**U cijevi za grijanje od titanijuma 2 koja se koristi za održavanje 85 stepeni u 25% magnezijum hlorida + 5% kalcijum hlorida kalijeve soli, kako nivo površinskog preostalog naprezanja cijevi (-zavaren naspram naprezanja-oslobođen sa 2 sata hlorida} 550 stepena} korespondira{9 hlorida) učestalost pucanja naponske korozije u zoni{10}}zahvaćenoj toplinom?**
Cijevi za grijanje od titana 2. razreda se široko koriste u preradi potaša gdje slana otopina sadrži 25% magnezijum hlorida (MgCl₂) i 5% kalcijum hlorida (CaCl₂) na 85 stepeni. Visoko koncentrirani rastvor hlorida je umereno korozivan, ali titanijum 2. razreda obično održava stabilan pasivni film u ovim uslovima. Međutim, specifičan mehanizam kvara javlja se na zavarenim spojevima u cijevima grijača. Zona -zahvaćena toplinom (HAZ) od zavarivanja sadrži zaostala vlačna naprezanja od termičke kontrakcije i faznih transformacija. U vrućim otopinama hlorida, ova zaostala naprezanja se kombinuju sa jonima klorida da bi se došlo do pucanja od korozije pod naponom (SCC). Učestalost pucanja u direktnoj je korelaciji s veličinom zaostalog vlačnog naprezanja na ZUT. Kako{12}}zavarene cijevi zadržavaju značajna zaostala naprezanja (150–250 MPa) i pucaju u roku od 1000–2000 sati. Naprezanje u cijevima-oslobođenim na 550 stepeni u trajanju od 2 sata imaju zaostala naprezanja smanjena na 30–60 MPa i pružaju uslugu{23}bez pucanja nakon 8000 sati. Razumijevanje ove korelacije omogućava inženjerima da specificiraju odgovarajuću termičku obradu nakon -zavarivanja za pouzdanu upotrebu u hloridnim slanicima.
**Mehanizam SCC izazvanog hloridom-u titanijumskom HAZ**
SCC-indukovana hloridima u titanijumu nastaje kroz mehanizam{1}}rupa filma. Pasivni TiO₂ film se lokalno puca na HAZ-u gdje je zaostalo vlačno naprezanje najveće. Na izloženoj metalnoj površini, joni klorida se adsorbiraju i pospješuju anodno otapanje duž granica zrna. Koncentracija naprezanja na vrhu pukotine ubrzava otapanje, dok je repasivacija otežana zbog visoke koncentracije klorida. HAZ zavarenog titanijuma ima transformisanu mikrostrukturu sa krupnim alfa zrnima i, u zavisnosti od brzine hlađenja, moguću beta fazu ili martenzit. Ova mikrostruktura je podložnija SCC-u od osnovnog metala jer ima veća unutrašnja naprezanja i veću površinu granice zrna. Prag naprezanja za iniciranje SCC u titanijumu 2. razreda u vrućim MgCl₂ salaminama je približno 80–100 MPa. Ispod ovog praga, SCC se ne javlja bez obzira na vrijeme izlaganja. Kako-zavarene cijevi prelaze ovaj prag, dok-cijevi oslobođene naprezanja padaju ispod njega.
**Kvantitativna korelacija između rezidualnog naprezanja i SCC frekvencije**
Kontrolirani testovi korištenjem titanijumskih cijevi razreda 2 (12 mm OD, 1,2 mm stijenke) sa autogenim TIG zavarima (puna penetracija, bez punila) uronjenim u 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ na 85 stepeni s različitim post-termalnim tretmanima nakon zavarivanja nakon 50 SCC00 sati
| Post-Obrada zavarivanja|Preostalo naprezanje u HAZ (MPa)|Vrijeme do prvog kreka (sati)|Gustoća pukotina (pukotine po cm vara)|Maksimalna dubina pukotine nakon 5000h (mm)|SCC redukcija frekvencije |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kao-zavareni (bez tretmana)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Polazna linija |
| Nisko{0}}oslobađanje od stresa (300 stepeni, 2 sata)|130 – 170|700 – 1.100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Standardno oslobađanje od stresa (480 stepeni, 2 sata)|70 – 100|2.500 – 4.000|1 – 3|0,08 – 0,15|75 – 85% |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Podaci pokazuju jasan efekat praga. Kao-zavarene cijevi sa zaostalim naprezanjima iznad 180 MPa pucaju u roku od 600 sati. Oslobađanje od naprezanja na 550 stepeni tokom 2 sata smanjuje zaostalo naprezanje na 30–60 MPa, ispod praga od 80–100 MPa, i eliminiše SCC na najmanje 8000 sati.
**Zašto je 550 stepeni optimalna temperatura za oslobađanje od stresa**
Za ublažavanje naprezanja titanijuma su potrebne temperature iznad praga rekristalizacije za deformisana područja, ali ispod beta transusa (otprilike 880-900 stepeni za titanijum 2. stepena). Na 550 stepeni, proces oporavka smanjuje zaostalo naprezanje kroz anihilaciju dislokacije bez rekristalizacije. Vrijeme zadržavanja od 2 sata osigurava ujednačeno smanjenje naprezanja u cijelom HAZ-u. Niže temperature (480 stepeni) obezbeđuju delimično oslobađanje od napona, ali ostavljaju zaostala napona na 70-100 MPa, što je blizu SCC praga. Više temperature (650 stepeni) obezbeđuju potpunije oslobađanje od naprezanja, ali mogu izazvati rast zrna i smanjiti mehaničku čvrstoću. Dvosatni tretman od 550 stepeni pruža najbolju ravnotežu oslobađanja od stresa bez ugrožavanja čvrstoće ili duktilnosti.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju-: Oslobađanje od stresa za grijače kalijeve soli**
| Radni uvjeti|Koncentracija klorida|Temperatura|Post-Potreban tretman zavarivanja|Očekivani SCC-Slobodan život (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8,000|Eliminiše SCC smanjenjem stresa ispod praga |
| Rad sa prekidima (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 2,500 – 4,000 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Niža temperatura (70 stepeni, manje agresivno)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 stepeni|Oslobađanje od stresa na 480 stepeni, 2 sata|4.000 – 6.000|Niža temperatura povećava SCC prag |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8,000|Kombinirani tretman za maksimalnu pouzdanost |
| Nije moguća termička obrada nakon-zavarivanja|Bilo koji|Bilo koji|Kao-zavareni (prihvatiti rizik od pucanja)|500 – 1.000|Prihvatljivo samo za privremenu uslugu |
**Praktična razmatranja za toplinsku obradu nakon-zavarivanja**
Rasterećenje naprezanja titanijumskih grejača zahteva pažljivu kontrolu peći. Tretman od 550 stepeni treba da se izvodi u vazdušnoj peći sa zavojnicom koja je podržana kako bi se sprečilo opuštanje. Brzina zagrevanja treba da bude ograničena na 100 stepeni/sat da bi se toplotni gradijenti sveli na minimum. Nakon 2-držanja na 550 stepeni slijedi hlađenje zrakom (ne gašenje). Za zavojnice sa višestrukim zavarenim spojevima, cijeli sklop treba osloboditi naprezanja nakon što je zavarivanje završeno. Toplotna obrada dodaje otprilike 10-15% trošku proizvodnje, ali produžava vijek trajanja sa manje od 1000 sati na više od 8000 sati – uvjerljivo ekonomsko opravdanje za kontinuirane operacije potaše.
**Zaključak**
Za cijevi za grijanje od titanijuma 2 u 25% magnezijum hlorida, 5% kalcijum hlorida potaša na 85 stepeni, nivo preostalog naprezanja HAZ cevi direktno korelira sa hloridom-indukovanom SCC frekvencijom. Kao -zavarene cijevi sa zaostalim naponom od 180–240 MPa pucaju u roku od 400–600 sati. Oslobađanje od naprezanja na 550 stepeni u trajanju od 2 sata smanjuje zaostalo naprezanje na 30–60 MPa, ispod SCC praga od 80–100 MPa, i pruža uslugu bez pucanja{18}}i nakon 8000 sati – produženje vijeka trajanja za više od 10×. Inženjeri koji specificiraju grijače titanijuma za preradu potaše treba da zahtijevaju smanjenje napona nakon-zavarivanja na 550 stepeni u trajanju od 2 sata kao obaveznu specifikaciju za sve zavarene spojeve izložene slanoj vodi. Ova specifikacija termičke obrade eliminiše dominantni način kvara u aplikacijama grijača soli za kalij.
