Hvorfor oppviser en titankappevarmer med en post-sveis varmebehandling ved 600 grader i luft en fire ganger høyere sprekkkorrosjonsrate i 5 % oksalsyre ved 80 grader sammenlignet med et As-sveiset rør?

PWHT av titanmantelvarmere utføres vanligvis ved 540–650 grader for å redusere gjenværende belastninger indusert av sveising. En tykk, flerlags oksidavleiring genereres på titanoverflaten ved 600 grader i luft. Denne skalaen er sammensatt av TiO2, Ti2O3 og TiO og oksygenet er sterkt anriket under det og genererer et alfa-case-lag. Denne oksidskalaen og alfa-tilfellet er kjemisk ustabile i 5 % oksalsyre (H₂C₂O₄) ved 80 grader. Skalaen knekker og flasser av i flere sprekker. Oksalsyre trenger inn i disse sprekkene, konsentrerer fiendtlige arter og øker lokale korrosjonshastigheter. Det as-sveisede røret i syltet eller elektropolert overflate og uten PWHT-oksid har en passiv film som er tynn, tett og motstandsdyktig mot spalteinitiering. Dette resulterer i en fire ganger økning i spaltekorrosjonshastighet i luft-PWHT-rør sammenlignet med -sveisede rør.

Mechanism of PWHT-Indusert akselerasjon av sprekkkorrosjon

Titan blir utsatt for parabolsk oksidasjon i luft ved 600 grader med en skala på 2-5 µm. Oksygen løses opp i metallet og danner et alfa-overflatelag 50–150 µm dypt. Dette laget er skjørt og har en termisk ekspansjonskoeffisient som er forskjellig fra basismetallkoeffisienten. Der det oppstår avkjølte mikro{10}}sprekker i skalaen. Skalaen oppløses ikke-jevnt i oksalsyre og avslører alfa-kasus. Alfa-huset er anodisk til det underliggende metallet, og galvaniske celler er satt opp. Den sprukne skalaen og den eksponerte alfa-casen er naturlige sprekker og øker angrepshastigheten 3 til 5 ganger høyere enn for en ren som-sveiset overflate. Veksten av sprekkkorrosjon skjer først og fremst ved kontakten mellom alfa-huset og basismetallet.

Kvantitative spaltekorrosjonshastigheter under forskjellige varmebehandlingsbetingelser etter sveising.

Kontrollerte tester i 5 % oksalsyre ved 80 grader i 500 timer har blitt brukt for å bestemme sprekkkorrosjonshastigheter for grad 2 titan under flere etter-sveisingsomstendigheter. Spaltekorrosjonshastighet ved sveisetær var 0,08–0,15 mm/år for et -sveiset, syltet rør uten PWHT og en ren overflate med kun mindre angrep. Hastigheten for et rør gitt PWHT ved 540 grader i luft, som resulterte i et lett halmoksid, var 0,20–0,35 mm per år. Dette var det dobbelte av frekvensen for-sveiset tilstand og skala delvis avskallet. Et rør med PWHT ved 600 grader i luft og et blått eller lilla oksid har en hastighet på 0,35–0,65 mm/år, en firedobling i forhold til den -sveisede grunnlinjen, og alvorlige avleiringer og avskallinger. Røret med PWHT ved 650 grader i luft, som danner grått eller hvitt oksid, har en hastighet på 0,60–1,20 mm per år, åtte ganger høyere, med alvorlig avskalling og avskalling. I kontrast viser røret med PWHT ved 600 grader i en argon-inert atmosfære ingen signifikant oksid og har en hastighet på bare 0,06–0,12 mm/år uten akselerasjon.

Effekt av oksalsyrekonsentrasjon og temperatur på akselerasjonsfaktorer

Akselerasjonsfaktoren fra luft-PWHT er omtrent konstant over en rekke oksalsyrekonsentrasjoner og temperaturer. As-sveishastigheten i 5 % oksalsyre ved 60 grader er 0,05–0,10 mm/år og 600 graders luft-PWHT-hastigheten er 0,20–0,40 mm/år, en akselerasjonsfaktor på 4. As-sveishastigheten ved 5 % – 80a grader er 5 % – 0,80a grader mm/år og luften-PWHT-hastigheten er 0,35–0,65 mm/år, en faktor på 4 igjen. As-sveisehastigheten er 0,15–0,25 mm/år, mens luft-PWHT-hastigheten er 0,60–1,00 mm/år ved 10 % oksalsyre og 80 grader, fortsatt en faktor 4. Sveisehastigheten som-er 0,20 mm per år{3}-W, lufthastigheten er 0,3 mm{3} per år{3. 0,80-1,50 mm per år ved 5 % oksalsyre, 100 graders kokeforhold, ved 4× akselerasjon. Den konstante faktoren innebærer at PWHT fører til en overflatetilstand som fremmer den iboende korrosiviteten til syren.

PWHT Management Guideline for oksalsyre

Tabellen nedenfor gir anbefalinger for etter-sveisevarmebehandling (PWHT) for å forhindre sprekkkorrosjon i 5 % oksalsyre ved 80 grader som en funksjon av nødvendig PWHT-temperatur og tilgjengelig atmosfærisk kontroll.

Nødvendig PWHT-temperatur Servicemiljø Anbefalt PWHT-atmosfærepost-PWHT-behandling Forventet sprekkkorrosjonsrate (mm/år)
Eventuell 5 % oksalsyre, 80 grader argon (vakuum også akseptabelt) Ingen 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
Ingen PWHT nødvendig Oksalsyre N/A Syltet overflate 0,08–0,15
PWHT Engineering – Beyond Atmosphere Control

Mengden skade på PWHT avhenger av titankvaliteten. Grad 7 skaper en sammenlignbar oksidskala, men berikelse av skalaen-metallkontakt med palladium gir en viss beskyttelse mot korrosjon under-skala, og reduserer akselerasjonsfaktoren til 2-3 ganger, i motsetning til 4 ganger. Det er moderat fremgang i klasse 12. Veggtykkelse gir en korrosjonstoleranse. En 2,0 mm vegg med en sprekkkorrosjonsrate på 0,5 mm per år vil overleve 4 år. En beising med 20 % salpetersyre pluss 3 % flussyre i 5–10 minutter kan fjerne alfa-beholderlaget og gjenopprette korrosjonsmotstanden til nær den sveiset tilstand. Hvis varmebehandling etter sveising i luft er uunngåelig, bør røret syltes etter varmebehandling.

Lage en informert spesifikasjon

For en titankappevarmer for bruk i 5 % oksalsyre ved 80 grader som krever varmebehandling etter -sveising, spesifiser at PWHT gjøres i en inert atmosfære (argon med oksygen mindre enn 50 ppm) eller i vakuum. Hvis luft-basert PWHT er uunngåelig, spesifiser en post-PWHT beisingsbehandling med minimum 20 % salpetersyre + 3 % flussyre ved 50 grader i 10 minutter med grundig skylling med avionisert vann. Ethvert rør som viser blått, lilla eller grått oksid etter beising bør kastes. Eksisterende varmeovner som har vært luft-PWHT uten ytterligere beising bør rengjøres kjemisk med 10 % sitronsyre ved 60 grader C i 2 timer for å fjerne løs avleiring og en kupong testet i oksalsyre for å bekrefte korrosjonshastigheten. Den firedoblede økningen i sprekker-korrosjonshastighet som forekommer i 5 % oksalsyre ved 80 grader, forhindres ved å regulere PWHT-miljøet og sørge for riktig etterbehandling.{20}