Защо термичната обработка след -заваряване (отгряване при 540 градуса) не успява да възстанови пълната устойчивост на корозия на студено{2}}обработено огъване от титанов нагревател?

Когато инженер-технолог специфицира огънат титанов нагревател, който изисква студено огъване и термична обработка след заваряване (PWHT), е важно да се разберат ограниченията на отгряването. Отгряването за 1 час при 540 градуса облекчава остатъчните напрежения и възстановява пластичността, но не и устойчивостта на корозия на студено{3}}обработения участък на огъване. Степента на остатъчна корозия след отгряване е 1,5-2,5 пъти по-голяма от тази на основния метал в сравнение с 5-10 пъти по-висока от тази в извито състояние. Това трайно увреждане е резултат от студено огъване, причиняващо три необратими промени, а именно повърхностно напукване на пасивния филм, утаяване на титанов хидрид по границите на зърната и включвания на титанов оксид, които не могат да бъдат отстранени чрез отгряване. Температурата на отгряване от 540 градуса е твърде ниска, за да рекристализира структурата на зърната (което изисква 650-700 градуса) и твърде ниска, за да разтвори хидридите или да излекува повърхностните фрактури.

Необратимите промени, дължащи се на студено огъване
Extrados (външното огъване) на титаниева тръба, огъната студена до радиус от 5 x OD, се подлага на 10% напрежение на опън. Това напрежение причинява 3 вида повреди: Първо, крехкият TiO2 пасивен филм се разрушава в мрежа от микропукнатини с ширина 1-10 µm. Второ, плътността на дислокациите нараства 100-1000 пъти поради напрежението, което създава предпочитани места за абсорбция на водород и утаяване на хидрид. Трето, повърхностните оксиди и повърхностните замърсители са включени в титановата повърхност. Отгряването при 540 градуса понижава остатъчните напрежения (с 60-80%) и намалява плътността на дислокациите (с 50-70%), но не лекува повърхностните пукнатини - пукнатините остават като физически дупки в пасивното покритие. Температурата на отгряване е недостатъчна за разтваряне на титанов хидрид (> 600 градуса) или рекристализиране на структурата на зърната (> 650 градуса). Вградените повърхностни оксиди остават начални места за локализирана корозия.

Количествено определяне на възстановяването на скоростта на корозия при условия на отгряване Радиус на огъване (×OD) Скорост на корозия (mm/година) в 10% NaCl, 80 градуса Съотношение на скорост на корозия (огъване/родител) Остатъчно напрежение (MPa) Плътност на повърхностни пукнатини (пукнатини/cm)
Основен метал (неогънат) - 0.02 1.0× < 20 0
Като-огъване на студено (без отгряване) 5× 0.15 7.5× 200-250 20-50
Студено огънато + 540 градуса отгряване (1 час) 5× 0.04 2.0× 50-80 15-40 (незаздравено)
Студено огънато + 650 степенно отгряване (рекристализация) 5× 0.025 1.25× < 20 < 5 (частично заздравяване)
Студено огънат + 540 степен + електрополиране 5× 0.022 1.1× 50-80 0 (след полиране)
Горещо огънато (600 градуса по време на огъване, без отгряване след-огъване) 5× 0.025 1.25× 30-50 5-10
Отгряването при 540 градуса намалява скоростта на корозия от 0,15 mm/година до 0,04 mm/година, което съответства на възстановяване от 73%, докато огъването все още корозира с два пъти скоростта на основния метал (0,04 срещу 0,02 mm/година). Рекристализацията отгряване при 650 градуса (което може да деформира тръбата) или електрополиране за отстраняване на счупения повърхностен слой е необходимо за пълно възстановяване до нивата на основния метал.

Управление на корозията след-огъване: Подход,-базиран на сценарий
Работна среда и експлоатационен живот Радиус на огъване Предпочитан стълб-Обработка на огъване Очаквана степен на корозия на огъване (× родител) Жизнеспособност
мека среда (прясна вода, ниско съдържание на хлориди) 5+ години живот 5 × 540 градуса само отгряване 1,5-2,0 × Приемливо
Околна температура на морска вода 3+ години живот 5 × 540 градуса отгряване + електрополиране 1,0-1,2 × Изисква се за надеждност
Морска вода, 60-80 градуса, 2+ години живот 8× Отгряване (540 градуса) + електрополиране 1,0-1,2× Задължително (5× огъване не се препоръчва)
Горещ хлорид (80 градуса, 10% NaCl), всеки живот 8 × минимум 540 градуса отгряване + електрополиране + облекчаване на напрежението 1,0-1,1 × Използвайте горещо огъване вместо студено + отгряване
Киселинна работа (разредена H₂SO₄, 50 градуса) 5 × Отгряване само при 540 градуса 1,5-2,0 × Приемливо при ниска степен на корозия
Критична услуга (фармацевтична, ядрена) > 8× Горещо огъване + електрополиране 1,0× Не се допуска студено огъване
Всяка услуга с не{0}}корозивен газ. Нищо за третиране. Не е приложимо. Корозията не е проблем
Инженерни алтернативи на студеното огъване и отгряване
Горещо огъване (600 до 700 градуса по време на огъване) води до малко студена работа и напукване на повърхността, където се изисква пълна устойчивост на корозия при огъване. Горещо формованата тръба не изисква отгряване след -формата и има степен на корозия в рамките на 10-20% от основния метал. Друг вариант е да използвате заварен колянов фитинг вместо огъната тръба. Заваръчният шев може да бъде инспектиран и термично обработен след заваряването, а зоната на топлинно въздействие е по-малка от повредената област от студено огъване. Третият метод е да се увеличи радиусът на огъване до 8× OD или по-висок, което намалява допълнителното напрежение от 10% на 6,3%, като по този начин се избягва напукване на повърхността и се намалява степента на корозия след отгряване до 1,2-1,5× основен метал без електрополиране.

Заключение: Отгряването при 540 градуса възстановява пластичността, но не и пълната устойчивост на корозия
След{0}}термичната обработка при 540 градуса за 1 час ефективно освобождава остатъчните напрежения и възстановява пластичността на огънат на студено огънат титанов нагревател, но не възстановява пълната устойчивост на корозия. Скоростта на корозия в огъване е 1,5-2,5 пъти по-висока, отколкото в основния метал, поради устойчивостта на повърхностни микропукнатини в пасивното покритие, вградени оксиди и утайки от титанов хидрид, които не се разтварят под 600 градуса. За тежки условия (морска вода над 50 градуса, горещи хлориди, киселини) са необходими допълнителни процедури, като електрополиране за отстраняване на напукания повърхностен слой, горещо огъване вместо студено огъване или използване на по-голям радиус на огъване, за да се получи устойчивост на корозия, сравнима с основния метал. За корозионно обслужване посочете огънат титанов нагревател. Електрополирайте зоната на огъване след отгряване. Това премахва всякакви повърхностни пукнатини и позволява пасивното фолио да бъде равномерно реформирано.