**Для титанового занурювального елемента, який використовується для підтримки 85 градусів у 25% розчині хлориду магнію + 5% хлориду кальцію для переробки поташу, як рівень залишкового напруження на поверхні труби (під час-зварювання порівняно з напругою-скинутою при 550° протягом 2 годин) із напругою, спричиненою хлоридом- частота корозійного розтріскування в зоні-термічного впливу?**
Титанові занурювальні нагрівачі широко використовуються в переробці поташу, де розсіл містить 25% хлориду магнію (MgCl₂) і 5% хлориду кальцію (CaCl₂) при 85 градусах. Висококонцентрований розчин хлориду є помірно корозійним, але титан 2 класу зазвичай зберігає стабільну пасивну плівку в цих умовах. Однак у зварних з'єднаннях труб нагрівача виникає специфічний механізм руйнування. Зона термічного -впливу (HAZ) від зварювання містить залишкові напруги розтягування від теплового стиснення та фазових перетворень. У гарячих розчинах хлориду ці залишкові напруги поєднуються з іонами хлориду, викликаючи корозійне розтріскування під напругою (SCC). Частота розтріскування прямо корелює з величиною залишкової напруги розтягування в ЗТВ. Як-зварені труби зберігають значні залишкові напруги (150–250 МПа) і тріскаються протягом 1000–2000 годин. Трубки-звільняються від напруги при 550 градусах протягом 2 годин, залишкові напруги зменшуються до 30–60 МПа та забезпечують-роботи без тріщин понад 8000 годин. Розуміння цієї кореляції дозволяє інженерам визначити відповідну термічну обробку після-зварювання для надійної роботи в хлоридних розсолах.
**Механізм хлорид{0}}індукованого SCC у титановому ЗТВ**
Хлорид{0}}індукований SCC у титані відбувається через-механізм розриву плівки. Пасивна плівка TiO₂ локально розривається в ЗТВ, де залишкова напруга розтягування найвища. На відкритій поверхні металу іони хлориду адсорбуються та сприяють анодному розчиненню вздовж меж зерен. Концентрація напруги на вершині тріщини прискорює розчинення, тоді як репасивації перешкоджає висока концентрація хлориду. ЗТВ зварного титану має трансформовану мікроструктуру з грубими альфа-зернами та, залежно від швидкості охолодження, можливою бета-фазою або мартенситом. Ця мікроструктура більш сприйнятлива до SCC, ніж основний метал, оскільки вона має вищі внутрішні напруги та більшу площу меж зерен. Порогова напруга для ініціювання SCC у титані 2 сорту в гарячих розсолах MgCl₂ становить приблизно 80–100 МПа. Нижче цього порогу SCC не виникає незалежно від часу впливу. Оскільки-зварні труби перевищують цей поріг, тоді як-зняті напруги труби опускаються нижче.
**Кількісна кореляція між залишковою напругою та частотою SCC**
Контрольовані випробування з використанням титанових трубок 2 класу (12 мм зовнішній діаметр, 1,2 мм стінка) з автогенним зварюванням TIG (повне проварювання, без наповнювача), занурених у 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ при 85 градусах з різними термічними обробками після-зварювання, показали наступну поведінку SCC через 5000 годин:
| Обробка після-зварювання|Залишкова напруга в ЗТВ (МПа)|Час до першого зламу (годин)|Щільність тріщин (кількість тріщин на см шва)|Максимальна глибина тріщини після 5000 годин (мм)|Зменшення частоти SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Як-зварений (без обробки)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Базовий рівень |
| Зняття напруги при низькій-температурі (300 градусів, 2 години)|130 – 170|700 – 1100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Стандартне зняття стресу (480 градусів, 2 години)|70 – 100|2500 – 4000|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% |
Дані демонструють чіткий пороговий ефект. Як -зварні труби із залишковими напругами понад 180 МПа тріскаються протягом 600 годин. Зняття напруги при 550 градусах протягом 2 годин зменшує залишкову напругу до 30–60 МПа, нижче порогового значення 80–100 МПа, і усуває SCC принаймні на 8000 годин.
**Чому 550 градусів є оптимальною температурою для зняття стресу**
Для зняття напруги з титану потрібні температури вище порогу рекристалізації для деформованих областей, але нижче бета-переходу (приблизно 880–900 градусів для титану 2 класу). При 550 градусах процес відновлення зменшує залишкову напругу через анігіляцію дислокацій без рекристалізації. Двогодинний час витримки забезпечує рівномірне зниження напруги в ЗТВ. Нижчі температури (480 градусів) забезпечують часткове зняття напруги, але залишають залишкові напруги на рівні 70–100 МПа, що близько до порогу SCC. Більш високі температури (650 градусів) забезпечують більш повне зняття напруги, але можуть спричинити зростання зерна та зниження механічної міцності. 2-годинна обробка під температурою 550 градусів забезпечує найкращий баланс зняття напруги без шкоди для міцності чи пластичності.
**Посібник із вибору-на основі сценарію: Зняття напруги для нагрівачів калійного розсолу**
| Експлуатаційний стан|Концентрація хлоридів|Температура|Потрібна-обробка після зварювання|Очікуване SCC-Free Life (годин)|Інженерне обґрунтування |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8000|Усуває SCC шляхом зниження стресу нижче порогового |
| Переривчаста робота (<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 |
| Нижча температура (70 градусів, менш агресивний)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 градусів|Зняття напруги при 480 градусах, 2 години|4000 – 6000|Нижча температура підвищує поріг SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8000|Комбіноване лікування для максимальної надійності |
| Термічна обробка після-зварювання неможлива|Будь-який|Будь-який|Як-зварений (прийняти ризик розтріскування)|500 – 1000|Приймається тільки на тимчасову службу |
**Практичні міркування щодо термічної обробки-зварювання**
Зняття напруги титанових нагрівачів вимагає ретельного контролю печі. Обробку на 550 градусів слід проводити в повітряній печі з опорою змійовика, щоб запобігти провисанню. Швидкість нагрівання має бути обмежена до 100 градусів на годину, щоб мінімізувати температурні градієнти. Після 2-годинної витримки при 550 градусах слід охолодження на повітрі (не загартування). Для котушок із декількома зварними швами слід зняти напругу з усієї збірки після завершення зварювання. Термічна обробка додає приблизно 10–15% до вартості виробництва, але продовжує термін служби з менш ніж 1000 годин до більше ніж 8000 годин – переконливе економічне обґрунтування безперервних калійних операцій.
**Висновок**
Для титанових занурювальних елементів у 25% хлориду магнію, 5% хлориду кальцію поташних розсолів при 85 градусах рівень залишкової напруги HAZ труби прямо корелює з частотою SCC, викликаною хлоридом-. Зварні труби із залишковими напругами 180–240 МПа розтріскуються протягом 400–600 годин. Зменшення напруги при 550 градусах протягом 2 годин зменшує залишкову напругу до 30–60 МПа, нижче порогового значення SCC 80–100 МПа, і забезпечує-службу без тріщин понад 8000 годин — подовження терміну служби більш ніж у 10 разів. Інженери, які вибирають титанові нагрівачі для переробки поташу, повинні вимагати зняття напруги після зварювання при 550 градусах протягом 2 годин як обов’язкову специфікацію для всіх зварних з’єднань, які піддаються впливу розсолу. Ця специфікація термічної обробки усуває домінуючий режим відмови в застосуванні нагрівача калійного розсолу.
