Hvordan påvirker restspændingsniveauet (udglødet vs. -svejset) i varmerør af titanium grad 5 spændingskorrosion i metanolisk HCl-service?

Methanolisk HCl (hydrogenchlorid i methanol) bruges til syntese af lægemidler og specialkemikalier til reaktioner, der kræver vandfrie sure forhold. Varmerør i denne service lavet af titanium grade 5 (Ti-6Al-4V) er modtagelige for spændingskorrosionsrevner (SCC), især når der er restspændinger fra svejsning eller formning. Methanolisk HCl-krakning er transgranulær og sker hurtigt selv ved stuetemperatur, mens vandigt chlorid SCC er intergranulært. Udglødning for at lindre resterende spænding øger SCC-modstanden betydeligt. Der foretages kvantificering af effekten af ​​restspændingsniveau på tid til SCC initiering, og der stilles krav til Grad 5 i methanolisk HCl-service.

SCC-mekanisme i methanolisk HCl
Titanium er sårbart over for en film-brudmekanisme af SCC i methanoliske opløsninger, der indeholder chloridioner. Methanols dielektriske konstant er lav, og dets opløsningsevne er utilstrækkelig, med det resultat, at chloridioner er dårligt beskyttet. De angriber kraftigt den passive film på steder med trækspænding. Når først påbegyndte revner forplanter sig hurtigt og under vandfri omstændigheder, forhindres repassivering. Vandindhold over 1-2% undertrykker SCC. Der kræves vandfri forhold til flere aktiviteter.

Grad 5 har en to--mikrostruktur (alfa + beta), som fører til galvaniske variationer mellem faser. Resterende trækspænding fører til åbning af brud langs alfa-beta-grænseflader eller gennem alfa-korn. For grad 5 er stresstærsklen for SCC i 0,1 % HCl i methanol omkring 150-200 MPa.

Restbelastningsniveauer i klasse 5-dele
Restspændinger er store i som-svejsede Grade 5-rør:

GTAW (gas wolfram buesvejsning) svejsezone: 200-400 MPa trækspænding (typisk over flydespænding lokalt)

Varmepåvirket zone (HAZ): 150-300 Mpa

Rørbøjning (koldbøjet, spændingsaflastet): 100-250 MPa

Træk slange (ingen afspænding): 100 til 200 MPa, langsgående

Udglødning 700-750 grader. C i 1-2 timer i vakuum eller argon resulterer i restspændinger på mindre end 50 MPa gennem hele komponenten. Til reference er flydestyrken for Grade 5 830-900 MPa (udglødet) eller 900-950 MPa (ældet), og derfor er 50 MPa kun 5-6% af udbyttet.

SCC initieringstider (methanolisk HCl)
Test af Grad 5 U-bøjningsprøver (ASTM G30) i 1 % HCl i vandfri methanol ved 25 grader:

Som svejset (restspænding 250-350 MPa ved svejsetå): Revner starter inden for 2-10 timer. Prøver brækkede efter 24 til 72 timer. Den mest sårbare region er svejsezonen.

Som-bøjet (koldformet, ingen spændingsaflastning, restspænding 150-250 MPa): Revner udvikles efter 10 til 50 timer. Brud mellem 100 og 500 timer.

Udglødet (restspænding<50 MPa): No cracks seen after 1,000 hours in U-bend testing (residual stress removed, bending stress persists). Applied stress (internal pressure, thermal expansion) may still generate SCC during actual service , however the onset time is extended to 500-1,000+ hours

Udglødet + trykoverfladebehandling (skuglepudset): De trykresterende spændinger (negative) er i stand til fuldt ud at forhindre bruddannelsen . 2.000 timer, ingen revner.

Effekt af udglødning på andre egenskaber [12]
Udglødning reducerer styrken af ​​Grad 5: flydespænding 900-950 MPa (ældet) til 830-900 MPa (udglødet). Denne reduktion er ofte acceptabel for varmerørsapplikationer, da driftsspændingerne er moderate (generelt internt tryk<20 bar, which corresponds to hoop stress <50 MPa). The benefit of annealing (removal of SCC risk) far overweighs the small loss in strength.

Applikationsmatrix af grad 5 i methanolisk HCl
Komponenttilstand Residual Stress Level (MPa) SCC-initieringstid (0,1 % HCl/MeOH, 25 grader) Egnet til service
Som-svejset, ingen stressaflastning 250-400 2-10 timer. Ingen
Som-bøjet (kold) ingen afspænding 10-50 timer 150-250 Nej
Som-trukne slanger 100-200 50-200 timerNr (marginal for meget korte batches)
Udglødet (700-750 grader, 1-2 timer)<50 500-1,000+ hrsYes (monitoring)
Udglødet + sprøjteblært Komprimerende > 2.000 timerJa (anbefales til vigtig service)
Opløsningsbehandlet (høj styrke) ældet Varierer (afhængigt af bratkøling) Dårlig (høj restbelastning) Anbefales ikke
Praktiske forslag til varmelegemekonstruktion
For titanium Grade 5 varmerør i methanolisk HCl-service:

Alle svejsede samlinger skal eftersvejses. Udglødningstemperatur 700-750 grader, holdetid 1-2 timer/25 mm tykkelse, argonatmosfære for at undgå oxidation.

Brug rør uden langsvejsning (sømløs). Koldtrukne sømløse rør skal stadig udglødes.

Må ikke koldbøjes. Brug tilstandsudglødet slange før bøjning eller varmbøjning (600-700 grader).

Tilføj vand til proceduren, hvis det er kemisk muligt. -0.5-1.0% vandindhold øger SCC-resistensen 10-100 gange.

Efterse årligt med farvestofpenetrant eller hvirvelstrøm ved svejsninger og bøjninger.

The residual stress level is the primary governing element of SCC resistance in Grade 5 titanium heating tubes for methanolic HCl application. As-welded components with residual stresses >200 MPa crack på timer til dage. Udglødning reducerer restspænding til < 50 MPa, hvilket øger starttiden til 500-1,000+ timer, hvilket muliggør praktisk service med regelmæssig inspektion. Til vigtige applikationer, der kræver uendelig levetid, bør røroverfladen kuglebles eller laserchokbleses for at indføre kompressionsrestspænding. • Grad 5: Varmere til metanolisk HCl: "udglødet og spændingsaflastet, resterende spænding<50 MPa per ASTM E837" "seamless tubing, hot bent." Do not accept as-welded or cold-bent components, regardless of wall thickness, because SCC will lead to quick failure irrespective of the corrosion allowance. If SCC risk is not tolerable, consider substitution by Grade 7 or Grade 12 which has better resistance to methanolic SCC or add water to the process to suppress cracking.