A les línies de decapat que utilitzen àcids HNO₃-HF barrejats a 50 graus, amb quina freqüència s'han d'inspeccionar els tubs escalfadors de titani de grau 2 per detectar atacs intergranulars després de 5.000 hores de funcionament?

Les solucions mixtes d'àcid nítric-fluorhídric s'utilitzen a les línies de decapat d'aliatges d'acer inoxidable i titani per eliminar les incrustacions d'òxid i les impureses superficials. Les formulacions típiques inclouen 10-20% HNO3 i 1-5% HF a 40-60 graus. El titani de grau 2 s'utilitza sovint per als escalfadors d'immersió d'aquestes línies, ja que crea una capa passiva d'àcid nítric. Però la presència d'àcid fluorhídric (HF) canvia bàsicament el mecanisme de corrosió. L'HF ataca el titani dissolent la pel·lícula passiva com a hexafluorotitanat soluble (TiF6 2-). L'HF pot atacar els límits del gra provocant un atac intergranular (IGA). A diferència de la corrosió uniforme, l'IGA continua al llarg dels límits del gra amb pocs canvis visibles a la superfície fins que els grans es tallen i cauen. A partir de les taxes de penetració d'IGA mesurades després de 5.000 hores de servei en línies de decapat mixtes HNO3-HF, el document proposa intervals d'inspecció per a tubs d'escalfador de titani de grau 2.

Mecanisme d'atac al límit del gra en àcids que contenen HF-
Els àcids HNO3-HF barrejats s'oxiden i normalment passivarien el titani, però l'HF forma un compost amb ions de titani i impedeix la formació de pel·lícules. El mecanisme de corrosió canvia a la dissolució activa. La velocitat de dissolució augmenta a les vores del gra a causa dels següents factors: segregació d'impureses (ferro, carboni, oxigen) a les vores del gra; augment de l'energia de tensió als límits del gra; i atac preferent de particulars orientacions cristal·logràfiques.

Per al titani de grau 2 (comercialment pur, baix contingut d'aliatge), les zones del límit del gra són una mica més reactives que els interiors del gra. La taxa de dissolució del límit del gra és de 3 a 10 vegades superior a la taxa de corrosió general a 50 graus i concentracions d'HF per sobre del 0,5%. Després d'una llarga exposició, un tub que només sembla lleugerament gravat a la superfície pot tenir solcs de límit de gra de 50-100 µm de profunditat. Quan aquestes ranures arriben a una profunditat suficient (normalment del 30 al 50% del gruix de la paret), poden caure grans i es formen fosses que perforen ràpidament el tub.

Taxes de penetració mixtes de HNO₃-HF IGA
Les dades quantitatives sobre la penetració d'IGA s'obtenen a partir de proves d'immersió controlada d'exemplars de titani de grau 2 (recuit, mida de gra 20-40 µm) en formulacions d'àcid decapat a 50 graus. Els exemplars exposats es van tallar transversalment i es va mesurar metalogràficament la profunditat màxima de l'atac al límit del gra.

La taxa de corrosió general és de 0,3-0,5 mm/any en 15% HNO₃ + 3% HF a 50 graus (bany mitjà de decapat d'acer inoxidable). L'IGA penetra a una velocitat d'1,5-2,5 mm cada any - 5 vegades més ràpid. Després de 5.000 hores (uns 7 mesos de funcionament continu) la penetració calculada de l'IGA és de 0,9-1,4 mm. Per a un tub de paret estàndard d'1,65 mm, això s'aplica al 55-85% del consum de paret per part d'IGA, és a dir, el tub té un alt risc de caiguda de gra i perforació.

La taxa de corrosió habitual per al 10% HNO3 + 1% HF (menys agressiu, utilitzat per al decapat d'aliatges de titani) és de 0,08-0,12 mm/any. La taxa de penetració IGA és de 0,3-0,5 mm/any. La penetració de l'IGA és de 0,17-0,29 mm després de 5.000 hores, o al voltant del 10-18% d'una paret d'1,65 mm. És important però no urgent".

La taxa de corrosió general en 20% HNO₃ + 5% HF (decapatge agressiu d'alt rendiment-) és de 0,8-1,2 mm/any mentre que la taxa de penetració IGA és de 4-6 mm/any. Qualsevol gruix de paret factible seria completament perforat per una penetració IGA de 2,3-3,4 mm després de 2000-3000 hores després de 5000 hores.

Configuració de l'interval d'inspecció
La freqüència d'inspecció es basa en una penetració IGA del 30% del gruix de la paret, moment en què el risc de caiguda del gra és alt. Per a tubs de paret d'1,65 mm, el 30% equival a 0,5 mm de profunditat IGA.

Segons les taxes de penetració IGA anteriors, el temps per a una profunditat IGA de 0,5 mm és:

Per al 15% HNO3 + 3% HF 0,5 mm/(1,5-2,5 mm/any)=0.2-0.33 any=1, 750-2.900 h. Inspecció recomanada a les 2000 hores (uns . 3 mesos).

Per al 10% HNO₃ + 1% HF: 0,5 mm/(0,3-0,5 mm/any)=1.0-1.67 anys=8,800-14.600 h 8.000 hores (al voltant d'11 mesos) D'acord per a la inspecció

La penetració de l'IGA ja és de 0,9-1,4 mm (55-85% de paret) per a un tub que ha treballat 5.000 hores en un bany de 15/3. Traieu el tub del servei immediatament, independentment del que sembli a l'exterior. Per a un bany 10/1, 5.000 hores són 0,17-0,29 mm IGA. En aquest punt s'ha de realitzar una inspecció per mesurar la penetració real i preveure la vida restant.

Intervals d'inspecció de la matriu d'aplicacions
Composició dels àcids decapats Temperatura Taxa de penetració (mm/any) de grau 2 IGA Temps fins al 30% de penetració a la paret (tub de 1,65 mm) Primera inspecció Mètode d'inspecció recomanat
10% HNO3 + 1% HF 50 graus 0.3-0.5 8,800-14.600 hores 5.000-6.000 hores Mesura de paret d'ultrasons + replicació metal·logràfica
10% HNO3 + 2% HF 50 graus 0.8-1.2 3,700-5.500 hores 3.000-4.000 hores Ultrasons + corrents de Foucault 15% HNO3 + 3% HF 50 graus {1.5-2.5 1,750-2.900 hores 2.900 hores, geometria ultrasònica poc fiable Eliminar i separar
20% HNO₃ + 5% HF 50 graus 4.0-6.0 700-1, 100 hores 500 hores No recomanat per al grau 2; utilitzeu Grau 7 o Hastelloy
Qualsevol composició a 60 graus (en comparació amb 50 graus) 60 graus 2-3x velocitat a 50 graus 2-3 vegades reducció de l'interval Ajusteu segons sigui necessari Com a anterior Mètodes d'inspecció de detecció IGA
L'assalt del límit del gra no genera una pèrdua de paret paral·lela i suau, de manera que la mesura de gruix ultrasònica convencional normalment no és adequada per a IGA. El senyal d'ultrasons es pot reflectir des dels solcs de límit de gra més profunds, però els grans intermedis encara es poden unir. Es pot produir una lectura de gruix d'1,2 mm (senyal a la ranura més profunda) amb grans que es dividiran a 0,8 mm de la paret restant real.

Les maneres més fiables inclouen:

Replicació metal·logràfica: una secció de la superfície del tub polida i gravada es replica sobre acetat de cel·lulosa i l'atac del límit del gra es pot examinar al microscopi sense tallar el tub. Les rèpliques poden detectar profunditats IGA de 20-30 µm i menys profundes.

Proves de corrents de Foucault Els corrents de Foucault d'alta freqüència (100-500 kHz) són sensibles a les discontinuïtats del límit del gra i es poden utilitzar per mapejar la gravetat de l'IGA sobre les superfícies del tub.

Seccionament i mesura directa. Per a aplicacions essencials, s'elimina un escalfador a l'interval necessari i es tallen seccions transversals en múltiples llocs (seccions rectes, corbes, soldadures) i es mesura la profunditat IGA sota un metal·lograf. Això proporciona dades definitives per a la predicció de la vida restant.

La inspecció dels tubs d'escalfament de titani de grau 2 per a línies de decapat amb una barreja de 15% HNO3 + 3% HF a 50 graus és necessària després de 2000 hores (uns 3 mesos de funcionament continu). Normalment, després de 5.000 hores, la penetració de l'IGA serà del 55-85% d'una paret d'1,65 mm i s'ha de substituir el tub. Per a les formulacions menys agressives al 10% HNO3 + 1% HF, l'examen després de 5.000 hores és raonable. S'ha d'utilitzar la replicació metal·logràfica per determinar la profunditat de l'IGA. La substitució s'ha de fer quan la profunditat de l'IGA superi els 0,5 mm. El titani de grau 2 no es recomana per a formulacions àcides on HF > 3% o temperatures > 50 graus. S'ha de proporcionar el grau 7 (resistència IGA 2-3 vegades més forta) o Hastelloy C-276. Demaneu tubs recuits amb mida de gra fi (ASTM 7-8, 20-25 µm) quan compreu perquè té taxes d'IGA més baixes que el material de gra gruixut.