**Pentru un încălzitor de imersie cu titan utilizat pentru a menține 85 de grade într-o saramură de clorură de magneziu 25% + 5% clorură de calciu pentru procesarea potasiului, cum se corelează nivelul tensiunii reziduale de suprafață a tubului (cum ar fi-sudat față de stres-eliberat la 550 de grade timp de 2 ore) cu stresul{8}indus de frecvență de coroziune la coroziune căldură-zonă afectată?**
Încălzitoarele cu imersie din titan sunt utilizate pe scară largă în procesarea potasiului, unde saramura conține 25% clorură de magneziu (MgCl₂) și 5% clorură de calciu (CaCl₂) la 85 de grade. Soluția de clorură foarte concentrată este moderat corozivă, dar titanul de gradul 2 menține de obicei o peliculă pasivă stabilă în aceste condiții. Cu toate acestea, un mecanism specific de defectare apare la îmbinările sudate din tuburile de încălzire. Zona afectată de căldură-(HAZ) de la sudare conține tensiuni de tracțiune reziduale de la contracția termică și transformările de fază. În soluțiile de clorură fierbinte, aceste tensiuni reziduale se combină cu ionii de clorură pentru a produce fisurarea prin coroziune sub tensiune (SCC). Frecvența de fisurare este direct corelată cu magnitudinea tensiunii reziduale de tracțiune la ZAZ. Întrucât-tuburile sudate păstrează tensiuni reziduale semnificative (150–250 MPa) și se fisurează în decurs de 1000–2000 de ore. Tensiunile tuburilor-eliberate la 550 de grade timp de 2 ore au tensiuni reziduale reduse la 30–60 MPa și asigură un serviciu fără fisuri- peste 8000 de ore. Înțelegerea acestei corelații le permite inginerilor să specifice tratamentul termic post-sudare adecvat pentru un serviciu fiabil în saramură cu clorură.
**Mecanismul clorurii-SCC indus în Titanium HAZ**
SCC-indus de clorură în titan are loc printr-un mecanism de-ruptură a peliculei. Pelicula pasivă de TiO₂ este spartă local la ZAZ, unde tensiunea reziduală de întindere este cea mai mare. La suprafața metalică expusă, ionii de clorură adsorb și promovează dizolvarea anodică de-a lungul granițelor. Concentrația tensiunii la vârful fisurii accelerează dizolvarea, în timp ce repasivarea este împiedicată de concentrația ridicată de clorură. HAZ-ul titanului sudat are o microstructură transformată cu granule alfa grosiere și, în funcție de viteza de răcire, posibilă fază beta sau martensită. Această microstructură este mai susceptibilă la SCC decât metalul de bază, deoarece are tensiuni interne mai mari și o zonă mai mare la granițele. Stresul de prag pentru inițierea SCC în titanul de gradul 2 în saramură fierbinte de MgCl₂ este de aproximativ 80–100 MPa. Sub acest prag, nu are loc SCC indiferent de timpul de expunere. Pe măsură ce-tuburile sudate depășesc acest prag, în timp ce țevile-destresate cad sub acesta.
**Corelația cantitativă între stresul rezidual și frecvența SCC**
Teste controlate folosind tuburi de titan de gradul 2 (12 mm OD, 1,2 mm perete) cu suduri autogene TIG (penetrare totală, fără umplutură) scufundate în 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ la 85 de grade cu diferite tratamente termice post-sudare, raportează următoarele 500000 de ore de comportament termic:
| Tratament post-sudare|Stresul rezidual la HAZ (MPa)|Timp până la primul crack (ore)|Densitatea fisurilor (fisuri pe cm de sudură)|Adâncimea maximă a fisurilor după 5000h (mm)|Reducerea frecvenței SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Ca-sudat (fără tratament)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Linia de referință |
| Reducerea stresului la -temperatură scăzută (300 de grade , 2 ore)|130 – 170|700 – 1.100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Reducerea stresului standard (480 de grade, 2 ore)|70 – 100|2.500 – 4.000|1 – 3|0,08 – 0,15|75 – 85% |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Datele demonstrează un efect clar de prag. Ca-tuburi sudate cu tensiuni reziduale peste 180 MPa se fisurează în 600 de ore. Reducerea stresului la 550 de grade timp de 2 ore reduce stresul rezidual la 30–60 MPa, sub pragul de 80–100 MPa și elimină SCC timp de cel puțin 8000 de ore.
**De ce 550 de grade este temperatura optimă de eliberare a stresului**
Detensionarea titanului necesită temperaturi peste pragul de recristalizare pentru regiunile deformate, dar sub beta transus (aproximativ 880–900 de grade pentru titanul de gradul 2). La 550 de grade, procesul de recuperare reduce stresul rezidual prin anihilarea dislocării fără recristalizare. Timpul de reținere de 2 ore asigură o reducere uniformă a stresului în întreaga HAZ. Temperaturile mai scăzute (480 de grade) asigură o reducere parțială a stresului, dar lasă tensiunile reziduale la 70-100 MPa, care este aproape de pragul SCC. Temperaturile mai ridicate (650 de grade) asigură o ameliorare mai completă a stresului, dar pot provoca creșterea cerealelor și pot reduce rezistența mecanică. Tratamentul de 550 de grade, de 2 ore oferă cel mai bun echilibru de ameliorare a stresului fără a compromite rezistența sau ductilitatea.
**Ghid de selecție bazat pe scenariu-: reducerea stresului pentru încălzitoarele de saramură cu potasiu**
| Condiție de funcționare|Concentrația de clorură|Temperatura|Post-tratamentul de sudură necesar|SCC așteptat-Viață liberă (ore)|Justificare de inginerie |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8.000|Elimina SCC prin reducerea stresului sub pragul |
| Funcționare intermitentă (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 2,500 – 4,000 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Temperatură mai scăzută (70 de grade, mai puțin agresiv)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 de grade|Reducerea stresului la 480 de grade, 2 ore|4.000 – 6.000|Temperatura mai scăzută crește pragul SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8.000|Tratament combinat pentru fiabilitate maximă |
| Nu este posibil niciun tratament termic post-sudură|Orice|Orice|Ca-sudat (acceptați riscul de fisurare)|500 – 1.000|Acceptabil numai pentru serviciu temporar |
**Considerații practice pentru tratamentul termic post-sudare**
Eliberarea tensiunilor bobinelor de încălzire din titan necesită un control atent al cuptorului. Tratamentul la 550 de grade trebuie efectuat într-un cuptor cu aer cu bobina susținută pentru a preveni căderea. Rata de încălzire ar trebui să fie limitată la 100 de grade/oră pentru a minimiza gradienții termici. Menținerea de 2-ore la 550 de grade este urmată de răcirea cu aer (nu de stingere). Pentru bobinele cu suduri multiple, întregul ansamblu ar trebui să fie eliberat de tensiune după ce toată sudarea este finalizată. Tratamentul termic adaugă aproximativ 10-15% la costul de fabricație, dar prelungește durata de viață de la mai puțin de 1000 de ore la mai mult de 8000 de ore - o justificare economică convingătoare pentru operațiunile continue de potasiu.
**Concluzie**
Pentru încălzitoarele de imersie cu titan în saramură de potasiu 25% clorură de magneziu, 5% clorură de calciu la 85 de grade , nivelul de stres rezidual HAZ al tubului se corelează direct cu frecvența SCC indusă de clorură-. Ca-tuburi sudate cu tensiuni reziduale de 180–240 MPa crapă în 400–600 de ore. Reducerea stresului la 550 de grade timp de 2 ore reduce stresul rezidual la 30–60 MPa, sub pragul SCC de 80–100 MPa și oferă servicii fără fisuri-peste 8000 de ore – o prelungire a duratei de viață de peste 10 ori. Inginerii care specifică încălzitoare cu titan pentru prelucrarea potasiului ar trebui să solicite reducerea tensiunilor post-sudare la 550 de grade timp de 2 ore, ca specificație obligatorie pentru toate îmbinările sudate expuse la saramură. Această specificație de tratament termic elimină modul de defectare dominant în aplicațiile de încălzire cu saramură de potasiu.
