Hur korrelerar den intermetalliska Ti₂Fe-partikelstorleksfördelningen i ett titanuppvärmningsrör av grad 2 med densiteten av gropar i het aluminiumsulfatlösning vid 80 grader?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 partiklar/mm²). De mindre partiklarna < 2 µm och lägre densitet < 200 partiklar / mm2 uppvisar mycket lägre gropfrätningskänslighet så att värmarens livslängd är förutsebar.

Mekanism av Ti2Fe-inducerad gropbildning i aluminiumsulfat

Den galvaniska strömtätheten till Ti2Fe-partikeln vid kanten av en partikel är 10-100 μA/cm2, vilket är tillräckligt för att lösa upp den intilliggande titanmatrisen. Varmt aluminiumsulfat vid 80 grader ger en marginellt stabil passiv film. När en grop väl har initierats hjälper den höga koncentrationen av sulfat och höga temperaturer till att gropen expanderar. Gropdensitet har ett kraftlagssamband med partikeldensitet: gropdensitet ≈ 0,1 (partikeldensitet)0,7. Det är därför viktigt att hantera distributionen av Ti$_2$Fe-partiklar genom att välja rätt material och värmebehandling så att gropfrätning kan förutsägas och minimeras vid användning av aluminiumsulfat. större partiklar resulterar i större galvaniska par och påskyndar start i depån.

Kvantitativ korrelation mellan groptäthet och partiklar

Kontrollmetallografisk undersökning och korrosionstestning av 10 % Al 2(SO 4 ) 3 vid 80 grader under 500 timmar har avslöjat följande korrelationer för grad 2 titanrör. Prover med Ti 2 Fe partikeldensitet<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Effekt av järninnehåll och värmebehandling på partikelfördelning

Fördelningen av Ti2Fe-partiklar styrs av järnkoncentrationen och den termiska bearbetningshistoriken. Grad 1 titan, lösningsglödgat (700 grader, vattenkylning), med 0,05–0,08 viktprocent järn, har en partikeldensitet på mindre än 50 partiklar/mm2 och en partikelstorlek på mindre än 1 µm. Klass 2 med 0,12 viktprocent järn i brukets-glödgade tillstånd (700 grader, luftkylt) uppvisar en densitet på 80–150 partiklar per mm2 och en storlek på 1–2 µm. Typisk klass 2 med 0,20 viktprocent järn i brukets-glödgade tillstånd har en densitet på 200-400 partiklar/mm2 och en storlek på 2-4 mm. Högjärnsgrad 2 (0,25 vikt%) i draget tillstånd når densiteten 400–700 partiklar/mm2 och storleken 3–6 μm. Beta-glödgning (långsam kylning från över 900 grader) trots minskad densitet skapar betydande gropbildningsställen av grova partiklar 5-10 µm.

Aluminiumsulfatservice Lämplig partikeldistribution

Följande tabell visar de maximalt tillåtna partikelparametrarna för Ti2Fe för titanrör av grad 2 i 10 % aluminiumsulfat vid 80 grader för önskad livslängd och maximalt acceptabelt gropdjup.

Önskad livslängd (år) Max gropdjup (mm) Max Ti2Fe partikeldensitet (partiklar/mm2) Max genomsnittlig partikelstorlek (µm) Värmebehandlingsrekommendation
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Mill glödgat (700 grader C, luftkyld)
3 0.30 250–400 3–4 Mill glödgade + betade 2 0.50 400–600 4–5 Som-ritad (rekommenderas inte)<1 >0.50 >600 >5 Ej lämpligt för Grad 2 Engineering Beyond Particle Distribution Control

Titankvaliteten kan väljas för att helt eliminera Ti2Fe-partiklar. Lösningens-glödgade tillstånd med järninnehåll mindre än 0,08 viktprocent för grad 1 uppvisar den lägsta gropfrätheten. Grad 7 (palladium-stabiliserad) är jämförbar med grad 2 i järninnehåll, men det galvaniska beteendet ändras, vilket minskar groptätheten med 50–70 % för samma partikeldispersion. I klass 12 finns molybden och nickel som producerar distinkta intermetalliska material som är mindre katodiska än Ti 2 Fe. Väggtjockleken tillåter en groppenetrationstolerans. 2.0 mm tjocklek med måttlig gropbildning (80 gropar/cm^2, 100 µm djup) kan hålla i 5–8 år, en tjocklek på 1,2 mm misslyckas tidigare. Ytfinish påverkar gropinitiering. Elektropolering tar bort ett ytskikt berikat med Ti2Fe-partiklar, vilket minskar den effektiva partikeldensiteten.

En informerad specifikation

För en titanvärmare av grad 2 i varm aluminiumsulfatlösning vid 80 grader, specificera maximal järnkoncentration på 0,15 viktprocent och lösningens -glödgade tillstånd (700 grader ± 10 grader, vattensläckning). Metallografisk inspektion av ett typiskt prov vid 500× förstoring. Intyg om att Ti₂Fe-partikeldensiteten är mindre än 250 partiklar per kvadratmillimeter och att inga partiklar är större än 5 mikrometer i diameter. För viktiga applikationer där gropfrätning inte kan tillåtas, använd Grade 1 titanium eller Grade 7 titanium. Inkommande besiktning. Snabbt gropprov. Doppa en provkupong i 10 % Al2(SO4)3 vid 80 grader i 168 timmar och undersök under 50x förstoring. Avvisa parti om gropdensiteten överstiger 50 gropar per kvadratcentimeter. Ingenjören kontrollerar partikelstorleksfördelningen av Ti 2 Fe som en kvalitetsparameter för att minska groptätheten och för att säkerställa förutspådd livslängd för värmaren vid användning av hett aluminiumsulfat.