Ako koreluje distribúcia veľkosti častíc intermetalického Ti₂Fe v titánovej vyhrievacej trubici 2. stupňa s hustotou jamiek v horúcom roztoku síranu hlinitého pri 80 stupňoch?

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 častíc/mm²). Menšie častice < 2 µm a nižšia hustota < 200 častíc / mm2 vykazujú oveľa nižšiu náchylnosť na tvorbu jamiek, takže životnosť ohrievača je predvídateľná.

Mechanizmus Ti2Fe-indukovanej jamkovej korózie v sírane hlinitom

Hustota galvanického prúdu k častici Ti2Fe na okraji častice je 10-100 μA/cm2, čo je dostatočné na rozpustenie susednej titánovej matrice. Horúci síran hlinitý pri 80 stupňoch poskytuje okrajovo stabilný pasívny film. Akonáhle je jama iniciovaná, vysoká koncentrácia síranu a vysoká teplota napomáhajú expanzii jamy. Hustota jamiek má mocninný vzťah s hustotou častíc: hustota jamiek ≈ 0,1 (hustota častíc)0,7. Preto je dôležité riadiť distribúciu častíc Ti$_2$Fe výberom správneho materiálu a tepelného spracovania tak, aby bolo možné predvídať a minimalizovať tvorbu jamiek pri prevádzke síranu hlinitého. väčšie častice majú za následok väčšie galvanické páry a urýchľujú štart jamy.

Kvantitatívna korelácia jamkovej hustoty a častíc

Kontrolné metalografické skúmanie a korózne testovanie 10 % Al2(S04)3 pri 80 stupňoch počas 500 hodín odhalilo nasledujúce korelácie pre titánové rúry 2. stupňa. Vzorky s hustotou častíc Ti2Fe<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.

Vplyv obsahu železa a tepelného spracovania na distribúciu častíc

Distribúcia častíc Ti2Fe je riadená koncentráciou železa a históriou tepelného spracovania. Titán 1. stupňa, žíhaný v roztoku (700 stupňov, ochladzovanie vodou), s 0,05 – 0,08 % hmotn. železa, má hustotu častíc menšiu ako 50 častíc/mm2 a veľkosť častíc menšiu ako 1 µm. Stupeň 2 s 0,12 % hmotn. železa v mlynárskom{12}}žíhanom stave (700 stupňov, chladenie vzduchom) vykazuje hustotu 80–150 častíc na mm2 a veľkosť 1–2 µm. Typický stupeň 2 s 0,20 % hmotn. železa v mlyne žíhanom stave má hustotu 200-400 častíc/mm2 a veľkosť 2-4 mm. Vysoký obsah železa Grade 2 (0,25 % hmotn.) v stave po natiahnutí dosahuje hustotu 400–700 častíc/mm2 a veľkosť 3–6 μm. Beta žíhanie (pomalé ochladzovanie nad 900 stupňov) napriek zníženej hustote vytvára významné miesta s jamkami hrubých častíc 5-10 µm.

Služba síranu hlinitého Vhodná distribúcia častíc

Nasledujúca tabuľka zobrazuje maximálne prípustné parametre častíc Ti2Fe pre titánové rúry 2. stupňa v 10% sírane hlinitom pri 80 stupňoch pre požadovanú životnosť a maximálnu prijateľnú hĺbku jamy.

Požadovaná životnosť (roky) Maximálna hĺbka jamky (mm) Maximálna hustota častíc Ti2Fe (častice/mm2) Maximálna priemerná veľkosť častíc (µm)Odporúčanie tepelného spracovania
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Žíhané v mlyne (700 °C, chladené vzduchom)
3 0.30 250–400 3–4 Mill žíhané + morené 2 0.50 400–600 4–5 Ako-nakreslený (neodporúča sa)<1 >0.50 >600 >5 Nie je vhodné pre inžinierstvo 2. stupňa nad rámec kontroly distribúcie častíc

Kvalita titánu môže byť zvolená tak, aby úplne eliminovala častice Ti2Fe. Stav rozpúšťacieho-žíhania s obsahom železa menším ako 0,08 % hmotn. pre stupeň 1 vykazuje najnižšiu hustotu bodkovania. Stupeň 7 (paládiom{7}}stabilizovaný) je porovnateľný so stupňom 2, pokiaľ ide o obsah železa, ale galvanické správanie sa zmenilo, čím sa pri rovnakej disperzii častíc znížila hustota bodovej korózie o 50–70 %. V triede 12 sú prítomné molybdén a nikel, ktoré vytvárajú odlišné intermetalické zlúčeniny, ktoré sú menej katodické ako Ti2Fe. Hrúbka steny umožňuje toleranciu penetrácie jamiek. 2.0 mm hrúbky s miernou jamkovou jamkou (80 jamiek/cm^2, hĺbka 100 µm) môže vydržať 5–8 rokov, hrúbka 1,2 mm zlyhá skôr. Povrchová úprava ovplyvňuje iniciáciu jamy. Elektroleštenie odstraňuje povrchovú vrstvu obohatenú o častice Ti2Fe, čím sa znižuje efektívna hustota častíc.

Informovaná špecifikácia

Pre titánový ohrievač 2. ​​stupňa v horúcom roztoku síranu hlinitého pri 80 stupňoch špecifikujte maximálnu koncentráciu železa 0,15 % hmotn. a stav roztokového- žíhania (700 stupňov ± 10 stupňov, ochladzovanie vodou). Metalografická kontrola typickej vzorky pri 500-násobnom zväčšení. Certifikácia, že hustota častíc Ti2Fe je menšia ako 250 častíc na štvorcový milimeter a že žiadne častice nie sú väčšie ako 5 mikrónov v priemere. Pre základné aplikácie, kde nie je povolená bodová korózia, použite titán triedy 1 alebo titán triedy 7. Prichádzajúca kontrola. Rýchly pitting test. Vzorkový kupón ponorte do 10 % Al2(SO4)3 pri 80 stupňoch na 168 hodín a skúmajte pri 50-násobnom zväčšení. Odmietnite dávku, ak hustota jamiek presahuje 50 jamiek na štvorcový centimeter. Technik riadi distribúciu veľkosti častíc Ti2Fe ako kvalitatívny parameter na zníženie hustoty jamiek a na zabezpečenie predpokladanej životnosti ohrievača pri použití horúceho síranu hlinitého.