Коли титановий електричний нагрівальний елемент використовується для нагрівання змішаної кислоти, відпрацьованої маринаду (8% соляної кислоти + фтористоводневої 2%) при 85 градусах, чому потрібен титан класу 12 незалежно від товщини стінки?

Фундаментальний компроміс-у виборі сорту титану для травлення змішаною кислотою
Відпрацьований маринований розчин виробництва нержавіючої сталі містить 8% соляної кислоти (HCl) і 2% фтористоводневої кислоти (HF) при 85 градусах. У цій суміші HF атакує пасивне покриття TiO 2 і утворює розчинні фториди титану, тоді як агресивні іони хлориду забезпечують HCl, тому титан 2 класу (комерційно чистий) швидко кородує . 3-8 мм/рік. 3-8 місяців. Молібден і нікель у титані класу 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) стабілізують пасивну плівку в кислотних умовах відновлення та комплексоутворення. Швидкість корозії класу 12 у тому самому розчині становить 0,05-0,15 мм на рік, що в 50-100 разів нижче, ніж у класу 2. Це дослідження ілюструє відсутність будь-якої можливої ​​товщини стінки класу 2 із прийнятним терміном служби та необхідність у класі 12 незалежно від товщини стінки.

Механізм високочастотної атаки: вплив на механічну цілісність
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Ця реакція не обмежується дифузією-, а є хімічною реакцією, і швидкість корозії залежить не від пасивної плівки, а лише від відкритої металевої поверхні. Випробування зануренням ASTM G31 показують, що титан класу 2 має швидкість корозії в 8% HCl + 2% HF при 85 градусах 5 мм на рік (типова). Застосовується лінійна кінетика. d=k * t. Для терміну служби 5 років необхідна товщина стінки становитиме 25 мм-, що неможливо для виробництва труб нагрівача.

Титан класу 12 містить 0,3% молібдену та 0,8% нікелю. Молібден підвищує стійкість пасивної плівки до відновлюючих кислот, утворюючи оксиди молібдену (MoO 2 , MoO 3 ), не сприйнятливі до фторидного комплексоутворення. Нікель покращує катодну рекомбінацію водню, що мінімізує поглинання водню та запобігає гідридній крихкості. Для тієї ж змішаної кислоти швидкість корозії класу 12 становить 0,10 мм на рік. Для терміну служби 5 років необхідна і цілком досяжна товщина стінки 1,0 мм (припуск на корозію 0,5 мм + 0.5 мм структурний).

Вплив на теплові показники: однорідність у всіх класах
Теплопровідність класів 2 і 12 має однакову теплопровідність (клас 2: 17 Вт/м·K; клас 12: 14,5 Вт/м·K при 85 градусах). Нижня 15% провідність Grade 12 збільшує втрату температури за провідністю приблизно на 0,3 градуса для стінки 1,5 мм, що є незначним. Таким чином, при переході до 12-го класу термічне покарання не передбачається.

Компроміс-синтезу: обов’язковий 12 клас
Швидкість корозії рівня (8% HCl + 2% HF, 85 градусів) Необхідна стінка протягом 5 років. Техніко-економічне обґрунтування рекомендовано?
Клас 2 (Ti-CP) 5,0 мм/рік 25 мм Неможливо Ні
Ступінь 2 (Ti-CP) із коефіцієнтом міцності 3x5,0 мм/рік 75 мм Ні Неможливо
Клас 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 мм/рік 10 мм Неможливо (неможливо зігнути стінку 10 мм) Ні
Клас 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 мм/рік 1,0 – 1,2 мм Так Так
12-й клас (товщі для поля) 0,10 мм/рік 1,5 мм Так Так (рекомендовано)
Навіть хороший клас 7 (Ti-Pd) кородує в комбінаціях, що містять HF-, зі швидкістю 2,0 мм на рік, оскільки паладій не протистоїть утворенню фторидних комплексів. Лише молібден-сплави (клас 12 або вище) забезпечують достатню стійкість.

Після-обробка зварювальних швів і розробка стану поверхні Більше ніж клас
Щоб досягти номінальної стійкості до корозії класу 12 у комбінованій кислоті HCl-HF, поверхня не повинна мати забруднення залізом і теплового відтінку. Окислене покриття можна видалити та відновити корозійну стійкість за допомогою травлення після зварювання в 10 % HNO₃ + 2 % розчині HF (та сама суміш кислот) протягом 5–10 хв. Ступінь 12 вимагає особливої ​​уваги до зон зварювання, зона-термічного впливу (ЗТВ) може мати дещо знижений вміст молібдену, спричинений сегрегацією. ЗТВ відновлюється до повної стійкості до корозії, а мікроструктура гомогенізується шляхом після-відпалу при 650 градусах протягом 1 години. Без відпалу ЗТВ може кородувати у 2–3 рази швидше, ніж основний метал, залишаючи стінку товщиною 1,5 мм із ефективним терміном служби 3–4 роки замість 15+.

Висновок: необхідна товщина стінок для 12 класу
Якщо ви нагріваєте відпрацьований розчин кислоти (8% HCl + 2% HF) до 85 градусів за допомогою титанового електричного нагрівального елемента, ви повинні використовувати титан класу 12, незалежно від товщини стінки. Як клас 2, так і клас 7 кородують зі швидкістю від 2 до 8 мм на рік, тому будь-яка практична товщина стінки (менше 5 мм) не буде придатною для -річного обслуговування. Клас 12, 0,3% молібдену, 0,8% нікелю кородує зі швидкістю 0,05–0,15 мм на рік, тому звичайна стінка товщиною 1,2–1,5 мм матиме термін служби 8–15 років. Рекомендована специфікація стосується безшовної титанової труби класу 12 із товщиною стінки 1,5 мм і травленням після зварювання та відпалом після зварювання всіх зварних з’єднань. Надайте виробнику конкретні концентрації HF і HCl, щоб перевірити швидкість корозії. Після вибору відповідного класу (клас 12) товщина стінки є другорядною змінною. Кислоти, що містять HF-, ніколи не повинні бути занесені до класу 2 незалежно від того, наскільки товстою здається стінка.