**Kako je pri potopnih grelnikih iz titana razreda 7, ki se uporabljajo za vzdrževanje 85 stopinj v 25 % magnezijevem kloridu + 5 % kalcijevega klorida pepelike, stopnja preostale napetosti v cevi (kot-zvarjena v primerjavi z napetostjo-razbremenjena pri 550 stopinjah 2 uri) s kloridom-inducirano napetostjo frekvenca korozijskega razpokanja na toplotno{10}}prizadetem območju?**
Potopni grelniki stopnje 7 iz titana (Ti-0,15 % Pd) se pogosto uporabljajo pri predelavi pepelike, kjer slanica vsebuje 25 % magnezijevega klorida (MgCl₂) in 5 % kalcijevega klorida (CaCl₂) pri 85 stopinjah. Visoko koncentrirana raztopina klorida je zmerno jedka, vendar titan stopnje 7 ohranja stabilen pasivni film v normalnih pogojih zaradi dodatka paladija. Vendar pa pride do posebnega mehanizma odpovedi pri zvarjenih spojih v grelnih ceveh. Toplo{13}}območje (HAZ) zaradi varjenja vsebuje preostale natezne napetosti zaradi toplotnega krčenja in faznih transformacij. V vročih raztopinah klorida se te preostale napetosti združijo s kloridnimi ioni, da povzročijo napetostno korozijsko razpokanje (SCC). Pogostost pokanja je v neposredni korelaciji z velikostjo preostale natezne napetosti v HAZ. Kot -varjene cevi zadržijo znatne preostale napetosti (150–250 MPa) in počijo v 1000–2000 urah. Napetost v cevi-razbremenjena pri 550 stopinjah za 2 uri ima preostale napetosti zmanjšane na 30–60 MPa in zagotavlja-delovanje brez razpok po 8000 urah. Razumevanje te korelacije omogoča inženirjem, da določijo ustrezno toplotno obdelavo po varjenju za zanesljivo delovanje v kloridnih slanicah, tudi s povečano odpornostjo titana stopnje 7.
**Mehanizem SCC-povzročenega s kloridom v titanu HAZ**
Klorid-induciran SCC v titanu se pojavi prek mehanizma-pokanja filma. Pasivni film TiO₂ se lokalno zlomi na HAZ, kjer je preostala natezna napetost največja. Na izpostavljeni kovinski površini se kloridni ioni adsorbirajo in spodbujajo anodno raztapljanje vzdolž meja zrn. Koncentracija napetosti na konici razpoke pospeši raztapljanje, medtem ko repasivacijo ovira visoka koncentracija klorida. HAZ zvarjenega titana ima transformirano mikrostrukturo z grobimi alfa zrni in, odvisno od hitrosti ohlajanja, možno beta fazo ali martenzit. Ta mikrostruktura je bolj dovzetna za SCC kot osnovna kovina, ker ima večje notranje napetosti in večjo mejno površino zrn. Mejna napetost za začetek SCC v titanu stopnje 7 v vročih slanicah MgCl₂ je približno 100–120 MPa – nekoliko višja od stopnje 2 (80–100 MPa) zaradi dodatka paladija. Pod tem pragom se SCC ne pojavi ne glede na čas izpostavljenosti. Ker-varjene cevi presegajo ta prag, medtem ko-cevi z razbremenjeno napetostjo padejo pod to mejo.
**Kvantitativna korelacija med preostalim stresom in frekvenco SCC**
Kontrolirani preskusi z uporabo cevi iz titana stopnje 7 (12 mm OD, 1,2 mm stene) z avtogenimi zvari TIG (popolna penetracija, brez polnila), potopljenimi v 25 % MgCl₂, 5 % CaCl₂ pri 85 stopinjah z različnimi toplotnimi obdelavami po-varu poročajo o naslednjem obnašanju SCC po 5000 urah:
| Po-obdelava zvara|Preostala napetost pri HAZ (MPa)|Čas do prvega razpoka (ure)|Gostota razpok (razpoke na cm zvara)|Največja globina razpoke po 5000h (mm)|Zmanjšanje frekvence SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kot-varjeno (brez obdelave)|180 – 240|800 – 1.200|4 – 8|0,25 – 0,40|Izhodišče |
| Razbremenitev nizke-temperature (300 stopinj, 2 uri)|130 – 170|1.200 – 1.800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45 % |
| Standardno lajšanje stresa (480 stopinj, 2 uri)|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% |
Podatki kažejo jasen učinek praga. Kot -varjene cevi stopnje 7 s preostalimi napetostmi nad 180 MPa počijo v 800–1200 urah – bistveno kasneje kot cevi stopnje 2 (300–500 ur) zaradi zaščitnega učinka paladija. Razbremenitev napetosti pri 550 stopinjah za 2 uri zmanjša preostalo napetost na 30–60 MPa, pod pragom 100–120 MPa, in odpravi SCC za vsaj 10.000 ur.
**Zakaj je 550 stopinj optimalna temperatura za zmanjšanje napetosti za titan stopnje 7**
Razbremenitev titana stopnje 7 zahteva temperature nad rekristalizacijskim pragom za deformirana območja, vendar pod beta transusom (približno 880–900 stopinj). Pri 550 stopinjah proces obnovitve zmanjša preostalo napetost z anihilacijo dislokacij brez rekristalizacije. Dodatek paladija ne spremeni bistveno optimalne temperature razbremenitve napetosti. 2-urni čas zadrževanja zagotavlja enakomerno zmanjšanje napetosti v celotnem HAZ. Nižje temperature (480 stopinj) zagotavljajo delno razbremenitev napetosti, vendar pustijo preostale napetosti pri 70–100 MPa, kar je blizu pragu SCC za stopnjo 7 (100–120 MPa). Višje temperature (650 stopinj) zagotavljajo popolnejšo razbremenitev, vendar lahko povzročijo rast zrn in zmanjšajo mehansko trdnost. 550 stopinj, 2-urna obdelava zagotavlja najboljše ravnovesje razbremenitve napetosti brez ogrožanja trdnosti ali duktilnosti.
**Vodnik za izbiro-na podlagi scenarija: lajšanje stresa za grelnike kalijeve slanice**
| Pogoj delovanja|Koncentracija klorida|Temperatura|Ob-obvezna naknadna obdelava zvara|Pričakovano SCC-prosto življenje (ure)|Inženirska utemeljitev |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10.000|Odpravlja SCC z zmanjšanjem stresa pod mejno vrednost |
| Občasno delovanje (<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 |
| Nižja temperatura (70 stopinj, manj agresivno)|25 % MgCl₂ + 5 % CaCl₂|70 stopinj|Lajšanje stresa pri 480 stopinjah, 2 uri|5.000 – 7.000|Nižja temperatura zviša prag SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10.000|Kombinirana obdelava za maksimalno zanesljivost |
| Toplotna obdelava po-varju ni mogoča|Kateri koli|Kateri koli|Kot-zvarjen (sprejmite tveganje razpok)|800 – 1.200|Sprejemljivo le za začasno službo |
**Praktični premisleki za -toplotno obdelavo po varjenju**
Razbremenitev titanovih grelnih tuljav zahteva skrben nadzor peči. Obdelavo pri 550 stopinjah je treba izvesti v zračni peči s podprto tuljavo, da se prepreči povešanje. Hitrost segrevanja mora biti omejena na 100 stopinj/uro, da se zmanjšajo toplotni gradienti. 2-urnemu zadrževanju pri 550 stopinjah sledi zračno hlajenje (ne kaljenje). Pri tuljavah z več zvari je treba po končanem varjenju celoten sklop razbremeniti. Toplotna obdelava poveča stroške izdelave za približno 10–15 %, vendar podaljša življenjsko dobo z manj kot 1.200 ur na več kot 10.000 ur – prepričljiva ekonomska utemeljitev za neprekinjeno delovanje pepelike.
**Sklep**
Pri potopnih grelnikih iz titana razreda 7 v slanicah 25 % magnezijevega klorida, 5 % kalijevega klorida pri 85 stopinjah je stopnja preostale napetosti HAZ v cevi neposredno povezana s frekvenco SCC, ki jo povzroča klorid-. Kot -varjene cevi s preostalimi napetostmi 180–240 MPa počijo v 800–1200 urah (zakasnelo v primerjavi s stopnjo 2 zaradi zaščitnega učinka paladija). Razbremenitev pri 550 stopinjah za 2 uri zmanjša preostalo napetost na 30–60 MPa, pod pragom SCC 100–120 MPa, in zagotavlja storitev brez razpok po 10.000 urah. Inženirji, ki določajo titanove grelnike stopnje 7 za obdelavo pepelike, bi morali zahtevati razbremenitev napetosti po-varu pri 550 stopinjah za 2 uri kot obvezno specifikacijo za vse varjene spoje, izpostavljene slanici. Ta specifikacija toplotne obdelave odpravlja prevladujoč način odpovedi v aplikacijah grelnikov kalijeve slanice.
