Sota quina combinació específica de pH (11) i temperatura (150 graus) un escalfador de titani es torna susceptible a l'esquerda per corrosió per estrès càustic?

Per a un enginyer de processos que utilitza un escalfador d'immersió de titani en una solució alcalina d'alta temperatura, com ara la concentració de sosa càustica, els digestors de pasta i paper o el refinament d'alúmina, la combinació de pH 11 i temperatura de 150 graus proporciona una condició específica per a l'esquerdament per corrosió per tensió càustica (SCC). En general, el titani de grau 2 és resistent a solucions càustiques fins a pH 12 a temperatures inferiors a 120 graus. La pel·lícula passiva de TiO2 que protegeix la superfície és soluble en solucions d'hidròxid concentrades a pH 11 i 150 graus produint espècies de titanat soluble (Ti(OH)6 2- o HTiO3 -). Les esquerdes comencen al contacte de l'òxid-metall i es propaguen transgranularment sota la influència de l'esforç de tracció aplicat o residual (per sobre del 50% del límit elàstic). Per a l'SCC càustic, la combinació de claus és pH > 10,5 i temperatura superior o igual a 130 graus amb el pitjor trencament a pH 11-12 i 150-200 graus. El SCC càustic és poc freqüent per sota dels 130 graus. El titani es manté passiu a totes les temperatures per sota del pH 10.

El mecanisme d'esquerdament per corrosió per esforç càustic del titani.
La dissolució química de la pel·lícula passiva de Ti en solucions càustiques concentrades a alta temperatura: TiO 2 + 2OH - → TiO 3 2- + H 2 O (o TiO 2 + 2OH {- → HTiO 3 - + OH - ) La velocitat de dissolució depèn exponencialment de la temperatura i de la concentració de [OH]{8}. En una superfície metàl·lica nua (p. ex. a la punta d'una esquerda on el recobriment passiu s'ha trencat), es produeix la dissolució anòdica del titani: Ti+4OH−→Ti(OH)4+4e−, seguida de la creació de titanats solubles. El trencament es produeix quan es compleixen simultàniament tres criteris: (1) un material vulnerable (el titani de grau 2 és vulnerable a càustics per sobre de 130 graus), (2) un entorn particular (pH superior o igual a 10,5, temperatura superior o igual a 130 graus) i (3) esforç de tracció adequat (generalment > 150 MPa00-150). La velocitat de propagació de la fractura a la regió activa sol ser de 0,1-1,0 mm/hora. Així, el fracàs es produeix ràpidament.

Quantificació de la susceptibilitat de SCC càustic amb pH i temperatura
Temperatura (oC)|pH|SCC Susceptibilitat del titani grau 2|Temps fins al fracàs a 150 MPa d'estrès (hores)|Pla de prevenció de morfologia d'esquerdes
11 120 Cap > 10.000 Sense esquerdes Pel·lícula passiva estable 130 11 Baixa 5.000-10.000esquerdes poc profundes ocasionalsElimineu l'estrès o la temperatura 140 11 Moderada 1.000-5.000 Esquerdes transgranularUtilitzar 7è o 12è}, 0 {10. Cracking transgranular extensNo recomanat per a grau 2 160 11 Sever 10-100 Grau 2 no adequat 150 10 Baix > 10.000 Sense esquerdament (pH massa baix) Acceptable 150 12 Sever 10-100Fissurament ràpid Grau 2 inadequat 150 11 Fissures post-soldades AZ50 (regió AZ50) Alta necessari alleujar l'estrès
Escalfadors de titani: servei càustic: una guia basada en escenaris-
Condicions de servei severes pH Temperatura (C) Estrès aplicat Titani IdoneïtatAcció recomanada
Rentat càustic, diluït, baixa concentració10 80 Baix Excel·lent Grau estàndard 2
Dipòsit d'emmagatzematge, càustic 12 40 Baix Excel·lent (temperatura baixa) Grau 2 estàndard
Concentració càustica (1r efecte) 11 120 Moderada Acceptable Grau 2 amb inspecció anual
Concentració càustica (efecte final) 11 140 Actualització marginal moderada al grau 7 o 12
Concentració càustica (efecte final) 11 150 Moderada Pobre Grau 2 no recomanat
Digestor de polpa (licor blanc) 12 165 Alt (esforços tèrmics) Aliatge de níquel no adequat (p. ex., aliatge 600)
Refineria d'alúmina (licor Bayer) 13 150 Moderada No adequat Acer al carboni amb revestiment
Sulfurs (reductors) Caustic 11 150 Moderat Molt pobre No apte per al titani
Mitigacions d'enginyeria de SCC càustic
Si s'ha d'utilitzar un escalfador de titani en servei càustic a pH > 10,5 i temperatura > 130 graus, tres mitigacions poden reduir el perill de SCC. La mitigació principal és reduir l'estrès residual. El tractament tèrmic post-soldadura (540 graus durant 1 hora) redueix les tensions residuals a les zones soldades o doblegades. La tensió màxima de servei s'ha de limitar a 100 MPa (aproximadament el 36% del rendiment). La segona mitigació s'actualitza al titani Grau 12 (Ti-0,3 Mo-0,8 Ni). L'ús de molibdè millora l'estabilitat de la pel·lícula passiva a alta temperatura i proporciona un grau 12 amb una millor resistència a l'SCC càustic. El grau 12 no mostra SCC a pressions de fins a 200 MPa a pH 11 i 150 graus. La tercera mitigació és reduir la temperatura entre 10 i 20 graus (per exemple, funcionant a 130 graus en lloc de 150 graus), que disminueix el risc de SCC càustic en un factor de 10 a 100. Si les limitacions del procés impedeixen baixar la temperatura, calen aliatges de grau 12 o de níquel.

Conclusió: pH de combinació de SCC càustic crític superior o igual a 10,5 i T superior o igual a 130 graus per al grau 2 Ti
At the combination of pH 11 and temperature 150°C, grade 2 titanium is susceptible to caustic stress corrosion cracking. The essential values are pH > 10.5 and temperature ≥ 130°C. The most severe cracking occurs at pH 11-12 and 150-200°C. Caustic SCC is unusual below 130°C. Titanium is passive at temperatures below pH 10. Under the condition of pH 11 and 150°C, Grade 2 titanium with tensile stress >100 MPa es trencarien en el rang de 100-1.000 hores. El mecanisme és la dissolució de la pel·lícula passiva a l'hidròxid concentrat, seguida de la propagació d'esquerdes anòdiques. Actualitzeu a titani de grau 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) o reduïu la temperatura de funcionament a menys de 130 graus per al servei càustic de més de 130 graus. Quan demaneu un escalfador de titani per a qualsevol aplicació càustica d'alta temperatura, el subministrament del pH, la temperatura i les tensions previstes al proveïdor permet una selecció adequada del grau (Grau 2 versus Grau 12) i necessita un tractament tèrmic per evitar la fallada del SCC càustic.