Pie kādas īpašas pH (11) un temperatūras (150 grādi) kombinācijas titāna sildītājs kļūst jutīgs pret kodīgas spriedzes korozijas plaisāšanu?

Procesu inženierim, kurš izmanto titāna iegremdējamo sildītāju augstas temperatūras sārmainā šķīdumā, piemēram, kaustiskās sodas koncentrācijā, celulozes un papīra bioreaktorā vai alumīnija oksīda rafinēšanā, pH 11 un temperatūras 150 grādu kombinācija nodrošina īpašu nosacījumu kaustiskā stresa korozijas plaisāšanai (SCC). Parasti 2. klases titāns ir izturīgs pret kodīgiem šķīdumiem līdz pH 12 temperatūrā, kas zemāka par 120 grādiem. TiO2 pasīvā plēve, kas aizsargā virsmu, šķīst koncentrētos hidroksīda šķīdumos pie pH 11 un 150 grādiem, veidojot šķīstošus titanātus (Ti(OH)6 2- vai HTiO3 -). Plaisas sākas metāla -oksīda saskarē un izplatās transgranulāri pieliktā vai atlikušā stiepes sprieguma ietekmē (virs 50% no tecēšanas robežas). Kaustiskajam SCC taustiņu kombinācija ir pH > 10,5 un temperatūra ir lielāka par vai vienāda ar 130 grādiem ar sliktāko plaisāšanu pie pH 11–12 un 150–200 grādi. Kaustiskā SCC reti sastopama zem 130 grādiem. Titāns paliek pasīvs jebkurā temperatūrā zem pH 10.

Titāna kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšanas mehānisms.
Ti pasīvās plēves ķīmiskā izšķīšana koncentrētos kaustiskajos šķīdumos augstā temperatūrā: TiO 2 + 2OH - → TiO 3 2- + H 2 O (vai TiO 2 + 2OH - → HTiO 3 - + OH - ) Šķīdināšanas ātrums ir eksponenciāli atkarīgs {8} un [OH} koncentrācijas}. Uz tukšas metāla virsmas (piem., plaisas galā, kur ir pārplīsis pasīvais pārklājums) notiek titāna anodiska šķīšana: Ti+4OH−→Ti(OH)4+4e−, kam seko šķīstošu titanātu veidošanās. Plaisāšana notiek, ja vienlaikus tiek izpildīti trīs kritēriji: (1) jutīgs materiāls (2. pakāpes titāns ir jutīgs kaustiskā vidē virs 130 grādiem), (2) noteikta vide (pH ir lielāka vai vienāda ar 10,5, temperatūra ir lielāka par vai vienāda ar 130 grādiem) un (3) atbilstošs stiepes spriegums, kas pārsniedz 1 MP (a0-15 MP 0). Lūzuma izplatīšanās ātrums aktīvajā reģionā parasti ir 0,1-1,0 mm/stundā. Tādējādi neveiksme notiek ātri.

Kaustiskā SCC jutības noteikšana ar pH un temperatūru
Temperatūra (oC)|pH|Titāna 2. pakāpes SCC jutība|Laiks līdz neveiksmei pie 150 MPa sprieguma (stundas)|Plaisu morfoloģijas novēršanas plāns
11 120 Nav > 10 000 Nav plaisu Stabila pasīvā plēve 130 11 Zema 5000-10 000 Reizēm sekla plaisāšana Noņemt stresu vai temperatūru 140 11 Vidēji 1000-5000 Plaisas transgranulāriIzmantojiet 7. vai 0 1}. Plaša transgranulāra plaisāšanaNav ieteicama pakāpei 2 160 11 Smags 10-100 2. pakāpe nav piemērots 150 10 Zems > 10 000 Nav plaisāšanas (pH pārāk zems) Pieņemams 150 12 Smaga 10-100 Ātra plaisāšana 2. pakāpe nepiemērota (C0-100 — 2. metinātais reģions)0. Nepieciešama spriedzes samazināšana pēc metināšanas
Titāna sildītāji — kodīgs pakalpojums — uz scenāriju{0}}pamatots ceļvedis
Smagi ekspluatācijas apstākļi pH Temperatūra (C) Pielietotā slodze Titāna piemērotība Ieteicama darbība
Kodīga mazgāšana, atšķaidīta, zema koncentrācija10 80 Zema Teicami standarta 2. klase
Uzglabāšanas tvertne, kodīga 12 40 Zema Teicami (zema temperatūra) 2. klases standarts
Kaustiskā koncentrācija (1. efekts) 11 120 Vidēji Pieņemams 2. pakāpe ar ikgadēju pārbaudi
Kaustiskā koncentrācija (galīgais efekts) 11 140 Mērens margināls jauninājums uz 7. vai 12. klasi
Kaustiskā koncentrācija (galīgais efekts) 11 150 Vidēji Slikti 2. pakāpe nav ieteicama
Celulozes bioreaktors (baltais atsārms) 12 165 Augsts (termiskais spriegums) Nepiemērots niķeļa sakausējums (piemēram, sakausējums 600)
Alumīnija oksīda rafinēšanas rūpnīca (Bayer šķidrums) 13 150 Mērens Nav piemērots Oglekļa tērauds ar starpliku
Sulfīdi (reducējoši) Kodīgs 11 150 Vidējs Ļoti vājš Nav piemērots titānam
Kodīga SCC inženiertehniskie mazināšanas pasākumi
Ja titāna sildītājs ir jāizmanto kodīgajā darbā ar pH > 10,5 un temperatūru > 130 grādiem, trīs mazināšanas pasākumi var samazināt SCC risku. Galvenais mazināšanas līdzeklis ir atlikušā sprieguma samazināšana. Pēc-metināšanas termiskā apstrāde (540 grādi uz 1 stundu) samazina atlikušo spriegumu metinātajās vai izliektajās vietās. Maksimālais ekspluatācijas spriegums jāierobežo līdz 100 MPa (apmēram 36% no ienesīguma). Otrais mazināšanas jauninājums uz titāna 12. pakāpi (Ti-0,3 Mo-0,8 Ni). Molibdēna izmantošana uzlabo pasīvās plēves stabilitāti augstā temperatūrā un nodrošina 12. pakāpi ar labāku kodīgo SCC izturību. 12. pakāpe neuzrāda SCC pie spiedieniem līdz 200 MPa pie pH 11 un 150 grādiem. Trešais mazināšanas veids ir temperatūras pazemināšana par 10-20 grādiem (piem., darbojas uz 130 grādiem, nevis 150 grādiem), kas samazina kodīgo SCC risku 10-100 reizes. Ja procesa ierobežojumi neļauj pazemināt temperatūru, ir nepieciešami 12. klases vai niķeļa sakausējumi.

Secinājums: kritiskās kodīgās SCC kombinācijas pH ir lielāks vai vienāds ar 10,5 un T ir lielāks vai vienāds ar 130 grādiem 2. pakāpes Ti
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 plaisāt 100–1000 stundu diapazonā. Mehānisms ir pasīvās plēves izšķīšana koncentrētā hidroksīdā, kam seko anoda plaisu izplatīšanās. Jauniniet uz 12. klases titānu (Ti-0,3Mo-0,8Ni) vai samaziniet darba temperatūru līdz 130 grādiem, lai kodīga darbība būtu augstāka par 130 grādiem. Pasūtot titāna sildītāju jebkuram augstas temperatūras kodīgam pielietojumam, pH, temperatūras un paredzamo spriegumu piegāde piegādātājam nodrošina pareizu kvalitātes izvēli (2. klase pret 12. kategoriju) un ir nepieciešama termiskā apstrāde, lai novērstu kodīgu SCC bojājumu.