**За титаниев потопяем елемент, използван за поддържане на 85 градуса в 25% магнезиев хлорид + 5% калциев хлорид саламура за обработка на поташ, как корелира нивото на остатъчното напрежение на повърхността на тръбата (като-заварена спрямо напрежението-освободено при 550 градуса за 2 часа) корелира с напрежението, предизвикано от хлорид- честота на корозионно напукване в топлинно-засегнатата зона?**
Титаниевите потопяеми нагреватели се използват широко в обработката на поташ, където саламурата съдържа 25% магнезиев хлорид (MgCl₂) и 5% калциев хлорид (CaCl₂) при 85 градуса. Висококонцентрираният хлориден разтвор е умерено корозивен, но титанът от степен 2 обикновено поддържа стабилен пасивен филм при тези условия. Въпреки това, специфичен механизъм на повреда възниква при заварени съединения в нагревателните тръби. Термично{7}}засегнатата зона (HAZ) от заваряване съдържа остатъчни напрежения на опън от термично свиване и фазови трансформации. В горещи хлоридни разтвори тези остатъчни напрежения се комбинират с хлоридни йони, за да предизвикат корозионно напукване под напрежение (SCC). Честотата на напукване е пряко свързана с големината на остатъчното напрежение на опън в HAZ. Както -заварените тръби запазват значителни остатъчни напрежения (150–250 MPa) и се напукват в рамките на 1000–2000 часа. Напрежението на тръбите,-освободено при 550 градуса за 2 часа, има остатъчно напрежение, намалено до 30–60 MPa и осигурява-работа без пукнатини след 8000 часа. Разбирането на тази корелация позволява на инженерите да определят подходяща термична обработка след-заваряване за надеждна работа в хлоридни солеви разтвори.
**Механизъм на хлорид-предизвиканата SCC в титанова HAZ**
Хлорид{0}}предизвиканият SCC в титана възниква чрез механизъм-разкъсване на филма. Пасивният TiO₂ филм се счупва локално в HAZ, където остатъчното напрежение на опън е най-високо. На откритата метална повърхност хлоридните йони адсорбират и насърчават анодно разтваряне по границите на зърната. Концентрацията на напрежение на върха на пукнатината ускорява разтварянето, докато повторното пасивиране е възпрепятствано от високата концентрация на хлорид. HAZ на заварен титан има трансформирана микроструктура с едри алфа зърна и, в зависимост от скоростта на охлаждане, възможна бета фаза или мартензит. Тази микроструктура е по-податлива на SCC от основния метал, тъй като има по-високи вътрешни напрежения и повече гранична площ на зърното. Праговото напрежение за иницииране на SCC в титан от клас 2 в горещи солеви разтвори с MgCl₂ е приблизително 80–100 MPa. Под този праг не възниква SCC независимо от времето на експозиция. Тъй като-заварените тръби надвишават този праг, докато-освободените от напрежение тръби падат под него.
**Количествена корелация между остатъчния стрес и SCC честотата**
Контролирани тестове с използване на титанови тръби от клас 2 (12 mm OD, 1,2 mm стена) с автогенни TIG заварки (пълно проникване, без пълнител), потопени в 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ при 85 градуса с различни термични обработки след -заваряване, отчитат следното SCC поведение след 5000 часа:
| Обработка след-заваряване|Остатъчно напрежение при HAZ (MPa)|Време до първото разбиване (часове)|Плътност на пукнатини (пукнатини на cm заваръчен шев)|Максимална дълбочина на пукнатина след 5000h (mm)|Намаляване на честотата на SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Като-заварени (без обработка)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Базово ниво |
| Облекчаване на напрежението при ниска-температура (300 градуса, 2 часа)|130 – 170|700 – 1100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Стандартно облекчаване на стреса (480 градуса, 2 часа)|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% |
Данните демонстрират ясен прагов ефект. Като -заварени тръби с остатъчни напрежения над 180 MPa се напукват в рамките на 600 часа. Освобождаването на напрежението при 550 градуса за 2 часа намалява остатъчното напрежение до 30–60 MPa, под прага от 80–100 MPa, и елиминира SCC за най-малко 8000 часа.
**Защо 550 градуса е оптималната температура за облекчаване на стреса**
Облекчаването на напрежението на титана изисква температури над прага на рекристализация за деформираните области, но под бета трансуса (приблизително 880–900 градуса за титан от степен 2). При 550 градуса процесът на възстановяване намалява остатъчното напрежение чрез унищожаване на дислокация без рекристализация. 2-часовото време на задържане осигурява равномерно намаляване на напрежението в ЗТВ. По-ниските температури (480 градуса) осигуряват частично облекчаване на напрежението, но оставят остатъчни напрежения при 70–100 MPa, което е близо до прага на SCC. По-високите температури (650 градуса) осигуряват по-пълно облекчаване на напрежението, но могат да причинят растеж на зърното и да намалят механичната якост. 550 градуса, 2-часова обработка осигурява най-добрия баланс на облекчаване на напрежението, без да се прави компромис със здравината или пластичността.
**Ръководство за{0}}въз основа на сценарий за избор: Облекчаване на стреса за нагреватели за калиева саламура**
| Работно състояние|Концентрация на хлорид|Температура|Необходима е обработка след-заваряване|Очакван SCC-свободен живот (часове)|Инженерна обосновка |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8000|Елиминира SCC чрез намаляване на стреса под прага |
| Прекъсната работа (<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 |
| По-ниска температура (70 градуса, по-малко агресивен)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 градуса|Облекчаване на стреса при 480 градуса, 2 часа|4000 – 6000|По-ниската температура повишава прага на SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8000|Комбинирана обработка за максимална надеждност |
| Не е възможна топлинна обработка след-заваряване|Всякакви|Всякакви|Като-заварени (приемат риска от напукване)|500 – 1000|Приема се само за временна служба |
**Практически съображения за термична обработка след-заваряване**
Облекчаването на напрежението на титаниеви нагревателни намотки изисква внимателен контрол на пещта. Обработката на 550 градуса трябва да се извърши във въздушна пещ с намотка, поддържана за предотвратяване на провисване. Скоростта на нагряване трябва да бъде ограничена до 100 градуса/час, за да се минимизират топлинните градиенти. 2-часовото задържане при 550 градуса е последвано от въздушно охлаждане (не закаляване). За намотки с множество заварки целият комплект трябва да бъде освободен от напрежението след завършване на всички заварки. Топлинната обработка добавя приблизително 10–15% към разходите за производство, но удължава експлоатационния живот от по-малко от 1000 часа до повече от 8000 часа – убедителна икономическа обосновка за непрекъснати операции с поташ.
**Заключение**
За титаниеви потопяеми елементи в 25% магнезиев хлорид, 5% калциев хлорид поташ саламура при 85 градуса, нивото на остатъчното напрежение в HAZ на тръбата директно корелира с честотата на SCC, предизвикана от хлорид-. Като -заварени тръби с остатъчни напрежения от 180–240 MPa се напукват в рамките на 400–600 часа. Освобождаването на напрежението при 550 градуса за 2 часа намалява остатъчното напрежение до 30–60 MPa, под прага на SCC от 80–100 MPa, и осигурява услуга без-пукнатини след 8000 часа – удължаване на живота с повече от 10 пъти. Инженерите, определящи титаниеви нагреватели за обработка на поташ, трябва да изискват освобождаване на напрежението след заваряване при 550 градуса за 2 часа като задължителна спецификация за всички заварени съединения, изложени на солен разтвор. Тази спецификация за топлинна обработка елиминира доминиращия режим на повреда в приложенията за нагревател на поташ солен разтвор.
