När ett värmerör av titan av grad 12 böjs till en 3D-radie och sedan stress-avlastas vid 540 grader, hur ändrar återhämtningen av kvarvarande töjningar i den yttre radien dess groppotential i 5 % NaCl vid 90 grader?

Grad 12 titan (Ti-0,3Mo-0,8Ni) används för värmerör i kloridhaltiga situationer på grund av dess överlägsna gropfrätningsmotstånd. När röret böjs till en snäv radie på 3 gånger rördiametern (3D) uppstår plastisk dragtöjning på 10 – 15 % vid den yttre radien. Detta kalla arbete leder till kvarvarande dragspänning, ökad dislokationstäthet och kan leda till orientering av alfa-faskornen. Groppotentialen är den elektrokemiska potential vid vilken stabila gropar initieras. Groppotentialen minskar med ökat kallt arbete. Avspänningsglödgning i 30 minuter vid 540 grader återvinner en del av spänningen, minskar kvarvarande spänning och tillåter viss omkristallisering. Stress-avlastning av ett böjt rör sänker groppotentialen endast med 50-100 mV jämfört med det oböjda tillståndet, istället för 150-250 mV undertryck för ett böjt rör utan spänningsavlastning.

Mekanism för återhämtning av kvarvarande töjningar och återställande av groppotential

Plastisk deformation genom böjning gör att dislokationer växer och hopar sig vid korngränserna och skapar hög-energifläckar som är idealiska platser för gropinitiering. Dragpåkänning vid den yttre radien destabiliserar det passiva lagret ytterligare. Stress-glödgning vid 540 grader möjliggör dislokationsklättring och annihilation, vilket sänker dislokationstätheten med 60-80 %. Denna procedur minskar också den kvarvarande dragspänningen från 150–250 MPa till 30–60 MPa. Under glödgningen omfördelas molybden och nickel i Grad 12 för att berika ytan och förbättra stabiliteten hos den passiva filmen. Den passiva filmen blir mer enhetlig, antalet aktiva platser för gropinitiering reduceras och groppotentialen återställs.

Kvantitativ gropbildningspotential kontra böjning och stressavlastning

Pittingpotentialer för grad 12 titanrör under kontrollerade tester i 5 % NaCl vid 90 grader har fastställts för olika situationer. För ett oböjt, glödgat rör (baslinje) är groppotentialen +0.45 till +0.60 V mot Ag/AgCl, ingen gropfrätning sett efter 1 000 timmar. För ett rör böjt till en 3D-radie i det -böjda tillståndet och utan spänningsavlastning, minskar groppotentialen till +0.20 till +0.35 V och gropbildningen börjar efter 100–300 timmar, med ett gropdjup på 0,1–0,3 mm efter 500 timmar. För ett rör böjt till en 3D-radie och påkänning-avlastat vid 540 grader i 30 minuter, återgår groppotentialen till +0.35 till +0.50 V, gropbildning inträffar efter 500–1 500 timmar och gropdjupen är 0,05–0,15 mm efter 5,00 mm. För ett böjt rör med radie 5D (mjukare böj) med spänningsavlastning är groppotentialen +0.40 till +0.55 V, mycket nära den oböjda baslinjen. Röret böjdes till en 3D-radie och spänningen lindrades vid 480 grader (inte tillräckligt varmt). Partiell återhämtning observerades med groppotentialen på +0.25 till +0.40 V.

Effekten av böjningsradie och spänningsavlastningstemperaturen- på groppotentialen

Återvinningen av groppotentialen har visat sig vara beroende av både böjningsradien och avspänningstemperaturen. 3D-böjningen som sänkning av böjd groppotential är 150-250 mV under det oböjda värdet. Stressavlastning vid 480 grader återställer 30–50 mV och lämnar en depression på 120–200 mV. Stressavlastning vid 540 grader återställer 100 till 150 mV, vilket lämnar en depression på 50 till 100 mV. Stressavlastning vid 600 grader återställer 150–200 mV men lämnar en depression på 20–50 mV, men processen kan resultera i alfa-fallsproduktion om den inte utförs i en inert atmosfär. I fallet med en 5D-böj är den -böjda fördjupningen endast 50-100 mV, och stressavlastning vid 540 grader återställer helt den oböjda nivån. För en 2D-böj (snävare än 3D) är depressionen som böjd 200-350 mV. Även stressreduktion vid 540 grader, återhämtar bara 80-120 mV och lämnar en enorm depression.

Grad 12 Hot Chloride Service Val av böjradie och spänningsavlastning

Rekommendationer för böjning av värmerör av titanium av klass 12 för användning i 5 % NaCl vid 90 grader visas i följande tabell, som en funktion av böjradie, avspänningsbehandling och önskat gropmotstånd.

Böjradie (R/D) Som-Potential för böjd gropbildning (V vs. Ag/AgCl) Stressavlastningstemperatur ( grad ) Efter-Groppotential för avlastning (V vs. Ag/AgCl) Föreslagen tillämpning
5D +0.30 till +0.45 540 grad +0.45 till +0.60 Service med hög tillförlitlighet
5D +0.30 till +0.45 Ingen +0.30 till +0.45 Moderat tjänst
3D +0.20 till +0.35 540 grad +0.35 till +0.50 Tillräckligt med inspektion 3D +0.20 till +0.35 Inga +0.20 till +0.35 Rekommenderas inte för varm klorid 2D +0.05 till +0.20 540 grad +0.15 till +0.30 Undvik +0.30 +0.20 600 grad (argon) +0.25 till +0.40 Marginal med Grad 7 Stress Relief Treatment Engineering

Groppotentialen och återhämtningen av stressfrigöring är beroende av titankvalitet. Grad 7 har en grundlinjepotential för gropbildningspotential som är 100 – 200 mV högre än grad 12, så även ett 3D-böjt grad 7-rör kan vara lämpligt för många applikationer (+ 0.30 till + 0.45 V). Väggtjockleken påverkar inte groppotentialen men påverkar tiden för gropförökning; 95 % av en 2,0 mm vägg finns kvar med 0,1 mm gropdjup. Miljön är viktig för att lindra stress. Glödgning i luft vid 540 grader ger en tunn oxid, som inte försämrar gropfrätningsmotståndet men glödgning i argon eller vakuum är att föredra. Nedkylningshastigheten efter spänningsavlastning har ingen betydande inverkan på groppotentialen.

Utveckla en informerad specifikation

Ange spännings-avlastningsglödgning vid 540 grader i 30 minuter i en argonmiljö efter böjning, för ett värmerör av titan av klass 12 som kräver en 3D-böjning för service i 5 % NaCl vid 90 grader. Utför cyklisk polarisationstestning på ett prov av det böjda och avspänningsavlastade röret för att bekräfta groppotentialen; groppotentialen bör vara inom 100 mV från det oböjda baslinjevärdet på +0.45 till +0.60V. För böjar snävare än 3D, använd Grade 7 titanium eller öka böjradien till 5D. Om avspänningsavlastning inte kan uppnås, acceptera en minskad livslängd och undersök det böjda området med jämna mellanrum för gropfrätning. Värmarens öppna-potential bör övervakas under drift, med en potential under +0.20 V kontra Ag/AgCl vilket ökar risken för gropbildning. Ingenjörsspänningen -avlastar vid 540 grader efter böjning för att få tillbaka groppotentialen hos Grade 12 titanium till inom 50–100 mV från det oböjda tillståndet, så titanet kan fungera tillförlitligt i varm kloriddrift.