Jak koreluje distribuce velikosti částic intermetalického Ti₂Fe v titanové ohřívací trubici stupně 2 s hustotou důlků v horkém roztoku síranu hlinitého při 80 stupních?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 částic/mm²). Menší částice < 2 µm a nižší hustota < 200 částic / mm2 vykazují mnohem nižší náchylnost k důlkové korozi, takže životnost ohřívače je předvídatelná.

Mechanismus Ti2Fe-indukované důlkové koroze v síranu hlinitém

Hustota galvanického proudu do částice Ti2Fe na okraji částice je 10-100 μA/cm2, což stačí k rozpuštění sousední titanové matrice. Horký síran hlinitý při 80 stupních poskytuje okrajově stabilní pasivní film. Jakmile je jáma iniciována, vysoká koncentrace síranu a vysoká teplota napomáhají expanzi jámy. Hustota důlků má mocninný vztah k hustotě částic: hustota důlků ≈ 0,1 (hustota částice)0,7. Je proto důležité řídit distribuci částic Ti$_2$Fe výběrem vhodného materiálu a tepelného zpracování, aby bylo možné předvídat a minimalizovat důlkovou korozi při provozu síranu hlinitého. větší částice mají za následek větší galvanické páry a urychlují start jam.

Kvantitativní korelace důlkové hustoty a částic

Kontrolní metalografické zkoumání a korozní testování 10% Al 2(SO 4 ) 3 při 80 stupních po dobu 500 hodin odhalilo následující korelace pro titanové trubky Grade 2. Vzorky s hustotou částic Ti 2 Fe<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Vliv obsahu železa a tepelného zpracování na distribuci částic

Distribuce částic Ti2Fe je řízena koncentrací železa a historií tepelného zpracování. Titan 1. stupně, žíhaný v roztoku (700 stupňů, vodní kalení), s 0,05–0,08 % hmotn. železa, má hustotu částic menší než 50 částic/mm2 a velikost částic menší než 1 µm. Stupeň 2 s 0,12 % hmotn. železa v mlýnském-žíhaném stavu (700 stupňů, chlazení vzduchem) vykazuje hustotu 80–150 částic na mm2 a velikost 1–2 µm. Typický stupeň 2 s 0,20 % hmotn. železa v mlýnském-žíhaném stavu má hustotu 200-400 částic/mm2 a velikost 2-4 mm. High-iron Grade 2 (0,25 hm%) v nataženém stavu dosahuje hustoty 400–700 částic/mm2 a velikosti 3–6 μm. Beta žíhání (pomalé ochlazování z více než 900 stupňů) i přes sníženou hustotu vytváří významná důlková místa hrubých částic 5-10 µm.

Služba síranu hlinitého Vhodná distribuce částic

Následující tabulka ukazuje maximální povolené parametry částic Ti2Fe pro titanové trubky Grade 2 v 10% síranu hlinitém při 80 stupních pro požadovanou životnost a maximální přijatelnou hloubku jámy.

Požadovaná životnost (roky) Max. hloubka důlku (mm) Max. hustota částic Ti2Fe (částice/mm2) Maximální průměrná velikost částic (µm)Doporučení pro tepelné zpracování
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Žíhané v mlýně (700 °C, chlazeno vzduchem)
3 0.30 250–400 3–4 Mill žíhané + mořené 2 0.50 400–600 4–5 Jak-nakresleno (nedoporučuje se)<1 >0.50 >600 >5 Není vhodné pro Grade 2 Engineering Beyond Particle Distribution Control

Kvalita titanu může být zvolena tak, aby zcela eliminovala částice Ti2Fe. Stav rozpouštěcího-žíhání s obsahem železa nižším než 0,08 % hmotn. pro stupeň 1 vykazuje nejnižší hustotu důlkové koroze. Stupeň 7 (palladium-stabilizovaný) je srovnatelný se stupněm 2 v obsahu železa, ale galvanické chování se změnilo a snížilo hustotu důlkové koroze o 50–70 % pro stejnou disperzi částic. V jakosti 12 jsou přítomny molybden a nikl, které vytvářejí odlišné intermetalické sloučeniny, které jsou méně katodické než Ti2Fe. Tloušťka stěny počítá s tolerancí proražení důlků . 2.0 mm tloušťky s mírným důlkem (80 důlků/cm^2, hloubka 100 µm) může vydržet 5–8 let, tloušťka 1,2 mm selže dříve. Povrchová úprava ovlivňuje iniciaci jámy. Elektrolytické leštění odstraňuje povrchovou vrstvu obohacenou o částice Ti2Fe, čímž se snižuje efektivní hustota částic.

Informovaná specifikace

U titanového ohřívače 2. stupně v horkém roztoku síranu hlinitého při 80 stupních určete maximální koncentraci železa 0,15 % hmotn. a stav rozpouštěcího -žíhání (700 stupňů ± 10 stupňů, kalení vodou). Metalografická kontrola typického vzorku při 500× zvětšení. Certifikace, že hustota částic Ti2Fe je menší než 250 částic na čtvereční milimetr a že žádné částice nejsou větší než 5 mikronů v průměru. Pro základní aplikace, kde není povolena důlková korekce, použijte titan třídy 1 nebo titan třídy 7. Příchozí kontrola. Rychlý pitting test. Ponořte vzorek do 10% Al2(SO4)3 při 80 stupních po dobu 168 hodin a prohlédněte si při 50násobném zvětšení. Odmítněte šarži, pokud hustota důlků přesáhne 50 důlků na centimetr čtvereční. Technik řídí distribuci velikosti částic Ti2Fe jako parametr kvality pro snížení hustoty důlkové koroze a pro zajištění předpokládané životnosti ohřívače při použití horkého síranu hlinitého.