När ett elektriskt värmeelement av titan används för att värma en blandad syra förbrukad saltsyra (saltsyra 8% + fluorvätesyra 2%) vid 85 grader, varför krävs titan av grad 12 oavsett väggtjocklek?

Grundläggande avvägning-i valet av titankvalitet för blandad syrabetning
Förbrukad inläggningsvätska från tillverkning av rostfritt stål består av 8 % saltsyra (HCl) och 2 % fluorvätesyra (HF) vid 85 grader. I denna blandning angriper HF den passiva TiO 2-beläggningen och bildar lösliga titanfluorider, medan aggressiva kloridjoner tillhandahålls av HCl, så klass 2 titan (kommersiellt rent) korroderar snabbt . 3-8 mm/år korrosionshastighet för grad 2 i 8 % HCl + 2% HF i 5-0 mm vägg. månader. Molybden och nickel i grad 12 titan (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) stabiliserar den passiva filmen i reducerande och komplexbildande sura förhållanden. Korrosionshastigheten för Grad 12 i samma lösning är 0,05-0,15 mm per år, vilket är 50-100 gånger lägre än för Grad 2. Den här forskningen illustrerar frånvaron av någon genomförbar väggtjocklek av Grad 2 med acceptabel livslängd och behovet av Grad 12 oavsett väggtjocklek.

HF Attack Mechanism: Inverkan på mekanisk integritet
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Denna reaktion är inte en diffusions-begränsad utan en kemisk reaktion, och korrosionshastigheten beror inte på den passiva filmen utan bara på den exponerade metallytan. ASTM G31 nedsänkningstester visar att grad 2 titan har en korrosionshastighet i 8 % HCl + 2 % HF vid 85 grader på 5 mm per år (typiskt). Linjär kinetik gäller. d=k * t. För en livslängd på 5 år skulle den erforderliga väggtjockleken vara 25 mm-vilket inte är möjligt för produktion av värmerör.

Grad 12 titan har 0,3 % molybden och 0,8 % nickel. Molybden ökar motståndet hos den passiva filmen för att reducera syror genom att producera molybdenoxider (MoO 2 , MoO 3 ) som inte är känsliga för fluoridkomplexbildning. Nickel förbättrar katodisk väterekombination, vilket minimerar väteabsorptionen och undviker hydridförsprödning. För samma blandade syra är korrosionshastigheten för Grad 12 0,10 mm per år. För en livslängd på 5 år är en väggtjocklek på 1,0 mm (0,5 mm korrosionstillägg + 0.5 mm strukturell) nödvändig och är fullt möjlig att uppnå.

Effekt på termisk prestanda: Uniform över grader
Värmeledningsförmåga Grad 2 och Grad 12 har liknande värmeledningsförmåga (Grad 2: 17 W/m·K; Grade 12: 14,5 W/m·K vid 85 grader). De lägre 15 % konduktiviteten hos Grad 12 ökar den ledande temperaturförlusten med cirka 0,3 grader för en 1,5 mm vägg, vilket är försumbart. Det finns därför ingen termisk påföljd vid uppgradering till klass 12.

Trade-off Synthesis: Betyg 12 krävs
Korrosionsgrad (8% HCl + 2% HF, 85 grader) Krävs vägg under 5 års livslängd. Tillverkningsmöjlighet Rekommenderas?
Grad 2 (Ti-CP) 5,0 mm/år 25 mm Ej möjligt Nej
Grad 2 (Ti-CP) med säkerhetsfaktor 3x5,0 mm/år 75 mm Nej Omöjligt
Grad 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 mm/år 10 mm Omöjligt (kan inte böja 10 mm vägg)Nej
Grad 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/år 1,0 – 1,2 mm Ja Ja
12:e klass (tjockare för marginal) 0,10 mm/år 1,5 mm Ja Ja (rekommenderas)
Även den goda Grad 7 (Ti-Pd) korroderar i HF-innehållande kombinationer med en hastighet av 2,0 mm per år, eftersom palladium inte motstår fluoridkomplexbildning. Endast molybden-bärande legeringar (klass 12 eller högre) ger tillräckligt motstånd.

Efter-svetsbehandling och ytkonditionering mer än ett betyg
Ytan måste vara fri från järnföroreningar och värmetoner för att uppnå den nominella korrosionsbeständigheten av Grad 12 i kombinerad HCl-HF-syra. Den oxiderade beläggningen kan avlägsnas och korrosionsbeständigheten återställas genom en eftersvetsad inläggning i 10 % HNO3 + 2 % HF-lösning (samma syrablandning) i 5 till 10 minuter. Grad 12 kräver extra uppmärksamhet åt svetszonerna, den värmepåverkade zonen (HAZ) kan ha något minskat molybdeninnehåll orsakat av segregation. HAZ återvinns till sin fulla korrosionsbeständighet och mikrostrukturen homogeniseras genom eftersvetsglödgning vid 650 grader i 1 timme. Utan glödgning kan HAZ korrodera 2–3 gånger snabbare än basmetallen, vilket ger en 1,5 mm vägg med en effektiv livslängd på 3–4 år istället för 15+.

Slutsats: Obligatorisk väggtjocklek för klass 12
Om du värmer syrablandad inläggningsvätska (8% HCl + 2% HF) vid 85 grader med ett elektriskt värmeelement av titan, måste du använda Grade 12 titan, oavsett vilken väggtjocklek du har. Både Grade 2 och Grade 7 kommer att korrodera med en hastighet av 2 till 8 mm per år, så någon praktisk väggtjocklek (under 5 mm) är inte lämplig för flerårig drift. Grad 12, 0,3 % molybden, 0,8 % nickel korroderar vid 0,05–0,15 mm per år, därför kommer en normal vägg på 1,2–1,5 mm att ha en livslängd på 8–15 år. Den rekommenderade specifikationen är för sömlösa titanrör av grad 12, med en väggtjocklek på 1,5 mm, och eftersvetsbetning och eftersvetsglödgning av alla svetsfogar. Ge tillverkaren de specifika HF- och HCl-koncentrationerna för att kontrollera korrosionshastigheten. När lämplig kvalitet har valts (Grad 12) är väggtjocklek en sekundär variabel. HF-innehållande syror bör aldrig anges som klass 2 oavsett hur tjock väggen ser ut.