Waarom vertoont een titanium mantelverwarmer met een na-laswarmtebehandeling bij 600 graden in lucht een viervoudig hogere spleetcorrosie in 5% oxaalzuur bij 80 graden vergeleken met een-gelaste buis?

PWHT van titanium mantelverwarmers wordt gewoonlijk uitgevoerd bij 540-650 graden om restspanningen veroorzaakt door lassen te verminderen. Bij een temperatuur van 600 graden in de lucht wordt op het titaniumoppervlak een dikke, uit meerdere lagen-gelaagde oxidehuid gegenereerd. Deze schaal bestaat uit TiO2, Ti2O3 en TiO en de zuurstof daaronder is sterk verrijkt, waardoor een alfa-laag ontstaat. Deze oxideschaal en het alfa-geval zijn chemisch instabiel in 5% oxaalzuur (H₂C₂O₄) bij 80 graden. De schaal breekt en schilfert af in verschillende kloven. Oxaalzuur dringt door deze kloven heen, concentreert vijandige soorten en verhoogt de lokale corrosiesnelheid. De zo-gelaste buis met een gebeitst of elektrolytisch gepolijst oppervlak en zonder PWHT-oxide heeft een passieve film die dun, dicht en bestand is tegen het ontstaan ​​van spleten. Dit resulteert in een vier keer hogere snelheid van spleetcorrosie in lucht-PWHT-buizen vergeleken met-gelaste buizen.

Mechanisme van PWHT-Geïnduceerde versnelling van spleetcorrosie

Titanium wordt onderworpen aan parabolische oxidatie in lucht bij 600 graden met een schaal van 2-5 µm. Zuurstof lost op in het metaal en vormt een alfa-oppervlaktelaag van 50–150 µm diep. Deze laag is kwetsbaar en heeft een thermische uitzettingscoëfficiënt die verschilt van die van het basismetaal. Waar gekoelde micro-scheurtjes in de schaal ontstaan. De schaal lost niet-uniform op in oxaalzuur en onthult het alfa-geval. De alfa-behuizing is anodisch ten opzichte van het onderliggende metaal en er zijn galvanische cellen geplaatst. De gebarsten schaal en de blootliggende alfa-behuizing zijn natuurlijke scheuren en verhogen de aanvalssnelheid drie tot vijf maal die van een schoon-gelast oppervlak. De groei van spleetcorrosie vindt voornamelijk plaats bij het contact tussen het alfa-omhulsel en het basismetaal.

Kwantitatieve spleetcorrosiesnelheden onder verschillende warmtebehandelingsomstandigheden na het lassen.

Gecontroleerde tests in 5% oxaalzuur bij 80 graden gedurende 500 uur zijn gebruikt om de snelheid van spleetcorrosie te bepalen voor titanium van klasse 2 in verschillende omstandigheden na- het lassen. De snelheid van spleetcorrosie bij de lasnaden was 0,08–0,15 mm/jaar voor een zo-gelaste, gebeitste buis zonder PWHT en een schoon oppervlak met slechts een kleine aantasting. De snelheid voor een buis waarbij PWHT werd gegeven bij 540 graden in lucht, wat resulteerde in een licht strooxide, was 0,20–0,35 mm per jaar. Dit was het dubbele van het tarief voor de-gelaste toestand en gedeeltelijk afgebrokkelde schaal. Een buis met PWHT bij 600 graden in lucht en een blauw of paars oxide heeft een snelheid van 0,35–0,65 mm/jaar, een viervoudige toename ten opzichte van de gelaste basislijn, en ernstige scheuren en afbrokkelen. De buis met PWHT bij 650 graden in de lucht, die grijs of wit oxide vormt, heeft een snelheid van 0,60–1,20 mm per jaar, acht keer hoger, met ernstige schilfering en afbladderen. Daarentegen vertoont de buis met PWHT bij 600 graden in een inerte argonatmosfeer geen significant oxide en heeft een snelheid van slechts 0,06–0,12 mm / jaar zonder versnelling.

Effect van oxaalzuurconcentratie en temperatuur op versnellingsfactoren

De versnellingsfactor uit lucht-PWHT is ongeveer constant over een bereik van oxaalzuurconcentraties en temperaturen. De as{2}}gelaste snelheid in 5% oxaalzuur bij 60 graden is 0,05–0,10 mm/jaar en de 600 graden lucht-PWHT-snelheid is 0,20–0,40 mm/jaar, een versnellingsfactor van 4. De-gelaste snelheid bij 5% oxaalzuur en 80 graden is 0,08–0,15 mm/jaar en het PWHT-percentage in de lucht-is 0,35–0,65 mm/jaar, wederom een factor 4. De as-gelaste snelheid is 0,15–0,25 mm/jaar, terwijl de lucht-PWHT-snelheid 0,60–1,00 mm/jaar is bij 10% oxaalzuur en 80 graden, nog steeds een factor 4. De-gelaste snelheid is 0,20-0,35 mm per jaar en de lucht-PWHT-snelheid is 0,80-1,50 mm per jaar bij 5% oxaalzuur, kookomstandigheden van 100 graden, bij 4× versnelling. De constante factor impliceert dat de PWHT leidt tot een oppervlaktetoestand die de intrinsieke corrosiviteit van het zuur bevordert.

PWHT-beheerrichtlijn voor oxaalzuur

De onderstaande tabel geeft aanbevelingen voor warmtebehandeling na het lassen (PWHT) om spleetcorrosie in 5% oxaalzuur bij 80 graden te voorkomen, afhankelijk van de benodigde PWHT-temperatuur en de beschikbare atmosferische controle.

Vereiste PWHT-temperatuur Gebruiksomgeving Aanbevolen PWHT-atmosfeer Na-PWHT-behandeling Verwachte snelheid van spleetcorrosie (mm/jaar)
Elk 5% oxaalzuur, 80 graden argon (vacuüm ook acceptabel) Geen 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
Geen PWHT vereist Oxaalzuur N.v.t. Gebeitst oppervlak 0,08–0,15
PWHT Engineering – Verder dan atmosferische controle

De hoeveelheid schade aan de PWHT hangt af van de titaniumkwaliteit. Graad 7 creëert een vergelijkbare oxideschaal, maar verrijking van de schaal-metaalcontact met palladium biedt enige bescherming tegen corrosie onder-schaal, waardoor de versnellingsfactor wordt verlaagd tot 2-3 keer, in plaats van 4 keer. Er is matige vooruitgang in klasse 12. De wanddikte biedt een corrosietolerantie. Een muur van 2,0 mm met een spleetcorrosiesnelheid van 0,5 mm per jaar zal 4 jaar overleven. Een beitsbewerking van 20% salpeterzuur plus 3% fluorwaterstofzuur gedurende 5-10 minuten kan de alfa-laag verwijderen en de corrosieweerstand herstellen tot bijna de toestand waarin deze is gelast. Als een warmtebehandeling na het lassen in de lucht onvermijdelijk is, moet de buis na de warmtebehandeling worden gebeitst.

Een geïnformeerde specificatie maken

Voor een titanium mantelverwarmer voor gebruik in 5% oxaalzuur bij 80 graden waarvoor na- warmtebehandeling door het lassen vereist is, specificeert u dat PWHT moet worden uitgevoerd in een inerte atmosfeer (argon met zuurstof van minder dan 50 ppm) of in vacuüm. Als PWHT op lucht-basis onvermijdelijk is, specificeer dan een post-PWHT-beitsbehandeling van minimaal 20% salpeterzuur + 3% fluorwaterstofzuur bij 50 graden gedurende 10 minuten, met grondig spoelen met gedeïoniseerd water. Elke buis die na het beitsen blauw, paars of grijs oxide vertoont, moet worden weggegooid. Bestaande verwarmingstoestellen die zijn voorzien van lucht-PWHT zonder verder beitsen moeten gedurende 2 uur bij 60 graden C chemisch worden gereinigd met 10% citroenzuur om losse aanslag te verwijderen en een coupon moet worden getest in oxaalzuur om de corrosiesnelheid te bevestigen. De viervoudige toename van de snelheid van spleetcorrosie die optreedt bij 5% oxaalzuur bij 80 graden wordt voorkomen door de PWHT-omgeving te reguleren en te zorgen voor een goede nabehandeling.