هنگامی که از یک عنصر گرمایش الکتریکی تیتانیوم برای گرم کردن مشروب ترشی مصرفی اسیدی (هیدروکلریک 8٪ + هیدروفلوریک 2٪) در 85 درجه استفاده می شود، چرا تیتانیوم درجه 12 صرف نظر از ضخامت دیوار مورد نیاز است؟

مبادله اساسی-در انتخاب درجه تیتانیوم برای ترشی اسید مخلوط
ترشی مصرف شده از تولید فولاد ضد زنگ شامل 8٪ اسید کلریدریک (HCl) و 2٪ اسید هیدروفلوئوریک (HF) در دمای 85 درجه است. در این مخلوط، HF به پوشش غیرفعال TiO 2 حمله می‌کند و فلوریدهای تیتانیوم محلول را تشکیل می‌دهد، در حالی که یون‌های کلرید تهاجمی توسط HCl تامین می‌شوند، بنابراین تیتانیوم درجه 2 (تجاری خالص) به سرعت خورده می‌شود. 3-8 میلی‌متر در سال نرخ خوردگی درجه 2 در درجه 2 در 8٪ HCL 5% {9}HCl5%{9} دیوار میلی متر در 3-8 ماه. مولیبدن و نیکل در تیتانیوم درجه 12 (Ti-0.3% Mo-0.8% Ni) فیلم غیرفعال را در شرایط اسیدی کاهش و کمپلکس تثبیت می کند. نرخ خوردگی درجه 12 در همان محلول 0.05-0.15 میلی متر در سال است که 50-100 برابر کمتر از درجه 2 است. این تحقیق عدم وجود ضخامت دیواره درجه 2 با عمر قابل قبول و نیاز به درجه 12 را بدون توجه به ضخامت دیوار نشان می دهد.

مکانیسم حمله HF: تأثیر بر یکپارچگی مکانیکی
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 . این واکنش یک انتشار-محدود نیست بلکه یک واکنش شیمیایی است و نرخ خوردگی به لایه غیرفعال بستگی ندارد بلکه فقط به سطح فلز در معرض دید بستگی دارد. آزمایش‌های غوطه‌وری ASTM G31 نشان می‌دهد که تیتانیوم درجه 2 دارای نرخ خوردگی در 8% HCl + 2% HF در 85 درجه 5 میلی‌متر در سال است (معمولی). سینتیک خطی اعمال می شود. d=k * t. برای یک عمر 5 ساله ضخامت دیوار مورد نیاز 25 میلی متر خواهد بود{18} که برای تولید لوله بخاری قابل انجام نیست.

تیتانیوم درجه 12 دارای 0.3٪ مولیبدن و 0.8٪ نیکل است. مولیبدن با تولید اکسیدهای مولیبدن (MoO 2 , MoO 3 ) که به کمپلکس فلوراید حساس نیستند، مقاومت لایه غیرفعال را در کاهش اسیدها افزایش می دهد. نیکل نوترکیبی هیدروژن کاتدی را بهبود می بخشد، که جذب هیدروژن را به حداقل می رساند و از شکنندگی هیدرید جلوگیری می کند. برای همان اسید مخلوط، نرخ خوردگی درجه 12 0.10 میلی متر در سال است. برای عمر 5 ساله، ضخامت دیوار 1.0 میلی متر (0.5 میلی متر مجاز خوردگی + 0.5 میلی متر ساختاری) ضروری است و کاملاً قابل دستیابی است.

تأثیر بر عملکرد حرارتی: یکنواخت در بین درجات
رسانایی گرمایی درجه 2 و درجه 12 رسانایی حرارتی مشابهی دارند (درجه 2: 17 W/m·K؛ درجه 12: 14.5 W/m·K در 85 درجه). رسانایی 15% پایین درجه 12 افت دمای رسانا را حدود 0.3 درجه برای دیوار 1.5 میلی متری افزایش می دهد که ناچیز است. بنابراین هیچ جریمه حرارتی برای ارتقاء به درجه 12 وجود ندارد.

Trade off Synthesis: درجه 12 الزامی است
نرخ خوردگی درجه (8% HCl + 2% HF، 85 درجه) دیوار مورد نیاز برای عمر 5 ساله امکان سنجی تولید توصیه می شود؟
درجه 2 (Ti-CP) 5.0 میلی متر در سال 25 میلی متر امکان پذیر نیست خیر
درجه 2 (Ti-CP) با ضریب ایمنی 3x5.0 میلی‌متر در سال 75 میلی‌متر غیرممکن
درجه 7 (Ti-0.15% Pd) 2.0 میلی متر در سال 10 میلی متر غیرممکن (نمی توان دیوار 10 میلی متری را خم کرد) خیر
درجه 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) 0.10 میلی متر در سال 1.0 - 1.2 میلی متر بله بله
درجه دوازدهم (ضخیم تر برای حاشیه) 0.10 میلی متر در سال 1.5 میلی متر بله بله (توصیه می شود)
حتی درجه 7 خوب (Ti-Pd) در ترکیبات حاوی HF-به میزان 2.0 میلی متر در سال خورده می شود، زیرا پالادیوم در برابر کمپلکس فلوراید مقاومت نمی کند. فقط آلیاژهای دارای{5}مولیبدن (درجه 12 یا بالاتر) مقاومت کافی دارند.

ارسال-مهندسی عملیات جوش و وضعیت سطح بیش از یک درجه
سطح باید عاری از آلودگی آهن و رنگ حرارتی باشد تا به مقاومت خوردگی درجه 12 در اسید HCl-HF ترکیبی دست یابد. پوشش اکسید شده را می توان با استفاده از ترشی جوش در محلول 10 % HNO3 + 2 % HNO3 (همان مخلوط اسیدی) به مدت 5 تا 10 دقیقه برداشت و مقاومت به خوردگی را بازیابی کرد. درجه 12 به توجه بیشتری به نواحی جوش نیاز دارد، منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) می‌تواند تا حدودی محتوای مولیبدن ناشی از جداسازی را کاهش دهد. HAZ به مقاومت خوردگی کامل خود بازیابی می شود و ریزساختار با آنیل کردن پس از جوش در 650 درجه به مدت 1 ساعت همگن می شود. بدون بازپخت، HAZ می‌تواند 2 تا 3 برابر سریع‌تر از فلز پایه خورده شود و به جای 15+. یک دیوار 1.5 میلی‌متری با عمر مؤثر 3 تا 4 سال باقی بماند.

نتیجه گیری: ضخامت دیوار مورد نیاز برای درجه 12
اگر مشروب ترشی مخلوط اسیدی مصرف شده (8% HCl + 2% HF) را در دمای 85 درجه با عنصر حرارتی الکتریکی تیتانیوم گرم می‌کنید، بدون توجه به ضخامت دیواره‌ای که دارید، باید از تیتانیوم درجه 12 استفاده کنید. هر دو درجه 2 و درجه 7 با سرعت 2 تا 8 میلی متر در سال خورده می شوند، بنابراین هر ضخامت دیواره عملی (زیر 5 میلی متر) برای خدمات چند ساله مناسب نخواهد بود. درجه 12، 0.3٪ مولیبدن، 0.8٪ نیکل در 0.05-0.15 میلی متر در سال خورده می شود، بنابراین یک دیوار معمولی 1.2-1.5 میلی متر عمر مفید 8-15 سال خواهد داشت. مشخصات توصیه شده برای لوله های تیتانیومی درجه 12 بدون درز، با ضخامت دیواره 1.5 میلی متر، و ترشی پس از جوش و بازپخت پس از جوش تمام اتصالات جوش است. برای بررسی میزان خوردگی، غلظت های خاص HF و HCl را در اختیار سازنده قرار دهید. پس از انتخاب درجه مناسب (درجه 12)، ضخامت دیوار یک متغیر ثانویه است. اسیدهای{28}}حاوی HF هرگز نباید به عنوان درجه 2 درج شوند، مهم نیست که دیوار چقدر ضخیم است.