Under hvilken specifik kombination af pH (11) og temperatur (150 grader) bliver en titaniumvarmer modtagelig for kaustisk spændingskorrosion?

For en procesingeniør, der bruger en titanium dykvarmer i en alkalisk opløsning med høj temperatur, såsom kaustisk sodakoncentration, pulp- og papirbeholdere eller aluminiumoxidraffinering, giver kombinationen af ​​pH 11 og temperatur 150 grader en specifik betingelse for kaustisk spændingskorrosion (SCC). Generelt er titanium af klasse 2 resistent over for kaustiske opløsninger op til pH 12 ved temperaturer under 120 grader. Den passive TiO2-film, der beskytter overfladen, er opløselig i koncentrerede hydroxidopløsninger ved pH 11 og 150 grader, hvilket producerer opløselige titanattyper (Ti(OH)6 2- eller HTiO3 -). Revner starter ved metal-oxidkontakten og forplanter sig transgranulært under påvirkning af påført eller resterende trækspænding (over 50 % af flydespændingen). For kaustisk SCC er tastekombinationen pH > 10,5 og temperatur Større end eller lig med 130 grader med den værste revnedannelse ved pH 11-12 og 150-200 grader. Kaustisk SCC er sjældent under 130 grader. Titanium forbliver passivt ved alle temperaturer under pH 10.

Titaniums kaustiske spændingskorrosionsrevnemekanisme.
Den kemiske opløsning af den passive Ti-film i koncentrerede kaustiske opløsninger ved høj temperatur: TiO 2 + 2OH - → TiO 3 2- + H 2 O (eller TiO 2 + 2OH - → HTiO 3 - + OH - ) Opløsningshastigheden er eksponentielt afhængig af temperatur og [OH{8}. Ved en bar metaloverflade (f.eks. ved en revnespids, hvor den passive belægning er sprængt), sker der anodisk opløsning af titan: Ti+4OH−→Ti(OH)4+4e−, efterfulgt af dannelsen af ​​opløselige titanater. Revner opstår, når tre kriterier er opfyldt samtidigt: (1) et sårbart materiale (grad 2 titanium er sårbart i kaustik over 130 grader), (2) et bestemt miljø (pH større end eller lig med 10,5, temperatur større end eller lig med 130 grader), og (3) tilstrækkelig trækspænding (normalt 1 MPa-1001). Brududbredelseshastigheden i det aktive område er sædvanligvis 0,1-1,0 mm/time. Fejl opstår således hurtigt.

Kvantificering af kaustisk SCC-følsomhed med pH og temperatur
Temperatur (oC)|pH|SCC modtagelighed af titan Grad 2|Tid til fejl ved 150 MPa stress (timer) |Plan for forebyggelse af revnemorfologi
11 120 Ingen > 10.000 Ingen revnerStabil passiv film 130 11 Lav 5.000-10.000 lejlighedsvis overfladisk revnedannelseFjern stress eller temperatur 140 11 Moderat 1.000-5.000 revner transgranularBrug 7. eller 10. klasse {01. eller 10. klasse {0} Omfattende transgranulær revnedannelseIkke anbefalet til Grade 2 160 11 Alvorlig 10-100 Grade 2 ikke egnet 150 10 Lav > 10.000Ingen revnedannelse (pH for lav) Acceptabel 150 12 Alvorlig 10-100Hurtig revnedannelse Grad 2 uegnet ved høj-50d} region {{205d} HAZ Eftersvejsningsaflastning nødvendig
Titanium-varmere – kaustisk service – et scenarie-baseret vejledning
Alvorlige driftsforhold pH Temperatur (C) Påført belastning Titanium EgnethedHandling anbefales
Kaustisk vask, fortyndet, lav koncentration10 80 Low Excellent Standard Grade 2
Opbevaringstank, kaustisk 12 40 Lav Fremragende (temp lav) Grade 2 standard
Kaustisk koncentration (1. effekt) 11 120 Moderat acceptabel grad 2 med årlig inspektion
Kaustisk koncentration (ultimativ effekt) 11 140 Moderat marginal opgradering til grad 7 eller 12
Kaustisk koncentration (ultimativ effekt) 11 150 Moderat Dårlig Grad 2 frarådes
Pulp rådnetank (hvidlud) 12 165 Høj (termisk spænding) Uegnet nikkellegering (f.eks. Alloy 600)
Aluminaraffinaderi (Bayer spiritus) 13 150 Moderat Ikke passende Kulstofstål med foring
Sulfider (reducerende) Ætsende 11 150 Moderat Meget dårlig Ikke egnet til titanium
Tekniske afbødninger af kaustisk SCC
Hvis en titaniumvarmer skal bruges i kaustisk drift ved pH > 10,5 og temperatur > 130 grader, kan tre afbødninger mindske risikoen for SCC. Den primære afbødning er at sænke den resterende stress. Efter-svejsevarmebehandling (540 grader i 1 time) reducerer restspændinger i svejsede eller bøjede områder. Den maksimale driftsbelastning bør begrænses til 100 MPa (ca. 36 % af udbyttet). Den anden afbødning opgraderes til titanium Grade 12 (Ti-0,3 Mo-0,8 Ni). Brugen af ​​molybdæn forbedrer stabiliteten af ​​den passive film ved høj temperatur og giver grad 12 en bedre kaustisk SCC modstand. Grad 12 viser ingen SCC ved tryk op til 200 MPa ved pH 11 og 150 grader. Den tredje afbødning er at reducere temperaturen med 10-20 grader (f.eks. ved 130 grader i stedet for 150 grader), hvilket reducerer risikoen for kaustisk SCC med en faktor på 10-100. Hvis procesbegrænsninger udelukker sænkning af temperaturen, er Grade 12 eller nikkellegeringer nødvendige.

Konklusion: Kritisk kaustisk SCC-kombination pH større end eller lig med 10,5 og T større end eller lig med 130 grader for grad 2 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 ville revne i intervallet 100-1.000 timer. Mekanismen er opløsning af den passive film i det koncentrerede hydroxid, efterfulgt af anodisk revneudbredelse. Opgrader til Grade 12 titanium (Ti-0.3Mo-0.8Ni) eller reducer driftstemperaturen til under 130 grader for kaustisk service over 130 grader. Når du bestiller en titaniumvarmer til enhver kaustisk anvendelse ved høj temperatur, giver levering af pH, temperatur og forudsagte spændinger til leverandøren mulighed for korrekt valg af kvalitet (grad 2 versus grad 12) og varmebehandlingsbehov for at forhindre kaustisk SCC-fejl.