Hvilken titanlegering (grad 7 eller grad 12) gir bedre motstand mot sveisevarme-påvirket soneangrep i en avfallsforbrenningsvasker ved pH 1,5?

Driftsforholdene til våtskrubberne i avfallsforbrenningsanlegg er svært krevende. Røykgassen inneholder hydrogenklorid, svoveldioksid, tungmetallklorider og noen ganger fluorforbindelser. Rensevæsken drives normalt ved pH 1,5–2,5 og temperaturer på 60–80 grader. Titanium nedsenkningsvarmere plassert i disse skrubberne må ikke bare motstå bulkvæsken, men lokaliserte angrep ved sveiser. Den sveisevarme-påvirkede sonen (HAZ) er det mest sårbare området under sveising på grunn av mikrostrukturelle endringer, restspenninger og mulig forurensning. Grade 7 (Ti-0.15Pd) og Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) titanlegeringer ble designet for bedre korrosjonsbestandighet ved reduserende syrer. Men sveise-HAZ-beskyttelsen oppnås av distinkte mekanismer, og derfor er ytelsen spesielt forskjellig i lav-pH, kloridbelastede skrubberforhold.

Sveis HAZ-angrepsmekanismer i våtskrubberforhold

HAZ utsettes for temperaturer på 500 grader opp til like under smeltepunktet under sveising. Denne termiske syklusen i grad 2 titan skaper nålformet alfa-primær martensitt og grove korngrenser som er mer utsatt for syreangrep. Grad 7: Palladium anrikes fortrinnsvis ved korngrensene etter størkning og avkjøling. Den katodiske katalysatoren palladium hjelper rekombinasjon av hydrogen og reduksjon av oksygen. Denne berikelsen beskytter HAZ selv om det passive belegget på grunnmetallet er forringet. Under sveising deler molybden og nikkel seg inn i betafasen i grad 12. Anrikningen av disse legeringselementene i betafasen gir en bedre termodynamisk stabilitet i reduserende syrer. Imidlertid er fordelingen av betafasen i HAZ ikke ensartet, noe som kan forårsake galvaniske celler mellom legerings-utarmede og legerings-anrikede steder.

Kvantitativ sammenligning av sveise-HAZ-angrepsrater

Kontrollert testing i simulert scrubbervæske (pH 1,5, 2000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 grader) har bestemt følgende HAZ-korrosjonshastigheter for hver legering:

Grad 2 (som mottatt, ingen legerende tilsetningsstoffer) HAZ korrosjonshastighet: 0,45 mm/år. Ensartet angrep over hele HAZ med foretrukket korngrenseetsing. Akselerert tynning av sveisearmeringen. 20–30 groper/cm² HAZ-tetthet.

Grad 7 (palladiumstabilisert): 0,08 mm/år korrosjonshastighet i HAZ. Lokalisert beskyttelse gitt av korngrenseanrikning av palladium. HAZ er ofte mer korrosjonsbestandig enn basismetall. Maksimal gropdybde<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Grad 12 (molybden/nikkel): HAZ korrosjonshastighet 0,15 mm/år. Betafaseberikelsen gir god, men ikke konsistent beskyttelse. 2. Mikro-ruet overflate . 2. Selektivt angrep av alfafase ved siden av betarike områder. Maksimal gropdybde 50–80 mm etter 5000 timer

Langsiktig- termisk sykling

Våtskrubberne gjennomgår regelmessig varmesyklus ettersom forbrenningsbelastningen endres. Termisk sykling akselererer forverring i HAZ:

Grad 7 etter 500 termiske sykluser (20 grader til 70 grader): HAZ korrosjonshastighet uendret 0,08 mm/år. Anrikningen i palladium forblir den samme. Sveisetær viser ingen sprekker eller raskt angrep.

Grad 12 HAZ-korrosjonshastighet etter 500 varme sykluser øker til 0,25 mm/år. Mikrosprekker er forårsaket av uoverensstemmelse mellom termisk utvidelse av alfa- og betafaser ved fasegrenser. Utfelling av molybdenkarbid ved korngrenser reduserer korrosjonsmotstanden.

Grad 2 økte HAZ-korrosjonshastigheten til 0,70 mm/år etter 500 varmesykluser. Termisk tretthet forverrer angrep på korngrense. Tær av armering sprekker i sveiser.

Våtskrubber Service Legering Valgveiledning

Følgende beslutningsmatrise hjelper deg med å velge enten Grade 7 eller Grade 12 titan basert på scrubberens driftsforhold og estimert levetid.

Tilstand for skrubber og serviceprioritet Anbefalt legeringskjerne HAZ-beskyttelsesmekanisme Årsak
pH 1,5-2,0, kontinuerlig drift, 5+ år designlevetid Grad 7 Palladium gir enestående, jevn HAZ-beskyttelse. Rettferdiggjør høyere startkostnad med pålitelighet.
pH 2,0-2,5 intermitterende service, lavt kloridnivå (<1,500 ppm) Grade 12 Mo-Ni additions are adequate for less severe service. It is cheaper, Sub-Grade 7.
Scrubber liquor with fluoride (>100 ppm F-) Grade 7 Palladium er mindre utsatt for fluorkompleksdannelse enn molybden. Grad 12 gir løselige molybdenfluorider.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 sykluser per dag) Grad 7 Termisk sykling påvirker ikke palladiumanrikningen. Mikrosprekker ved fasegrense (grad 12)
HAZ korrosjon ettermontering av eksisterende grad 2 varmeapparat. Bytt ut med Grade 7 Grade 12 viser kanskje ikke mye forbedring i forhold til Grade 2 i aggressiv service.
Andre teknikk enn legeringsvalgene

Sveisemetoden er en viktig faktor for HAZ-ytelse uavhengig av legeringskvalitet. Både grad 7 og grad 12 krever tilbake-rensing med argon (oksygen mindre enn 50 deler per million) for å forhindre kontaminering. Høy varmetilførsel (mer over 1,5 kJ/mm) øker bredden på HAZ og reduserer korrosjonsmotstanden. Varmebehandling etter-sveising (550 grader i 30 minutter) reduserer gjenværende belastninger, men er aldri nødvendig for grad 7 på grunn av dens selvbeskyttende palladiumanrikning. For klasse 12 øker PWHT HAZ-korrosjonsmotstanden med 30-40 % på grunn av den mer jevne omfordelingen av molybden. Sveisearmeringen bør slipes i flukt med røroverflaten for å fjerne kilder til spenningskonsentrasjon som begynner å angripe.

Å vite å spesifisere

For a titanium heater on a waste incinerator wet scrubber at pH 1.5, use Grade 7 titanium for any service over 2 years or temperatures over 70°C. Cost-effective Grade 12 for less demanding situations (pH >2,0, temperatur<60°C, no fluorides) In the procurement specification state that weld HAZ samples will be tested in simulated scrubber fluid for 168 hours. Maximum allowed corrosion rate is 0.15 mm per annum. Request weld method qualification documents proving that HAZ microhardness levels do not exceed 220 HV (greater hardness is indicative of contamination or excessive heat input). During operation an annual inspection of the weld HAZ using a portable hardness tester should be conducted. A hardness increase in excess of 20% above the baseline is indicative of degradation needing inquiry. The engineer can confidently choose the alloy with weld HAZ resistance, therefore ensuring reliable heater operation in one of the most chemically demanding industrial situations.