Hvordan korrelerer den intermetalliske Ti₂Fe-partikkelstørrelsesfordelingen i et titanvarmerør av grad 2 med tettheten til groper i varm aluminiumsulfatløsning ved 80 grader?

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 partikler/mm²). De mindre partiklene < 2 µm og lavere tetthet < 200 partikler / mm2 viser mye lavere pitting-mottakelighet slik at levetiden til varmeren er forutsigbar.

Mekanisme av Ti2Fe-indusert gropdannelse i aluminiumsulfat

Den galvaniske strømtettheten til Ti2Fe-partikkelen ved kanten av en partikkel er 10-100 μA/cm2, som er nok til å løse opp den tilstøtende titanmatrisen. Varmt aluminiumsulfat ved 80 grader gir en marginalt stabil passiv film. Når en grop er initiert, hjelper den høye konsentrasjonen av sulfat og høy temperatur utvidelsen av gropen. Groptetthet har et kraftlovforhold med partikkeltetthet: groptetthet ≈ 0,1 (partikkeltetthet)0,7. Det er derfor viktig å styre distribusjonen av Ti$_2$Fe-partikler ved å velge riktig materiale og varmebehandling slik at gropdannelse kan forutses og minimeres ved bruk av aluminiumsulfat. større partikler resulterer i større galvaniske par og akselererer pitstart.

Kvantitativ korrelasjon av groptetthet og partikler

Kontrollmetallografisk undersøkelse og korrosjonstesting av 10 % Al 2(SO 4 ) 3 ved 80 grader i 500 timer har avdekket følgende korrelasjoner for grad 2 titanrør. Prøver med Ti 2 Fe partikkeltetthet<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.

Effekt av jerninnhold og varmebehandling på partikkelfordeling

Fordelingen av Ti2Fe-partikler styres av jernkonsentrasjonen og termisk prosesseringshistorie. Grad 1 titan, oppløsning glødet (700 grader, vannkjøling), med 0,05–0,08 vekt% jern, har en partikkeltetthet på mindre enn 50 partikler/mm2 og en partikkelstørrelse på mindre enn 1 µm. Klasse 2 med 0,12 vekt% jern i møllen-glødd tilstand (700 grader, luftkjølt) viser en tetthet på 80–150 partikler per mm2 og en størrelse på 1–2 µm. Typisk klasse 2 med 0,20 vekt% jern i møllen-glødd tilstand har en tetthet på 200-400 partikler/mm2 og en størrelse på 2-4 mm. Høyjernsgrad 2 (0,25 vekt%) i trukket tilstand når en tetthet på 400–700 partikler/mm2 og en størrelse på 3–6 μm. Beta-gløding (langsom avkjøling fra over 900 grader) til tross for redusert tetthet skaper betydelige gropplasseringer av grove partikler 5-10 µm.

Aluminiumsulfatservice Egnet partikkeldistribusjon

Tabellen nedenfor viser de maksimalt tillatte partikkelparametrene for Ti2Fe for grad 2 titanrør i 10 % aluminiumsulfat ved 80 grader for ønsket levetid og maksimal akseptabel gropdybde.

Ønsket levetid (år) Maks gropdybde (mm) Maks Ti2Fe partikkeltetthet (partikler/mm2) Maks gjennomsnittlig partikkelstørrelse (µm) Anbefalt varmebehandling
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Mill glødet (700 grader C, luftkjølt)
3 0.30 250–400 3–4 Mill glødet + syltet 2 0.50 400–600 4–5 Som-tegnet (anbefales ikke)<1 >0.50 >600 >5 Ikke egnet for Grad 2 Engineering Beyond Particle Distribution Control

Titankvaliteten kan velges for å eliminere Ti2Fe-partikler fullstendig. Løsningens-glødede tilstand med jerninnhold mindre enn 0,08 vekt% for klasse 1 viser den laveste groptettheten. Grad 7 (palladium-stabilisert) er sammenlignbar med grad 2 når det gjelder jerninnhold, men den galvaniske oppførselen endres, noe som reduserer tettheten av gropdannelse med 50–70 % for den samme partikkeldispersjonen. I klasse 12 er molybden og nikkel tilstede som produserer distinkte intermetalliske materialer som er mindre katodisk enn Ti 2 Fe. Veggtykkelsen tillater en toleranse for inntrengning av grop . 2.0 mm tykkelse med moderat gropdannelse (80 groper/cm^2, 100 µm dyp) kan vare 5–8 år, en tykkelse på 1,2 mm svikter tidligere. Overflatefinish påvirker gropinitiering. Elektropolering fjerner et overflatelag beriket med Ti2Fe-partikler, og reduserer den effektive partikkeltettheten.

En informert spesifikasjon

For en grad 2 titanvarmer i varm aluminiumsulfatløsning ved 80 grader, spesifiser maksimal jernkonsentrasjon på 0,15 vekt% og løsnings-glødet tilstand (700 grader ± 10 grader, vannkjøling). Metallografisk inspeksjon av en typisk prøve ved 500× forstørrelse. Sertifisering på at Ti₂Fe-partikkeltettheten er mindre enn 250 partikler per kvadratmillimeter og at ingen partikler er større enn 5 mikron i diameter. For viktige bruksområder der gropdannelse ikke kan tillates, bruk grad 1 titan eller grad 7 titan. Innkommende inspeksjon. Rask Pitting Test. Senk en prøvekupong i 10 % Al2(SO4)3 ved 80 grader i 168 timer og undersøk under 50× forstørrelse. Avvis parti hvis groptettheten overstiger 50 groper per kvadratcentimeter. Ingeniøren kontrollerer partikkelstørrelsesfordelingen til Ti 2 Fe som en kvalitetsparameter for å redusere groptettheten og for å sikre forventet levetid for varmeren ved bruk av varmt aluminiumsulfat.