Kaip liekamasis įtempių lygis (atkaitintas ir suvirintas) 5 klasės titaniniuose šildymo vamzdžiuose veikia įtempių korozijos įtrūkimus naudojant metanolio HCl?

Metanolinis HCl (vandenilio chloridas metanolyje) naudojamas sintezuojant vaistus ir specialias chemines medžiagas reakcijoms, kurioms reikalingos bevandenės rūgšties sąlygos. Šios paslaugos šildymo vamzdžiai, pagaminti iš 5 klasės titano (Ti-6Al-4V), yra jautrūs įtempių korozijos įtrūkimams (SCC), ypač kai yra liekamieji įtempiai dėl suvirinimo ar formavimo. Metanolio HCl krekingas yra transgranulinis ir greitai vyksta net kambario temperatūroje, o vandeninis chlorido SCC yra tarpgranulinis. Atkaitinimas, siekiant sumažinti liekamąjį įtampą, žymiai padidina SCC atsparumą. Kiekybiškai įvertinamas liekamojo streso lygio poveikis laikui iki SCC pradžios ir nustatyti reikalavimai 5 laipsniui naudojant metanolio HCl paslaugą.

SCC mechanizmas metanolio HCl
Titanas yra pažeidžiamas metanolio tirpaluose, kuriuose yra chlorido jonų, plėvelės -SCC plyšimo mechanizmo. Metanolio dielektrinė konstanta yra maža, o jo tirpimo galia yra nepakankama, todėl chloro jonai yra prastai apsaugoti. Jie energingai atakuoja pasyviąją plėvelę tempimo įtempimo vietose. Atsiradę įtrūkimai greitai plinta bevandenėmis aplinkybėmis, užkertamas kelias repasyvacijai. Vandens kiekis virš 1-2 % slopina SCC. Kelioms veikloms reikalingos bevandenės sąlygos.

5 klasė pasižymi dviejų-fazių mikrostruktūra (alfa + beta), dėl kurios atsiranda galvaninių fazių skirtumų. Dėl liekamojo tempimo įtempio atsiranda lūžių išilgai alfa-beta sąsajų arba per alfa grūdelius. 5 laipsnio atveju SCC įtempių slenkstis 0,1 % HCl metanolyje yra apie 150–200 MPa.

Liekamojo streso lygiai 5 klasės dalyse
Liekamieji įtempiai yra dideli{0}}suvirintuose 5 klasės vamzdžiuose:

GTAW (dujinis volframo lankinis suvirinimas) suvirinimo zona: 200–400 MPa liekamasis tempimo įtempis (paprastai didesnis už takumo ribą vietoje)

Šilumos veikiama zona (HAZ): 150-300 Mpa

Vamzdžio lenkimas (šaltai sulenktas, įtempimas sumažintas): 100-250 MPa

Ištempti vamzdžiai (be įtempių sumažinimo): 100–200 MPa, išilginis

Atkaitinimas 700-750 laipsnių. C 1-2 valandas vakuume arba argone, visame komponente liekamieji įtempiai yra mažesni nei 50 MPa. 5 klasės takumo riba yra 830–900 MPa (atkaitinta) arba 900–950 MPa (senstant), taigi 50 MPa yra tik 5–6 % derliaus.

SCC inicijavimo laikas (metanolinis HCl)
5 laipsnio U{1}}lenkimo bandinių (ASTM G30) bandymas 1 % HCl bevandeniame metanolyje 25 laipsnių temperatūroje:

Suvirintas (liekamasis įtempis 250-350 MPa ties suvirinimo pirštu): įtrūkimai atsiranda per 2-10 val. Mėginiai lūžę nuo 24 iki 72 valandų. Labiausiai pažeidžiama sritis yra suvirinimo zona.

Sulenkus -(šaltai suformuotas, neįtemptas, liekamasis įtempis 150–250 MPa): įtrūkimai atsiranda po 10–50 valandų. Pertrauka nuo 100 iki 500 valandų.

Atkaitintas (liekamasis įtempis<50 MPa): No cracks seen after 1,000 hours in U-bend testing (residual stress removed, bending stress persists). Applied stress (internal pressure, thermal expansion) may still generate SCC during actual service , however the onset time is extended to 500-1,000+ hours

Atkaitintas + gniuždomasis paviršiaus apdorojimas (šrautas) : liekamieji gniuždymo įtempiai (neigiami) gali visiškai užkirsti kelią lūžių susidarymui . 2 000 valandų, nėra įtrūkimų.

Atkaitinimo poveikis kitoms savybėms [12]
Atkaitinimas sumažina 5 laipsnio stiprumą: takumo riba 900-950 MPa (senstant) iki 830-900 MPa (atkaitinta). Šis sumažinimas dažnai yra priimtinas naudojant šildytuvo vamzdžius, nes veikimo įtempiai yra nedideli (paprastai vidinis slėgis<20 bar, which corresponds to hoop stress <50 MPa). The benefit of annealing (removal of SCC risk) far overweighs the small loss in strength.

5 laipsnio taikymo matrica metanoliniame HCl
Komponento būsena Likučio įtempimo lygis (MPa) SCC pradžios laikas (0,1 % HCl/MeOH, 25 laipsniai) Tinka eksploatuoti
Suvirinta-, nepalengvina streso 250-400 2-10 val. Nr
Kaip-sulenkta (šalta) nepalengvina streso10–50 valandų 150–250 Ne
Kaip-ištrauktas vamzdelis 100-200 50-200 val.No (labai trumpų partijų ribinė vertė)
Atkaitintas (700–750 laipsnių, 1–2 val.)<50 500-1,000+ hrsYes (monitoring)
Atkaitintas + šveitimas Suspaudimas > 2 000 valandų Taip (rekomenduojama atlikti svarbią paslaugą)
Tirpalas apdorotas (didelio stiprumo) sendintas Skirtingas (priklausomai nuo gesinimo) Blogas (didelis liekamasis įtempis) Nerekomenduojama
Praktiniai šildytuvo konstrukcijos pasiūlymai
Titano 5 laipsnio šildytuvo vamzdeliams, naudojant metanolio HCl:

Visi suvirinti mazgai turi būti atkaitinti po suvirinimo. Atkaitinimo temperatūra 700-750 laipsnių, laikymo laikas 1-2 valandos/25 mm storio, argono atmosfera, kad būtų išvengta oksidacijos.

Naudokite vamzdelius be išilginio suvirinimo (besiūlių). Šaltai temptas besiūlis vamzdis vis tiek turi būti atkaitintas.

Nelenkite šaltai. Prieš lenkdami arba karštuoju būdu lenkdami (600–700 laipsnių), naudokite atkaitintus vamzdelius.

Jei chemiškai įmanoma, į procedūrą įpilkite vandens . -0.5-1.0% vandens kiekis padidina SCC atsparumą 10–100 kartų.

Kasmet apžiūrėkite suvirinimo siūles ir posūkius naudodami dažų skvarbą arba sūkurinę srovę.

The residual stress level is the primary governing element of SCC resistance in Grade 5 titanium heating tubes for methanolic HCl application. As-welded components with residual stresses >200 MPa krekas per valandas ar dienas. Atkaitinimas sumažina liekamąjį įtempį iki < 50 MPa, o tai padidina pradžios laiką iki 500-1,000+ val., todėl galima atlikti praktinį aptarnavimą reguliariai tikrinant. Svarbiems darbams, kuriems reikalingas begalinis eksploatavimo laikas, vamzdžio paviršius turi būti nušlifuotas arba nuvalytas lazeriu, kad būtų sukurtas liekamasis gniuždymo įtempis. • 5 klasė: metanolio HCl šildytuvai: „atkaitintas ir sumažintas įtempimas, liekamasis įtempis<50 MPa per ASTM E837" "seamless tubing, hot bent." Do not accept as-welded or cold-bent components, regardless of wall thickness, because SCC will lead to quick failure irrespective of the corrosion allowance. If SCC risk is not tolerable, consider substitution by Grade 7 or Grade 12 which has better resistance to methanolic SCC or add water to the process to suppress cracking.