tai yhtä suuri kuin 130 astetta Grade 2 Ti: lle
At the combination of pH 11 and temperature 150°C, grade 2 titanium is susceptible to caustic stress corrosion cracking. The essential values are pH > 10.5 and temperature ≥ 130°C. The most severe cracking occurs at pH 11-12 and 150-200°C. Caustic SCC is unusual below 130°C. Titanium is passive at temperatures below pH 10. Under the condition of pH 11 and 150°C, Grade 2 titanium with tensile stress >100 MPa murtuisi välillä 100-1000 tuntia. Mekanismi on passiivisen kalvon liukeneminen väkevöityyn hydroksidiin, mitä seuraa anodisen halkeaman eteneminen. Päivitä Grade 12 titaaniin (Ti-0.3Mo-0.8Ni) tai alenna käyttölämpötila alle 130 asteeseen yli 130 asteen emäksistä huoltoa varten. Kun tilaat titaanilämmittimen korkean lämpötilan emäksisiin sovelluksiin, pH:n, lämpötilan ja ennustettujen jännitysten toimittaminen toimittajalle mahdollistaa oikean laadun valinnan (Grade 2 vs. Grade 12) ja lämpökäsittelytarpeet syövyttävien SCC-vikojen estämiseksi.