Hogyan befolyásolja az 5-ös fokozatú titán fűtőcsövek maradék feszültségszintje (hegesztett vagy lágyított) a feszültségkorróziós repedéseket metanolos HCl-szolgáltatásban?

A metanolos HCl-t (hidrogén-klorid metanolban) gyógyszerek és speciális vegyszerek szintézisében használják olyan reakciókhoz, amelyek vízmentes savas körülményeket igényelnek. Ebben a szolgáltatásban az 5-ös titánból (Ti-6Al-4V) készült fűtőcsövek hajlamosak a feszültségkorróziós repedésekre (SCC), különösen akkor, ha hegesztésből vagy alakításból származó maradék feszültségek vannak jelen. A metanolos HCl-repedés transzgranuláris, és még szobahőmérsékleten is gyorsan megtörténik, míg a vizes kloridos SCC szemcsék közötti. A maradék feszültség enyhítésére végzett izzítás jelentősen növeli az SCC ellenállást. Számszerűsítik a maradék stresszszint hatását az SCC kezdetéig eltelt időre, és a követelményeket a metanolos HCl szolgáltatás 5. fokozatára vonatkozóan határozzák meg.

SCC-mechanizmus metanolos HCl-ben
A titán érzékeny a kloridionokat tartalmazó metanolos oldatokban lévő SCC film{0}}szakadási mechanizmusára. A metanol dielektromos állandója alacsony, szolvatációs képessége nem megfelelő, ennek következtében a kloridionok gyengén védettek. Erőteljesen megtámadják a passzív filmet a húzófeszültség helyén. A megindult repedések gyorsan és vízmentes körülmények között továbbterjednek, az újrapassziváció megakadályozható. 1-2% feletti víztartalom elnyomja az SCC-t. Számos tevékenységhez vízmentes körülmények szükségesek.

Az 5. fokozat két-fázisú mikrostruktúrával rendelkezik (alfa + béta), amely a fázisok közötti galvanikus eltérésekhez vezet. A maradék húzófeszültség az alfa-béta határfelületek mentén vagy az alfa-szemcséken keresztül törések megnyílásához vezet. Az 5. fokozat esetében az SCC feszültségi küszöbértéke 0,1%-os metanolos HCl-ben körülbelül 150-200 MPa.

Maradék stressz szintek az 5. osztályos részekben
A visszamaradó feszültségek nagyok az{0}}5. fokozatú hegesztett csövek esetében:

GTAW (gázas volfrámíves hegesztés) hegesztési zóna: 200-400 MPa húzómaradék feszültség (jellemzően a folyáshatár felett helyileg)

Hőhatás zóna (HAZ): 150-300 Mpa

Csőhajlítás (hideg hajlítás, feszültségmentesítés): 100-250 MPa

Húzott csövek (nincs feszültségmentesítés): 100-200 MPa, hosszanti

Izzítás 700-750 fok. C-on 1-2 órán át vákuumban vagy argonban 50 MPa alatti maradó feszültséget eredményez a teljes komponensben. Referenciaként az 5-ös fokozat folyáshatára 830-900 MPa (hevített) vagy 900-950 MPa (öregített), tehát az 50 MPa csupán a hozam 5-6%-a.

SCC iniciációs idők (metanolos HCl)
5. fokozatú U-hajlítási minták (ASTM G30) vizsgálata 1%-os HCl-ben vízmentes metanolban 25 fokon:

Hegesztett állapotban (maradék feszültség 250-350 MPa hegesztési lábnál): 2-10 órán belül repedések keletkeznek. A minták 24-72 óra elteltével eltörtek. A legsérülékenyebb terület a hegesztési zóna.

Hajlításkor (hidegen formált, nincs feszültségcsökkentés, maradék feszültség 150-250 MPa): 10-50 óra elteltével repedések keletkeznek. Szakadás 100 és 500 óra között.

Lágyított (maradék feszültség<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

Lágyított + nyomófelületkezelés (sörétes) : A nyomómaradék feszültségek (negatívak) képesek teljesen megakadályozni a törésképződést . 2.000 óra, repedésmentes.

A lágyítás hatása más tulajdonságokra [12]
Az izzítás az 5. fokozat szilárdságát csökkenti: 900-950 MPa folyáshatár (öregített) 830-900 MPa-ra (hevített). Ez a csökkentés gyakran elfogadható fűtőcsöves alkalmazásoknál, mivel az üzemi feszültségek mérsékeltek (általában a belső nyomás<20 bar, which corresponds to hoop stress <50 MPa). The benefit of annealing (removal of SCC risk) far overweighs the small loss in strength.

5. fokozatú alkalmazási mátrix metanolos sósavban
Alkatrész Állapot Maradék feszültségszint (MPa) SCC iniciációs idő (0,1% HCl/MeOH, 25 fok) Szervizelésre alkalmas
A-hegesztés, nincs stresszoldás 250-400 2-10 óra. Nem
Ha-hajlított (hideg) nincs stresszoldás 10-50 óra 150-250 Nem
As-húzott cső 100-200 50-200 óraszám (marginális nagyon rövid tételeknél)
Lágyított (700-750 fok, 1-2 óra)<50 500-1,000+ hrsYes (monitoring)
Lágyított + sörétes hígítás, tömörítés > 2000 óraIgen (fontos szervizhez ajánlott)
Oldattal kezelt (nagy szilárdságú) érlelt Változó (a kioltástól függően) Rossz (nagy maradék feszültség) Nem ajánlott
Gyakorlati javaslatok a fűtőtest építéséhez
Titán Grade 5 fűtőcsövek metanolos HCl szolgáltatásban:

Minden hegesztett szerelvényt utóhegesztéssel kell izzítani. Izzítási hőmérséklet 700-750 fok, tartási idő 1-2 óra/25 mm vastagság, argon atmoszféra az oxidáció elkerülése érdekében.

Használjon hosszirányú hegesztés nélküli csövet (varrat nélküli). A hidegen húzott varrat nélküli csövet még lágyítani kell.

Ne hidegen hajlítsa meg. Hajlítás vagy meleghajlítás (600-700 fok) előtt használjon állapotosan lágyított csövet.

Adjon hozzá vizet az eljáráshoz, ha kémiailag lehetséges, . -0.5-1.0%-os víztartalom 10-100-szorosára növeli az SCC ellenállást.

Évente vizsgálja meg festékbehatoló anyaggal vagy örvényárammal a hegesztéseknél és íveknél.

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 repedés órák-napok alatt. Az izzítás 50 MPa alá csökkenti a maradék feszültséget, ami 500-1,000+ órára növeli a kezdési időt, lehetővé téve a gyakorlati szervizelést rendszeres ellenőrzés mellett. Fontos alkalmazásoknál, amelyek végtelen élettartamot igényelnek, a cső felületét le kell simítani vagy lézeres ütést kell simítani, hogy nyomó maradó feszültséget hozzon létre. • 5. fokozat: Melegítők metanolos HCl-hez: "lágyított és stresszmentesített, maradék stressz<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.