هنگامی که یک لوله گرمکن تیتانیوم درجه 12 به شعاع سه بعدی خم می شود و سپس استرس در 540 درجه کاهش می یابد، چگونه بازیابی کرنش باقیمانده در شعاع بیرونی پتانسیل حفره شدن خود را در 5٪ NaCl در 90 درجه تغییر می دهد؟

تیتانیوم درجه 12 (Ti{9}}0.3Mo-0.8Ni) به دلیل مقاومت بالای آن در حفره شدن، برای لوله‌های بخاری در موقعیت‌های حاوی کلرید استفاده می‌شود. هنگامی که لوله به شعاع محکم 3 ​​برابر قطر لوله خم می شود (3 بعدی)، کرنش کششی پلاستیکی 10 تا 15 درصد در شعاع بیرونی ایجاد می شود. این کار سرد منجر به تنش کششی پسماند، افزایش چگالی نابجایی می‌شود و می‌تواند منجر به جهت‌گیری دانه‌های فاز آلفا{19}} شود. پتانسیل حفره ای پتانسیل الکتروشیمیایی است که در آن چاله های پایدار آغاز می شوند. پتانسیل سوراخ شدن با افزایش کار سرد کاهش می یابد. بازپخت تنش زدایی به مدت 30 دقیقه در 540 درجه مقداری از کرنش را بازیابی می کند، تنش باقیمانده را کاهش می دهد و امکان تبلور مجدد را فراهم می کند. تنش{20}}تسکین یک لوله خم شده، به جای فرورفتگی 150 تا 250 میلی ولت برای یک لوله خمیده بدون تنش زدایی، پتانسیل حفره شدن را فقط 50-100 میلی ولت در مقایسه با حالت خم نشده کاهش می دهد.

مکانیسم بازیابی کرنش باقیمانده و ترمیم پتانسیل حفره ای

تغییر شکل پلاستیک با خم شدن باعث رشد نابجایی ها و انباشته شدن در مرزهای دانه می شود و نقاط انرژی{0} بالا را ایجاد می کند که مکان های ایده آل برای شروع گودال هستند. تنش پسماند کششی در شعاع بیرونی باعث بی ثباتی بیشتر لایه غیرفعال می شود. بازپخت{3}}تسکین استرس در 540 درجه، صعود و نابودی دررفتگی را امکان‌پذیر می‌کند و تراکم دررفتگی را 60-80% کاهش می‌دهد. این روش همچنین تنش کششی باقیمانده را از 150-250 MPa به 30-60 MPa کاهش می دهد. در طول بازپخت، مولیبدن و نیکل در درجه 12 برای غنی‌سازی سطح و بهبود پایداری لایه غیرفعال مجدداً توزیع می‌شوند. فیلم غیرفعال یکنواخت تر می شود، تعداد مکان های فعال برای شروع گودال کاهش می یابد و پتانسیل حفره بازیابی می شود.

پتانسیل کمی حفره در مقابل خم شدن و کاهش استرس

پتانسیل حفره‌ای لوله‌های تیتانیوم درجه 12 تحت آزمایش‌های کنترل‌شده در 5% NaCl در دمای 90 درجه برای موقعیت‌های مختلف ایجاد شده است. برای یک لوله خم نشده و بازپخت (خط پایه)، پتانسیل حفره شدن +0.45 تا +0.60 V در مقابل Ag/AgCl است، پس از 1000 ساعت هیچ حفره‌ای دیده نمی‌شود. برای یک لوله خم شده به شعاع سه بعدی در حالت خم-و بدون تنش، پتانسیل حفره‌شدگی به +0.20 تا +0.35 ولت کاهش می‌یابد و حفره بعد از 100 تا 300 ساعت با عمق گودال 0.1-0.3 میلی‌متر بعد از 500 ساعت شروع می‌شود. برای یک لوله خمیده به شعاع سه بعدی و تنش-که در 540 درجه به مدت 30 دقیقه کاهش می‌یابد، پتانسیل حفره‌شدن به +0.35 تا +0.50 V بازمی‌گردد، حفره‌ها بعد از 500 تا 1500 ساعت اتفاق می‌افتد و عمق گودال 0.05-0.15 میلی‌متر در ساعت است. برای یک لوله خم شده با شعاع 5 بعدی (خم ملایم تر) با کاهش تنش، پتانسیل حفره شدن +0.40 تا +0.55 V است، بسیار نزدیک به خط پایه خم نشده. لوله تا شعاع 3 بعدی خم شد و تنش در 480 درجه کاهش یافت (به اندازه کافی گرم نیست). بازیابی نسبی با پتانسیل حفره‌ای +0.25 تا +0.40 V مشاهده شد.

تأثیر شعاع خمش و دمای تسکین{0}}تنش بر پتانسیل حفره‌ای

بازیابی پتانسیل حفره‌ای به شعاع خمش و دمای کاهش تنش بستگی دارد. خمیدگی سه بعدی به عنوان فرورفتگی بالقوه حفره خمیده 150{21}}250 میلی ولت کمتر از مقدار خم نشده است. کاهش استرس در 480 درجه 30-50 میلی ولت را بازیابی می کند و فرورفتگی 120-200 میلی ولت را به جا می گذارد. کاهش استرس در 540 درجه 100 تا 150 میلی ولت بازیابی می شود و فرورفتگی بین 50 تا 100 میلی ولت باقی می ماند. کاهش استرس در 600 درجه 150-200 میلی ولت بازیابی می شود، اما فرورفتگی 20-50 میلی ولت ایجاد می کند، با این حال این فرآیند ممکن است منجر به تولید آلفا{24}}در صورتی که در یک جو بی اثر انجام نشود. در مورد خمش 5 بعدی، فرورفتگی خم{30} تنها 50-100 میلی ولت است و کاهش تنش در 540 درجه سطح خم نشده را به طور کامل بازیابی می کند. برای یک خم 2 بعدی (سخت تر از 3 بعدی) فرورفتگی خمش 200-350 میلی ولت است. حتی کاهش استرس در 540 درجه، تنها 80-120 میلی ولت را بازیابی می کند و یک فرورفتگی بزرگ ایجاد می کند.

راهنمای انتخاب شعاع خمشی و کاهش استرس سرویس کلرید داغ درجه 12

توصیه‌هایی برای خم کردن لوله‌های هیتر تیتانیوم درجه 12 برای سرویس در 5% NaCl در دمای 90 درجه در جدول زیر نشان داده شده است، به عنوان تابعی از شعاع خم، درمان تنش زدایی و مقاومت مورد نظر در حفره‌ها.

شعاع خمشی (R/D) به عنوان-پتانسیل حفره‌ای خمشی (V در مقابل Ag/AgCl) دمای کاهش استرس (درجه) پست-پتانسیل حفره‌ای تسکین (V در مقابل Ag/AgCl) کاربرد پیشنهادی
خدمات 5 بعدی +0.30 تا +0.45 540 درجه +0.45 تا +0.60 با قابلیت اطمینان بالا
5 بعدی +0.30 به +0.45 هیچ +0.30 تا +0.45 سرویس متوسط
3 بعدی +0.20 تا +0.35 540 درجه +0.35 تا +0.50 کافی با بازرسی 3 بعدی +0.20 تا +0.35 هیچ +0.20 تا +0.35 برای کلرید داغ 2 بعدی +0.05 تا +0.20 540 درجه +0.15 در صورت امکان از +0.15 تا +0.15 توصیه نمی‌شود +0.20 600 درجه (آرگون) +0.25 تا +0.40 حاشیه با مهندسی درمان کاهش استرس درجه 7

پتانسیل ایجاد حفره و بازیابی آزادسازی استرس به درجه تیتانیوم بستگی دارد. درجه 7 دارای پتانسیل حفره شدن پایه 100 تا 200 میلی ولت بالاتر از درجه 12 است، بنابراین حتی یک لوله سه بعدی به عنوان لوله درجه 7 خم شده ممکن است برای بسیاری از کاربردها مناسب باشد (+ 0.30 تا + 0.45 V). ضخامت دیواره بر پتانسیل ایجاد حفره تأثیر نمی گذارد، اما بر زمان انتشار گودال تأثیر می گذارد. 95٪ از یک دیوار 2.0 میلی متری با عمق گودال 0.1 میلی متر باقی می ماند. محیط برای کاهش استرس مهم است. بازپخت در هوا در دمای 540 درجه یک اکسید نازک تولید می کند که مقاومت حفره ای را کاهش نمی دهد، اما آنیل کردن در آرگون یا خلاء ترجیح داده می شود. نرخ سرمایش پس از تنش زدایی تأثیر قابل توجهی بر پتانسیل حفره شدن ندارد.

یک مشخصات آگاهانه ایجاد کنید

برای یک لوله گرمکن تیتانیوم درجه 12 که برای سرویس دهی در 5٪ NaCl در 90 درجه به خمش سه بعدی نیاز دارد، بازپخت{0}}در دمای 540 درجه به مدت 30 دقیقه در محیط آرگون پس از خم شدن مشخص کنید. برای تایید پتانسیل حفره‌شدن، آزمایش قطبش چرخه‌ای را روی نمونه‌ای از لوله خم‌شده و تنش‌زدایی انجام دهید. پتانسیل حفره باید در 100 میلی ولت از مقدار پایه خم نشده +0.45 تا +0.60V باشد. برای خم های محکم تر از 3 بعدی از تیتانیوم درجه 7 استفاده کنید یا شعاع خم را به 5 بعدی افزایش دهید. اگر کاهش استرس قابل دستیابی نیست، عمر مفید کاهش یافته را بپذیرید و ناحیه خم شده را به صورت دوره ای از نظر حفره بررسی کنید. پتانسیل مدار باز{17}}هیتر باید در حین کار کنترل شود، با پتانسیل کمتر از +0.20 V در مقابل Ag/AgCl، خطر ایجاد حفره را افزایش می‌دهد. تنش مهندسی{21}}در 540 درجه پس از خم شدن کاهش می‌یابد تا پتانسیل حفره‌شدگی تیتانیوم درجه 12 به 50 تا 100 میلی‌ولت نسبت به حالت خم‌نشده برگردد، بنابراین تیتانیوم ممکن است در سرویس کلرید داغ به‌طور قابل اعتمادی عمل کند.