Як розподіл частинок інтерметалічного Ti₂Fe за розміром у трубці нагрівача з титану 2 класу корелює з щільністю ямок у гарячому розчині сульфату алюмінію при 80 градусах?

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 частинок/мм²). Менші частинки < 2 мкм і нижча щільність < 200 частинок / мм2 демонструють набагато меншу схильність до точкової корекції, тому термін служби нагрівача є передбачуваним.

Механізм Ti2Fe-індукованого піттингу в сульфаті алюмінію

Щільність гальванічного струму до частинки Ti2Fe на краю частинки становить 10-100 мкА/см2, чого достатньо для розчинення сусідньої титанової матриці. Гарячий сульфат алюмінію при 80 градусах дає незначно стабільну пасивну плівку. Після створення ями висока концентрація сульфату та висока температура сприяють розширенню ями. Щільність ямки має степеневу залежність від густини частинок: щільність ямки ≈ 0,1 (щільність частинок) 0,7. Таким чином, важливо керувати розподілом частинок Ti$_2$Fe, вибираючи відповідний матеріал і термічну обробку, щоб можна було передбачити та мінімізувати пітінг під час використання сульфату алюмінію. більші частинки призводять до більшого гальванічного зв’язку та прискорюють старт.

Кількісна кореляція щільності пітингу та часток

Контрольне металографічне дослідження та випробування на корозію 10% Al 2(SO 4 ) 3 при 80 градусах протягом 500 годин виявили наступні кореляції для титанових трубок класу 2. Зразки з щільністю частинок Ti 2 Fe<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.

Вплив вмісту заліза та термічної обробки на розподіл частинок

Розподіл частинок Ti2Fe контролюється концентрацією заліза та історією термічної обробки. Титан 1 сорту, відпалений у розчині (700 градусів, загартування водою), з 0,05–0,08 мас.% заліза, має щільність частинок менше 50 частинок/мм2 і розмір частинок менше 1 мкм. Сорт 2 з 0,12 мас.% заліза в-відпаленому стані (700 градусів, повітряне охолодження) демонструє щільність 80–150 частинок на мм2 і розмір 1–2 мкм. Типовий сорт 2 із 0,20 мас.% заліза в стані відпалу на млині має щільність 200-400 частинок/мм2 і розмір 2-4 мм. Високозалізистий сорт 2 (0,25 мас. %) у витягнутому стані досягає щільності 400–700 частинок/мм2 і розміру 3–6 мкм. Бета-відпал (повільне охолодження вище 900 градусів), незважаючи на знижену щільність, створює значні ділянки піттингу грубих частинок 5-10 мкм.

Обслуговування сульфату алюмінію Відповідний розподіл часток

У наведеній нижче таблиці наведено максимально допустимі параметри частинок Ti2Fe для титанових трубок класу 2 у 10% сульфату алюмінію при 80 градусах для бажаного терміну служби та максимально прийнятної глибини виїмки.

Бажаний термін служби (роки) Макс. глибина ямки (мм) Макс. щільність частинок Ti2Fe (частинок/мм2) Макс. середній розмір частинок (мкм) Рекомендації щодо термічної обробки
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Млин відпалений (700 °C, повітряне охолодження)
3 0.30 250–400 3–4 Млин відпалений + протравлений 2 0.50 400–600 4–5 Як-витягнутий (не рекомендовано)<1 >0.50 >600 >5 Не підходить для 2-го рівня інженерії поза контролем розподілу частинок

Сорт титану може бути обраний для повного видалення частинок Ti2Fe. Розчин-відпалений стан із вмістом заліза менше ніж 0,08 мас.% для класу 1 демонструє найнижчу щільність пітингу. Ступінь 7 (стабілізований-паладій) можна порівняти з класом 2 за вмістом заліза, але змінюється гальванічна поведінка, зменшуючи щільність пітінгу на 50–70% для тієї самої дисперсії частинок. У класі 12 присутні молібден і нікель, які утворюють різні інтерметаліди, менш катодні, ніж Ti 2 Fe. Товщина стінки забезпечує допуск до проникнення . 2.0 мм. Товщина з помірним пітингом (80 пітінгів/см^2, глибина 100 мкм) може служити 5–8 років, товщина 1,2 мм виходить з ладу раніше. Оздоблення поверхні впливає на формування ям. Електрополірування видаляє поверхневий шар, збагачений частинками Ti2Fe, зменшуючи ефективну щільність частинок.

Обґрунтована специфікація

Для титанового нагрівача 2 класу в гарячому розчині сульфату алюмінію при 80 градусах вкажіть максимальну концентрацію заліза 0,15 мас.% і умови-відпалу розчину (700 градусів ± 10 градусів, загартування водою). Металографічна перевірка типового зразка при 500-кратному збільшенні. Сертифікація того, що щільність частинок Ti₂Fe становить менше 250 частинок на квадратний міліметр і що жодна частинка не перевищує 5 мікронів у діаметрі. Для важливих застосувань, де неможливе утворення точок, використовуйте титан класу 1 або титан класу 7. Вхідна перевірка. Швидкий тест на пітінг. Занурте зразок зразка в 10% Al2(SO4)3 при 80 градусах на 168 годин і дослідіть під 50-кратним збільшенням. Відбраковуйте партію, якщо щільність кісточок перевищує 50 кісточок на квадратний сантиметр. Інженер контролює розподіл частинок Ti 2 Fe за розміром як параметр якості, щоб зменшити щільність пітінгу та забезпечити прогнозований термін служби нагрівача при використанні гарячого сульфату алюмінію.