Как корелира разпределението на размера на частиците на интерметалния Ti₂Fe в титаниева нагревателна тръба от клас 2 с плътността на ямките в горещ разтвор на алуминиев сулфат при 80 градуса?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 частици/mm²). По-малките частици < 2 µm и по-ниската плътност < 200 частици / mm2 показват много по-ниска чувствителност към питинг, така че животът на нагревателя е предвидим.

Механизъм на Ti2Fe-индуциран питинг в алуминиев сулфат

Плътността на галваничния ток към частицата Ti2Fe на ръба на частицата е 10-100 μA/cm2, което е достатъчно за разтваряне на съседната титаниева матрица. Горещият алуминиев сулфат при 80 градуса дава слабо стабилен пасивен филм. След като ямата е започната, високата концентрация на сулфат и високата температура помагат за разширяването на ямата. Плътността на ямата има степенна връзка с плътността на частиците: плътност на ямата ≈ 0,1 (плътност на частиците)0,7. Поради това е важно да се управлява разпределението на Ti$_2$Fe частици чрез избор на подходящ материал и топлинна обработка, така че питингът да може да бъде предсказан и сведен до минимум при обслужване с алуминиев сулфат. по-големите частици водят до по-големи галванични двойки и ускоряват старта в ямата.

Количествена корелация на плътността на питинга и частиците

Контролно металографско изследване и тестване за корозия на 10% Al 2(SO 4 ) 3 при 80 градуса за 500 часа разкриха следните корелации за титанови тръби от клас 2. Проби с плътност на частиците Ti 2 Fe<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Ефект на съдържанието на желязо и термичната обработка върху разпределението на частиците

Разпределението на Ti2Fe частиците се контролира от концентрацията на желязо и историята на термичната обработка. Титан от клас 1, закален в разтвор (700 градуса, закаляване с вода), с 0,05–0,08 тегл.% желязо, има плътност на частиците по-малка от 50 частици/mm2 и размер на частиците по-малък от 1 µm. Степен 2 с 0,12 тегл.% желязо в мелнично-отгрято състояние (700 градуса, въздушно охлаждане) показва плътност от 80–150 частици на mm2 и размер от 1–2 µm. Типичният клас 2 с 0,20 тегл.% желязо в мелнично-закалено състояние има плътност от 200-400 частици/mm2 и размер 2-4 mm. Степен 2 с високо съдържание на желязо (0,25 wt%) в изтеглено състояние достига плътност от 400–700 частици/mm2 и размер от 3–6 μm. Бета отгряването (бавно охлаждане от над 900 градуса) въпреки намалената плътност създава значителни места на питинг от груби частици 5-10 µm.

Служба с алуминиев сулфат Подходящо разпределение на частиците

Следващата таблица показва максимално допустимите параметри на частиците на Ti2Fe за титанови тръби от клас 2 в 10% алуминиев сулфат при 80 градуса за желания експлоатационен живот и максимална приемлива дълбочина на вдлъбнатината.

Желан експлоатационен живот (години) Макс. дълбочина на вдлъбнатината (mm) Макс. плътност на частиците Ti2Fe (частици/mm2) Макс. среден размер на частиците (µm) Препоръка за термична обработка
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Мелница отгрята (700 градуса C, въздушно охлаждане)
3 0.30 250–400 3–4 Мелно закалено + ецване 2 0.50 400–600 4–5 Както-изтеглено (не се препоръчва)<1 >0.50 >600 >5 Не е подходящо за степен 2 инженерство извън контрола на разпределението на частиците

Класът титан може да бъде избран за пълно елиминиране на частиците Ti2Fe. Разтворено-отгрято състояние със съдържание на желязо по-малко от 0,08 тегл.% за клас 1 показва най-ниската плътност на питинг. Степен 7 (стабилизиран с паладий-) е сравним със степен 2 по съдържание на желязо, но галваничното поведение е променено, намалявайки плътността на питинга с 50–70% за същата дисперсия на частиците. В клас 12 присъстват молибден и никел, които произвеждат различни интерметали, които са по-малко катодни от Ti 2 Fe. Дебелината на стената позволява толерантност на проникване . 2.0 мм. Дебелината с умерена питинг (80 ямки/cm^2, дълбочина 100 µm) може да издържи 5–8 години, дебелина от 1,2 mm се разваля по-рано. Повърхностното покритие влияе върху образуването на ями. Електрополирането премахва повърхностния слой, обогатен с Ti2Fe частици, намалявайки ефективната плътност на частиците.

Информирана спецификация

За титанов нагревател от клас 2 в горещ разтвор на алуминиев сулфат при 80 градуса, уточнете максимална концентрация на желязо от 0,15 тегловни % и състояние на -загряване на разтвора (700 градуса ± 10 градуса, охлаждане с вода). Металографска проверка на типична проба при 500 × увеличение. Удостоверение, че плътността на частиците Ti₂Fe е по-малка от 250 частици на квадратен милиметър и че нито една частица не е по-голяма от 5 микрона в диаметър. За съществени приложения, при които не може да се допусне питинг, използвайте титан клас 1 или титан клас 7. Входяща проверка. Тест за бърз питинг. Потопете купон за проба в 10% Al2(SO4)3 при 80 градуса за 168 часа и прегледайте при 50x увеличение. Отхвърлете партидата, ако плътността на ямите надвишава 50 ями на квадратен сантиметър. Инженерът контролира разпределението на размера на частиците на Ti 2 Fe като параметър за качество, за да намали плътността на питинга и да осигури прогнозиран живот на нагревателя при използване на горещ алуминиев сулфат.