**În încălzitoarele cu imersiune cu titan de gradul 7 folosite pentru a menține 85 de grade într-o saramură cu clorură de magneziu 25% + 5% clorură de calciu și potasiu, cum se corelează nivelul de stres rezidual al tubului (ca-sudat față de stres-eliberat la 550 de grade timp de 2 ore) cu stresul{9}indus de frecvență de coroziune la coroziune zona afectată de căldură-?**
Încălzitoarele cu imersie din titan de gradul 7 (Ti-0,15% Pd) sunt utilizate pe scară largă în prelucrarea 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 7 menține o peliculă pasivă stabilă în condiții normale datorită adăugării de paladiu. 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 permite inginerilor să specifice un tratament termic adecvat după sudare pentru un serviciu fiabil în saramură cu clorură, chiar și cu rezistența sporită a titanului de gradul 7.
**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 7 în saramurele fierbinți de MgCl₂ este de aproximativ 100–120 MPa – puțin mai mare decât gradul 2 (80–100 MPa) datorită adăugării paladiului. Sub acest prag, nu are loc SCC indiferent de timpul de expunere. Pe măsură ce-tuburile sudate depășesc acest prag, în timp ce tuburile-de eliberare a tensiunii cad sub acesta.
**Corelația cantitativă între stresul rezidual și frecvența SCC**
Teste controlate folosind tuburi de titan de gradul 7 (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 500 ore de comportament SCC:
| 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|800 – 1.200|4 – 8|0,25 – 0,40|Linia de referință |
| Reducerea stresului la -temperatură scăzută (300 de grade , 2 ore)|130 – 170|1.200 – 1.800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45% |
| Reducerea stresului standard (480 de grade, 2 ore)|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% |
Datele demonstrează un efect clar de prag. Ca-tuburi de gradul 7 sudate cu tensiuni reziduale de peste 180 MPa se fisurează în decurs de 800–1.200 de ore – mult mai târziu decât gradul 2 (300–500 de ore) datorită efectului protector al paladiului. Reducerea stresului la 550 de grade timp de 2 ore reduce stresul rezidual la 30–60 MPa, sub pragul de 100–120 MPa și elimină SCC timp de cel puțin 10.000 de ore.
**De ce 550 de grade este temperatura optimă de reducere a stresului pentru titanul de gradul 7**
Detensionarea titanului de gradul 7 necesită temperaturi peste pragul de recristalizare pentru regiunile deformate, dar sub beta transus (aproximativ 880-900 de grade). La 550 de grade, procesul de recuperare reduce stresul rezidual prin anihilarea dislocării fără recristalizare. Adăugarea de paladiu nu modifică semnificativ temperatura optimă de reducere a stresului. 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 tensiunilor, dar lasă tensiunile reziduale la 70–100 MPa, care este aproape de pragul SCC pentru gradul 7 (100–120 MPa). 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 | >10.000|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 | 3,000 – 4,500 | 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|5.000 – 7.000|Temperatura mai scăzută crește pragul SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10.000|Tratament combinat pentru fiabilitate maximă |
| Nu este posibil niciun tratament termic post-sudură|Orice|Orice|Ca-sudat (acceptați riscul de fisurare)|800 – 1.200|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 1.200 de ore la mai mult de 10.000 de ore - o justificare economică convingătoare pentru operațiunile continue de potasiu.
**Concluzie**
Pentru încălzitoarele de imersie cu titan de gradul 7 în clorură de magneziu 25%, clorură de calciu 5% potasiu 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 se fisurează în 800–1.200 de ore (întârziat în comparație cu gradul 2 din cauza efectului protector al paladiului). Eliberarea stresului la 550 de grade timp de 2 ore reduce stresul rezidual la 30–60 MPa, sub pragul SCC de 100–120 MPa și oferă servicii fără fisuri-peste 10.000 de ore. Inginerii care specifică încălzitoare din titan de gradul 7 pentru prelucrarea potasiului ar trebui să solicite reducerea tensiunii 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.
