**7 klasės titano panardinamuosiuose šildytuvuose, naudojamuose 85 laipsnių temperatūrai palaikyti 25 % magnio chlorido + 5 % kalcio chlorido kalio sūryme, kaip vamzdžio liekamasis įtempių lygis (-suvirinimo ir įtempių,-atskyrimo 550 laipsnių kampu-atsiliepimas 2 valandas) koreliuoja su chloridinio įtempimo -}} karščio{10}}paveikta zona?**
7 laipsnio titano (Ti-0,15 % Pd) panardinamieji šildytuvai plačiai naudojami apdorojant kalį, kai sūryme yra 25 % magnio chlorido (MgCl₂) ir 5 % kalcio chlorido (CaCl₂) esant 85 laipsnių temperatūrai. Labai koncentruotas chlorido tirpalas yra vidutiniškai ėsdinantis, tačiau 7 klasės titanas normaliomis sąlygomis išlaiko stabilią pasyvią plėvelę dėl pridėto paladžio. Tačiau suvirintose šildytuvo vamzdžių jungtyse atsiranda specifinis gedimo mechanizmas. Suvirinimo{13}}šilumos paveiktoje zonoje (HAZ) yra liekamųjų tempimo įtempių dėl terminio susitraukimo ir fazių transformacijų. Karštuose chlorido tirpaluose šie liekamieji įtempiai susijungia su chloro jonais, kad susidarytų įtempių korozijos įtrūkimai (SCC). Įtrūkimų dažnis tiesiogiai koreliuoja su HAZ liekamojo tempimo įtempio dydžiu. Kadangi-suvirinti vamzdžiai išlaiko didelius liekamuosius įtempius (150–250 MPa) ir įtrūksta per 1000–2000 valandų. Vamzdžių įtempiai-atleidžiami 550 laipsnių kampu 2 valandas, liekamieji įtempiai sumažinami iki 30–60 MPa, todėl po 8000 valandų jie nesutrūkinėja{27}. Suprasdami šią koreliaciją, inžinieriai gali nurodyti tinkamą terminį apdorojimą po suvirinimo, kad būtų užtikrintas patikimas chlorido sūrymų aptarnavimas, net ir esant padidintam 7 klasės titano atsparumui.
**Chlorido{0}}sukelto SCC mechanizmas titane HAZ**
Chloro -sukeltas SCC titane atsiranda per plėvelės{1}}plyšimo mechanizmą. Pasyvioji TiO₂ plėvelė lokaliai sulaužoma ties HAZ, kur liekamasis tempimo įtempis yra didžiausias. Atvirame metalo paviršiuje chlorido jonai adsorbuojasi ir skatina anodinį tirpimą išilgai grūdelių ribų. Įtempių koncentracija plyšio viršūnėje pagreitina tirpimą, o repasyvacijai trukdo didelė chlorido koncentracija. Suvirinto titano HAZ turi transformuotą mikrostruktūrą su stambiais alfa grūdeliais ir, priklausomai nuo aušinimo greičio, galimo beta fazės arba martensito. Ši mikrostruktūra yra jautresnė SCC nei pagrindinis metalas, nes ji turi didesnius vidinius įtempius ir daugiau grūdelių ribos. Ribinis SCC inicijavimo įtempis 7 laipsnio titane karštuose MgCl₂ sūrymuose yra maždaug 100–120 MPa – šiek tiek didesnis nei 2 laipsnio (80–100 MPa) dėl paladžio pridėjimo. Žemiau šios slenksčio SCC neatsiranda, nepaisant ekspozicijos laiko. Kadangi-suvirinti vamzdžiai viršija šį slenkstį, o įtempių{17}}vamzdžiai nukrenta žemiau jo.
**Kiekybinė liekamojo streso ir SCC dažnio koreliacija**
Kontroliuojami bandymai naudojant 7 laipsnio titano vamzdelius (12 mm OD, 1,2 mm sienelė) su autogeninėmis TIG siūlėmis (visa prasiskverbimas, be užpildo), panardintos į 25 % MgCl₂, 5 % CaCl₂ 85 laipsnių kampu su kintančiu po -suvirinimo terminio apdorojimo po 50 SCC valandų: pranešama apie šiuos duomenis:
| Po-Suvirinimo apdorojimas|Liekamoji įtampa ties HAZ (MPa)|Laikas iki pirmojo įtrūkimo (valandos)|Įtrūkimų tankis (įtrūkimai vienam suvirinimo siūlės cm)|Didžiausias įtrūkimo gylis po 5000h (mm)|SCC dažnio mažinimas |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kaip-suvirinta (be apdorojimo)|180 – 240|800 – 1 200|4 – 8|0,25 – 0,40|Pradinė padėtis |
| Žemos-temperatūrinės įtampos mažinimas (300 laipsnių , 2 valandos)|130 – 170|1 200 – 1 800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45 % |
| Standartinis streso mažinimas (480 laipsnių, 2 valandos)|70 – 100|3 000 – 4 500|0,5 – 2|0,05 – 0,10|75 – 85 % |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >10,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >12,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Duomenys rodo aiškų slenksčio efektą. Kaip-suvirinti 7 laipsnio vamzdžiai, kurių liekamieji įtempiai viršija 180 MPa, įtrūksta per 800–1200 valandų – žymiai vėliau nei 2 klasės (300–500 valandų) dėl paladžio apsauginio poveikio. Įtempių mažinimas 550 laipsnių kampu 2 valandas sumažina liekamąjį įtempį iki 30–60 MPa, žemiau 100–120 MPa slenksčio, ir pašalina SCC mažiausiai 10 000 valandų.
**Kodėl 550 laipsnių yra optimali streso mažinimo temperatūra 7 klasės titanui**
7 klasės titano įtampai sumažinti reikalinga temperatūra, viršijanti deformuotų sričių rekristalizavimo slenkstį, bet žemesnė už beta transusą (maždaug 880–900 laipsnių). Esant 550 laipsnių, atkūrimo procesas sumažina liekamąjį įtampą, sunaikindamas dislokaciją be perkristalizavimo. Paladžio pridėjimas optimalios įtampos mažinimo temperatūros reikšmingai nekeičia. 2 valandų laikymo laikas užtikrina vienodą streso mažinimą visame HAZ. Žemesnė temperatūra (480 laipsnių) suteikia dalinį įtempių sumažinimą, bet palieka 70–100 MPa liekamuosius įtempius, kurie yra artimi 7 klasės SCC slenksčiui (100–120 MPa). Aukštesnė temperatūra (650 laipsnių) geriau pašalina įtampą, tačiau gali sukelti grūdų augimą ir sumažinti mechaninį stiprumą. 550 laipsnių, 2 valandų trukmės gydymas užtikrina geriausią streso mažinimo pusiausvyrą, nepakenkiant stiprumui ar lankstumui.
**Scenarijus{0}}Pagrįstas atrankos vadovas: kalio sūrymo šildytuvų streso mažinimas**
| Eksploatacijos būklė|Chlorido koncentracija|Temperatūra|Po-privalomas suvirinimo apdorojimas|Numatomas SCC-nemokamas gyvenimas (valandomis)|Inžinerinis pagrindimas |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10 000|Pašalina SCC sumažindamas įtampą žemiau slenksčio |
| Pertraukiamas veikimas (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 3,000 – 4,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Žemesnė temperatūra (70 laipsnių, mažiau agresyvi)|25 % MgCl₂ + 5 % CaCl₂|70 laipsnių|Streso mažinimas 480 laipsnių kampu, 2 valandos|5 000 – 7 000|Žemesnė temperatūra padidina SCC slenkstį |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10 000|Kombinuotas gydymas maksimaliam patikimumui |
| Neįmanomas po{0}}suvirinimo siūlės terminis apdorojimas|Bet koks|Bet koks|Kaip-suvirintas (priima įtrūkimo riziką)|800 – 1 200|Priimtinas tik laikinai tarnybai |
**Praktiniai po{0}}suvirinimo siūlių terminio apdorojimo aspektai**
Norint sumažinti titano šildytuvo gyvatukų įtampą, reikia atidžiai kontroliuoti krosnį. Apdorojimas 550 laipsnių kampu turėtų būti atliekamas oro krosnyje su atremtu spirale, kad būtų išvengta nusėdimo. Kaitinimo greitis turi būti apribotas iki 100 laipsnių per valandą, kad būtų sumažintas šiluminis gradientas. Po 2-valandžių laikymo 550 laipsnių kampu aušinamas oras (neužgesinamas). Jei ritės su daugybe suvirinimo siūlių, visas suvirinimas turi būti sumažintas nuo įtempių. Terminis apdorojimas padidina maždaug 10–15 % gamybos sąnaudų, bet pailgina tarnavimo laiką nuo mažiau nei 1 200 valandų iki daugiau nei 10 000 valandų – tai yra įtikinamas ekonominis nepertraukiamų potašo operacijų pateisinimas.
**Išvada**
7 laipsnio panardinamųjų titano šildytuvų 25 % magnio chlorido ir 5 % kalcio chlorido kalio sūrymų 85 laipsnių temperatūroje vamzdžio HAZ liekamojo įtempio lygis tiesiogiai koreliuoja su chlorido -sukeliamu SCC dažniu. Kaip-suvirinti vamzdžiai, kurių liekamasis įtempis yra 180–240 MPa, įtrūksta per 800–1 200 valandų (vėluoja, palyginti su 2 laipsniu dėl paladžio apsauginio poveikio). Įtempių mažinimas 550 laipsnių kampu 2 valandoms sumažina liekamąjį įtempį iki 30–60 MPa, žemiau 100–120 MPa SCC slenksčio, ir suteikia nemokamą įtrūkimų paslaugą ilgiau nei 10 000 valandų. Inžinieriai, nurodantys 7 laipsnio titano šildytuvus kalio perdirbimui, turėtų reikalauti, kad po-suvirinimo įtempių sumažinimas 550 laipsnių kampu 2 valandas būtų privalomas visų suvirintų jungčių, kurias veikia sūrymas, specifikacija. Ši terminio apdorojimo specifikacija pašalina dominuojantį gedimo režimą kalio sūrymo šildytuvuose.
