**در گرمکنهای غوطهوری تیتانیوم درجه 7 که برای حفظ دمای 85 درجه در 25% کلرید منیزیم + 5% آب نمک پتاس کلرید کلسیم استفاده میشوند، چگونه سطح تنش باقیمانده لوله (بهعنوان-جوش داده شده در برابر تنش-در 550 درجه کاهش مییابد) در 550 درجه کاهش مییابد. فرکانس ترک خوردگی استرس در منطقه تحت تأثیر گرما{10}}**
گرمکن های غوطه وری تیتانیوم درجه 7 (Ti{9}} 0.15% Pd) به طور گسترده در پردازش پتاس استفاده می شود که در آن آب نمک حاوی 25٪ کلرید منیزیم (MgCl2) و 5٪ کلرید کلسیم (CaCl2) در 85 درجه است. محلول کلرید بسیار غلیظ خورنده متوسطی است، اما تیتانیوم درجه 7 به دلیل افزودن پالادیوم، یک لایه غیرفعال پایدار را در شرایط عادی حفظ می کند. با این حال، یک مکانیسم شکست خاص در اتصالات جوش داده شده در لوله های بخاری رخ می دهد. منطقه متاثر از گرما (HAZ) حاصل از جوشکاری حاوی تنشهای کششی پسماند ناشی از انقباض حرارتی و تبدیل فاز است. در محلولهای کلرید داغ، این تنشهای پسماند با یونهای کلرید ترکیب میشوند تا ترک خوردگی تنشی (SCC) ایجاد کنند. فرکانس ترک به طور مستقیم با مقدار تنش کششی باقیمانده در HAZ در ارتباط است. از آنجایی که لولههای جوش داده شده تنشهای پسماند قابل توجهی (150-250 مگاپاسکال) را حفظ میکنند و در عرض 1000-2000 ساعت ترک میخورند. تنش لولهها-در دمای 550 درجه به مدت 2 ساعت کاهش مییابد، تنشهای پسماند به 30 تا 60 مگاپاسکال کاهش مییابد و خدمات رایگان{27} ترک بیش از 8000 ساعت ارائه میدهد. درک این همبستگی به مهندسان اجازه می دهد تا عملیات حرارتی مناسب پس از جوش را برای خدمات قابل اعتماد در آب نمک های کلرید، حتی با افزایش مقاومت تیتانیوم درجه 7، مشخص کنند.
**مکانیسم کلرید{0}}SCC القا شده در تیتانیوم HAZ**
SCC ناشی از کلرید{0}}در تیتانیوم از طریق مکانیسم پارگی لایه- رخ میدهد. فیلم منفعل TiO2 به صورت محلی در HAZ شکسته می شود که در آن تنش کششی پسماند بالاترین میزان است. در سطح فلز در معرض، یونهای کلرید جذب شده و انحلال آندی را در امتداد مرزهای دانه افزایش می دهند. غلظت تنش در نوک ترک انحلال را تسریع میکند، در حالی که غلظت بالای کلرید مانع از فعال شدن مجدد میشود. HAZ تیتانیوم جوش داده شده دارای یک ریزساختار دگرگون شده با دانه های آلفا درشت و بسته به سرعت خنک شدن، فاز بتا یا مارتنزیت ممکن است. این ریزساختار نسبت به فلز اصلی به SCC حساس تر است زیرا تنش های داخلی بالاتر و سطح مرز دانه بیشتری دارد. تنش آستانه برای شروع SCC در تیتانیوم درجه 7 در شورهای داغ MgCl2 تقریباً 100-120 MPa است - به دلیل افزودن پالادیوم کمی بالاتر از درجه 2 (80-100 MPa). در زیر این آستانه، بدون توجه به زمان قرار گرفتن در معرض، هیچ SCC رخ نمی دهد. از آنجایی که{16}لولههای جوششده از این آستانه فراتر میروند، در حالی که لولههای تسکینیافته{17}}به زیر آن میرسند.
**همبستگی کمی بین استرس پسماند و فرکانس SCC**
آزمایشهای کنترلشده با استفاده از لولههای تیتانیوم درجه 7 (12 میلیمتر OD، دیواره 1.2 میلیمتری) با جوشهای TIG خودزا (نفوذ کامل، بدون پرکننده) غوطهور در 25% MgCl2، 5% CaCl2 در 85 درجه با رفتارهای حرارتی متفاوت پس از جوشکاری پس از 50 ساعت SCC زیر را گزارش کنید:
| ارسال-درمان جوش|تنش پسماند در HAZ (MPa)|زمان تا اولین کرک (ساعت)|تراکم ترک (ترک در هر سانتی متر جوش)|حداکثر عمق ترک بعد از 5000 ساعت (mm)|کاهش فرکانس SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| به عنوان-جوش داده شده (بدون درمان)|180 – 240|800 – 1200|4 - 8|0.25 - 0.40|پایه |
| کاهش استرس در دمای پایین (300 درجه، 2 ساعت)|130 – 170|1200 – 1800|3 – 6|0.15 – 0.30|35 – 45 درصد |
| کاهش استرس استاندارد (480 درجه، 2 ساعت)|70 – 100|3000 – 4500|0.5 – 2|0.05 - 0.10|75 – 85 درصد |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >10,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >12,000 | 0 | 0.00 | 100% |
داده ها یک اثر آستانه واضح را نشان می دهد. به عنوان-لولههای جوشی درجه 7 با تنشهای پسماند بالای 180 مگاپاسکال در عرض 800 تا 1200 ساعت ترک میخورند - بهدلیل اثر محافظتی پالادیوم، بسیار دیرتر از درجه 2 (300 تا 500 ساعت). کاهش استرس در دمای 550 درجه به مدت 2 ساعت، تنش باقیمانده را به 30 تا 60 مگاپاسکال، زیر آستانه 100 تا 120 مگاپاسکال کاهش می دهد و SCC را برای حداقل 10000 ساعت از بین می برد.
**چرا 550 درجه دمای کاهش استرس بهینه برای تیتانیوم درجه 7 است**
کاهش تنش تیتانیوم درجه 7 به دماهای بالاتر از آستانه تبلور مجدد برای نواحی تغییر شکل یافته اما زیر ترانوس بتا (تقریباً 880-900 درجه) نیاز دارد. در 550 درجه، فرآیند بازیابی تنش باقیمانده را از طریق نابودی نابجایی بدون تبلور مجدد کاهش می دهد. افزودن پالادیوم به طور قابل توجهی دمای کاهش تنش بهینه را تغییر نمی دهد. زمان نگهداری 2 ساعته کاهش تنش یکنواخت را در سراسر HAZ تضمین می کند. دماهای پایین تر (480 درجه) تنش نسبی را کاهش می دهند اما تنش های پسماند را در 70-100 مگاپاسکال باقی می گذارند که نزدیک به آستانه SCC برای درجه 7 (100-120 مگاپاسکال) است. دمای بالاتر (650 درجه) تنش کامل تری را کاهش می دهد اما می تواند باعث رشد دانه ها و کاهش استحکام مکانیکی شود. درمان 550 درجه و 2 ساعته بهترین تعادل را برای کاهش استرس بدون به خطر انداختن استحکام یا شکلپذیری فراهم میکند.
**سناریو-راهنمای انتخاب مبتنی بر: کاهش استرس برای بخاریهای آب نمک پتاس**
| شرایط عملیاتی|غلظت کلرید|دما|ارسال-درمان جوش مورد نیاز|SCC مورد انتظار-زندگی رایگان (ساعت)|توجیه مهندسی |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10000|SCC را با کاهش تنش زیر آستانه |
| عملیات متناوب (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 3,000 – 4,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| دمای پایین تر (70 درجه، کمتر تهاجمی)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 درجه|کاهش استرس در 480 درجه، 2 ساعت|5000 – 7000|دمای پایین تر آستانه SCC را افزایش می دهد |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10000|درمان ترکیبی برای حداکثر قابلیت اطمینان |
| عملیات حرارتی پس از{0}جوش امکان پذیر نیست|هر|هر|به عنوان-جوش داده شده (خطر ترک خوردگی را بپذیرید)|800 – 1200|قابل قبول فقط برای سرویس موقت |
** ملاحظات عملی برای عملیات حرارتی پس از جوش{0}**
تنش زدایی کویل های هیتر تیتانیومی نیاز به کنترل دقیق کوره دارد. عملیات 550 درجه باید در یک کوره هوا با کویل پشتیبانی شود تا از افتادگی جلوگیری شود. سرعت گرمایش باید به 100 درجه در ساعت محدود شود تا گرادیان های حرارتی به حداقل برسد. پس از 2{8}}نگهداری در دمای 550 درجه، هوا خنک میشود (نه خاموش کردن). برای سیمپیچهایی با جوشهای متعدد، پس از اتمام تمام جوشکاری، کل مجموعه باید از تنش خارج شود. عملیات حرارتی تقریباً 10 تا 15 درصد به هزینه ساخت اضافه می کند، اما عمر مفید را از کمتر از 1200 ساعت به بیش از 10000 ساعت افزایش می دهد - یک توجیه اقتصادی قانع کننده برای عملیات مداوم پتاس.
**نتیجه گیری**
برای گرمکن های غوطه وری تیتانیوم درجه 7 در 25% کلرید منیزیم، 5% نمک پتاس کلرید کلسیم در 85 درجه، سطح تنش باقیمانده HAZ لوله مستقیماً با فرکانس SCC القاء شده از کلرید-همبستگی دارد. به عنوان لولههای جوشی با تنشهای پسماند 180 تا 240 مگاپاسکال در عرض 800 تا 1200 ساعت ترک میخورند (به دلیل اثر محافظتی پالادیوم نسبت به درجه 2 تاخیر دارد). کاهش استرس در دمای 550 درجه به مدت 2 ساعت، تنش باقیمانده را به 30 تا 60 مگاپاسکال، زیر آستانه SCC 100 تا 120 مگاپاسکال، کاهش میدهد و خدمات رایگان{20}کرک را بیش از 10000 ساعت ارائه میکند. مهندسانی که بخاریهای تیتانیوم درجه 7 را برای پردازش پتاس مشخص میکنند، باید بهعنوان یک مشخصات اجباری برای همه اتصالات جوشکاری شده در معرض آب نمک، نیاز به کاهش تنش پس از جوش{25}در 550 درجه به مدت 2 ساعت داشته باشند. این مشخصات عملیات حرارتی حالت شکست غالب در کاربردهای بخاری آب نمک پتاس را حذف می کند.
