Когато титанов електрически нагревателен елемент се използва за нагряване на смесена киселинна течност от туршия (солна 8% + флуороводородна 2%) при 85 градуса, защо се изисква титан клас 12, независимо от дебелината на стената?

Основен компромис-при избора на клас титан за ецване със смесена киселина
Отработената течност от туршии от производството на неръждаема стомана съдържа 8% солна киселина (HCl) и 2% флуороводородна киселина (HF) при 85 градуса. В тази смес HF атакува пасивното TiO 2 покритие и образува разтворими титаниеви флуориди, докато агресивните хлоридни йони се осигуряват от HCl, така че титан от степен 2 (комерсиално чист) корозира бързо. 3-8 mm/год скорост на корозия за степен 2 в 8% HCl + 2% HF при 85 градуса ще перфорира 2,0 mm стена в 3-8 месеца. Молибденът и никелът в титан клас 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) стабилизират пасивния филм в редуциращи и комплексообразуващи киселинни условия. Степента на корозия на степен 12 в същия разтвор е 0,05-0,15 mm на година, което е 50-100 пъти по-ниска от тази на степен 2. Това изследване илюстрира липсата на каквато и да е осъществима дебелина на стената от степен 2 с приемлив живот и необходимостта от степен 12 независимо от дебелината на стената.

Механизъм на HF атака: Въздействие върху механичната цялост
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Тази реакция не е дифузионно-ограничена, а химическа реакция и скоростта на корозия не зависи от пасивния филм, а само от откритата метална повърхност. Тестовете за потапяне ASTM G31 показват, че титанът от степен 2 има корозионна скорост в 8% HCl + 2% HF при 85 градуса от 5 mm на година (типично). Прилага се линейна кинетика. d=k * t. За живот от 5 години необходимата дебелина на стената ще бъде 25 mm-, което не е изпълнимо за производство на нагревателни тръби.

Титанът клас 12 има 0,3% молибден и 0,8% никел. Молибденът повишава устойчивостта на пасивния филм при редуциращи киселини, като произвежда молибденови оксиди (MoO 2 , MoO 3 ), които не са податливи на образуване на флуоридни комплекси. Никелът подобрява катодната рекомбинация на водорода, което минимизира абсорбцията на водород и избягва хидридната крехкост. За същата смесена киселина скоростта на корозия от степен 12 е 0,10 mm на година. За живот от 5 години е необходима и напълно постижима дебелина на стената от 1,0 mm (0,5 mm корозия + 0.5 mm структурно).

Ефект върху термичните характеристики: еднакво във всички степени
Топлопроводимост Степен 2 и Степен 12 имат сходна топлопроводимост (Степен 2: 17 W/m·K; Степен 12: 14,5 W/m·K при 85 градуса). По-ниската 15% проводимост на степен 12 увеличава загубата на температура при проводимост с около 0,3 градуса за стена от 1,5 mm, което е незначително. Следователно няма топлинно наказание при надграждане до степен 12.

Компромис-синтез: Изисква се степен 12
Степен на корозия (8% HCl + 2% HF, 85 градуса) Необходима стена за 5-годишен живот Производствена осъществимост Препоръчва се?
Степен 2 (Ti-CP) 5,0 mm/година 25 mm Не е възможно Не
Клас 2 (Ti-CP) с фактор на безопасност 3x5,0 mm/година 75 mm Не е невъзможно
Степен 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 mm/година 10 mm Невъзможно (не може да огъне 10 mm стена) Не
Клас 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/година 1,0 – 1,2 mm Да Да
12-ти клас (по-дебел за поле) 0,10 mm/година 1,5 mm Да Да (препоръчително)
Дори добрата степен 7 (Ti-Pd) корозира в комбинации, съдържащи HF-, със скорост от 2,0 mm на година, тъй като паладият не издържа на флуоридно комплексообразуване. Само молибден-съдържащите сплави (клас 12 или по-висок) осигуряват достатъчна устойчивост.

След{0}}обработка на заваръчните шевове и проектиране на състоянието на повърхността Повече от клас
Повърхността трябва да бъде без замърсяване с желязо и топлинен нюанс, за да се постигне номиналната устойчивост на корозия от степен 12 в комбинирана HCl-HF киселина. Окисленото покритие може да бъде отстранено и устойчивостта на корозия да бъде възстановена чрез декапиране след заваряване в 10 % HNO₃ + 2 % разтвор на HF (същата киселинна смес) за 5 до 10 минути. Степен 12 изисква допълнително внимание към зоните на заваряване, зоната-засегната от топлина (HAZ) може да има донякъде намалено съдържание на молибден, причинено от сегрегация. HAZ се възстановява до пълната си устойчивост на корозия и микроструктурата се хомогенизира чрез отгряване след -заваряване при 650 градуса за 1 час. Без отгряване HAZ може да корозира 2–3 пъти по-бързо от основния метал, оставяйки стена от 1,5 mm с ефективен живот от 3–4 години вместо 15+.

Заключение: Необходима дебелина на стената за 12 клас
Ако нагрявате смесена киселинна течност от туршия (8% HCl + 2% HF) при 85 градуса с титаниев електрически нагревателен елемент, трябва да използвате титан клас 12, независимо каква дебелина на стената имате. Както Степен 2, така и Степен 7 ще корозират със скорост от 2 до 8 mm на година, така че всяка практическа дебелина на стената (под 5 mm) няма да е подходяща за много{10}}годишно обслужване. Степен 12, 0,3% молибден, 0,8% никел корозира при 0,05–0,15 mm на година, следователно нормална стена от 1,2–1,5 mm ще има експлоатационен живот от 8–15 години. Препоръчителната спецификация е за безшевни титаниеви тръби от клас 12 с дебелина на стената 1,5 mm и ецване след заваряване и отгряване след заваряване на всички заваръчни съединения. Предоставете на производителя специфичните концентрации на HF и HCl, за да проверите скоростта на корозия. След като бъде избран подходящият клас (клас 12), дебелината на стената е второстепенна променлива. Киселините, съдържащи HF-, никога не трябва да се посочват като степен 2, независимо колко дебела изглежда стената.