**U uronjenim grijačima od titana razreda 7 koji se koriste za održavanje 85 stupnjeva u otopini kalijeve soli s 25% magnezijevog klorida + 5% kalcijevog klorida, kako razina zaostalog naprezanja cijevi (-zavarene u odnosu na naprezanje-spušteno na 550 stupnjeva tijekom 2 sata) korelira s naprezanjem izazvanim kloridom- učestalost pucanja od korozije u zoni-zahvaćene toplinom?**
Uranjajući grijači od titana (Ti-0,15% Pd) stupnja 7 naširoko se koriste u preradi potaše gdje slana otopina sadrži 25% magnezijevog klorida (MgCl₂) i 5% kalcijevog klorida (CaCl₂) na 85 stupnjeva. Visoko koncentrirana otopina klorida je umjereno korozivna, ali titan stupnja 7 održava stabilan pasivni film u normalnim uvjetima zbog dodatka paladija. Međutim, na zavarenim spojevima u cijevima grijača dolazi do specifičnog mehanizma kvara. Zona -zahvaćena toplinom (HAZ) od zavarivanja sadrži zaostala vlačna naprezanja od toplinske kontrakcije i faznih transformacija. U vrućim otopinama klorida, ta zaostala naprezanja kombiniraju se s kloridnim ionima kako bi se proizvelo pucanje od korozije pod naponom (SCC). Učestalost pucanja izravno je povezana s veličinom zaostalog vlačnog naprezanja u ZUT-u. Kao -zavarene cijevi zadržavaju značajna zaostala naprezanja (150–250 MPa) i pucaju unutar 1000–2000 sati. Naprezanje u cijevima-spušteno na 550 stupnjeva tijekom 2 sata ima zaostala naprezanja smanjena na 30–60 MPa i pruža uslugu-bez pukotina nakon 8000 sati. Razumijevanje ove korelacije omogućuje inženjerima da specificiraju odgovarajuću toplinsku obradu nakon zavarivanja za pouzdan rad u kloridnim slanim otopinama, čak i uz povećanu otpornost titana stupnja 7.
**Mehanizam kloridom-induciranog SCC-a u ZUT-u titana**
Kloridom-inducirani SCC u titanu javlja se kroz-mehanizam pucanja filma. Pasivni TiO₂ film se lokalno lomi u ZUT-u gdje je zaostalo vlačno naprezanje najveće. Na izloženoj površini metala, kloridni ioni adsorbiraju i potiču anodno otapanje duž granica zrna. Koncentracija naprezanja na vrhu pukotine ubrzava otapanje, dok je repasivacija spriječena visokom koncentracijom klorida. ZUT zavarenog titana ima transformiranu mikrostrukturu s grubim alfa zrncima i, ovisno o brzini hlađenja, moguću beta fazu ili martenzit. Ova mikrostruktura je osjetljivija na SCC od osnovnog metala jer ima veća unutarnja naprezanja i veće područje granice zrna. Prag naprezanja za inicijaciju SCC-a u titanu stupnja 7 u vrućim slanim otopinama MgCl₂ je približno 100-120 MPa – nešto više od stupnja 2 (80-100 MPa) zbog dodatka paladija. Ispod ovog praga ne javlja se SCC bez obzira na vrijeme izloženosti. Pošto-zavarene cijevi prelaze ovaj prag, dok-cijevi s rasterećenjem padaju ispod njega.
**Kvantitativna korelacija između zaostalog naprezanja i SCC učestalosti**
Kontrolirani testovi koji koriste cijevi od titana razreda 7 (12 mm OD, 1,2 mm stijenke) s autogenim TIG zavarima (puno prodiranje, bez punila) uronjenim u 25% MgCl₂, 5% CaCl2 na 85 stupnjeva s različitim toplinskim obradama nakon -zavarivanja pokazuju sljedeće SCC ponašanje nakon 5000 sati:
| Naknadna-obrada zavara|Preostalo naprezanje u ZUT (MPa)|Vrijeme do prvog pucanja (sati)|Gustoća pukotina (pukotine po cm zavara)|Maksimalna dubina pukotine nakon 5000h (mm)|SCC smanjenje frekvencije |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kao -zavareno (bez obrade)|180 – 240|800 – 1 200|4 – 8|0,25 – 0,40|Osnovna linija |
| Ublažavanje naprezanja niske-temperature (300 stupnjeva, 2 sata)|130 – 170|1200 – 1800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45% |
| Standardno oslobađanje od stresa (480 stupnjeva, 2 sata)|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% |
Podaci pokazuju jasan učinak praga. Kao -zavarene cijevi stupnja 7 s zaostalim naprezanjem iznad 180 MPa pucaju unutar 800–1200 sati – znatno kasnije od stupnja 2 (300–500 sati) zbog zaštitnog učinka paladija. Ublažavanje naprezanja na 550 stupnjeva tijekom 2 sata smanjuje zaostalo naprezanje na 30–60 MPa, ispod praga od 100–120 MPa, i eliminira SCC tijekom najmanje 10 000 sati.
**Zašto je 550 stupnjeva optimalna temperatura za smanjenje naprezanja za titan razreda 7**
Ublažavanje naprezanja titana stupnja 7 zahtijeva temperature iznad praga rekristalizacije za deformirana područja, ali ispod beta transusa (približno 880-900 stupnjeva). Na 550 stupnjeva, proces oporavka smanjuje zaostalo naprezanje kroz anihilaciju dislokacija bez rekristalizacije. Dodatak paladija ne mijenja značajno optimalnu temperaturu rasterećenja. Vrijeme zadržavanja od 2 sata osigurava ravnomjerno smanjenje naprezanja kroz ZUT. Niže temperature (480 stupnjeva) omogućuju djelomično smanjenje naprezanja, ali ostavljaju zaostala naprezanja na 70–100 MPa, što je blizu praga SCC za stupanj 7 (100–120 MPa). Više temperature (650 stupnjeva) omogućuju potpunije smanjenje naprezanja, ali mogu uzrokovati rast zrna i smanjiti mehaničku čvrstoću. 2-satni tretman od 550 stupnjeva pruža najbolju ravnotežu ublažavanja stresa bez ugrožavanja čvrstoće ili rastegljivosti.
**Scenarij-Vodič za odabir: Ublažavanje stresa za grijače kalijeve otopine**
| Radni uvjet|Koncentracija klorida|Temperatura|Potrebna -obrada zavara|Očekivani SCC-Free Life (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10 000|Eliminira SCC smanjenjem stresa ispod praga |
| Povremeni rad (<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 |
| Niža temperatura (70 stupnjeva, manje agresivno)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 stupnjeva|Ublažavanje stresa na 480 stupnjeva, 2 sata|5 000 – 7 000|Niža temperatura povećava SCC prag |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10 000|Kombinirani tretman za maksimalnu pouzdanost |
| Toplinska obrada nakon-zavarivanja nije moguća|Bilo koji|Bilo koji|Kao -zavaren (prihvaća rizik od pucanja)|800 – 1 200|Prihvatljivo samo za privremenu službu |
**Praktična razmatranja za naknadnu-toplinsku obradu zavarivanja**
Ublažavanje naprezanja titanskih grijača zahtijeva pažljivu kontrolu peći. Tretman od 550 stupnjeva treba izvesti u zračnoj peći s osloncem zavojnice kako bi se spriječilo popuštanje. Brzina zagrijavanja trebala bi biti ograničena na 100 stupnjeva/sat kako bi se minimalizirali toplinski gradijenti. Nakon 2-satnog držanja na 550 stupnjeva slijedi hlađenje zrakom (ne kaljenje). Za zavojnice s višestrukim zavarenim spojevima, cijeli sklop treba osloboditi naprezanja nakon završetka svih zavarivanja. Toplinska obrada dodaje približno 10-15% na troškove proizvodnje, ali produljuje radni vijek s manje od 1200 sati na više od 10000 sati – uvjerljivo ekonomsko opravdanje za kontinuirane operacije kalijevog klorida.
**Zaključak**
Za titanske uronjene grijače stupnja 7 u otopinama 25% magnezijevog klorida, 5% kalcijevog klorida potaše na 85 stupnjeva, razina HAZ zaostalog naprezanja cijevi izravno korelira s učestalošću SCC-a -induciranom kloridom. Kao -zavarene cijevi s zaostalim naprezanjem od 180–240 MPa pucaju unutar 800–1200 sati (kašnjenje u usporedbi s ocjenom 2 zbog zaštitnog učinka paladija). Ublažavanje naprezanja na 550 stupnjeva tijekom 2 sata smanjuje zaostalo naprezanje na 30–60 MPa, ispod praga SCC od 100–120 MPa, i pruža-servis bez pukotina nakon 10 000 sati. Inženjeri koji određuju titanske grijače stupnja 7 za preradu potaše trebaju zahtijevati post-oslobađanje naprezanja na 550 stupnjeva tijekom 2 sata kao obaveznu specifikaciju za sve zavarene spojeve izložene slanoj vodi. Ova specifikacija toplinske obrade eliminira dominantni način kvara u primjenama grijača slane soli.
