Kako distribucija veličine čestica intermetalnog Ti₂Fe u cijevi grijača od titanijuma stepena 2 korelira sa gustinom rupica u vrućoj otopini aluminijum sulfata na 80 stepeni?

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 čestica/mm²). Manje čestice < 2 µm i manja gustina < 200 čestica / mm2 pokazuju mnogo manju osjetljivost na piting tako da je vijek trajanja grijača predvidiv.

Mehanizam pittinga izazvanog Ti2Fe-u aluminijum-sulfatu

Gustoća galvanske struje prema čestici Ti2Fe na rubu čestice je 10-100 μA/cm2, što je dovoljno da se otapa susjedna titanijumska matrica. Vrući aluminijum sulfat na 80 stepeni daje marginalno stabilan pasivni film. Kada se jama pokrene, visoka koncentracija sulfata i visoka temperatura pomažu širenju jame. Gustoća udubljenja ima odnos po stepenu s gustinom čestica: gustina udubljenja ≈ 0,1 (gustina čestica)0,7. Stoga je važno upravljati distribucijom Ti$_2$Fe čestica odabirom odgovarajućeg materijala i termičke obrade tako da se rupičenje može predvidjeti i minimizirati u uporabi aluminijum sulfata. veće čestice rezultiraju većim galvanskim parovima i ubrzavaju početak jame.

Kvantitativna korelacija gustine pitinga i čestica

Kontrolno metalografsko ispitivanje i ispitivanje korozije 10% Al 2(SO 4 ) 3 na 80 stepeni tokom 500 sati otkrilo je sljedeće korelacije za cijevi od titanijuma 2. razreda. Uzorci sa Ti 2 Fe gustinom čestica<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.

Utjecaj sadržaja željeza i toplinske obrade na distribuciju čestica

Distribucija Ti2Fe čestica je kontrolirana koncentracijom željeza i historijom termičke obrade. Titanijum stepena 1, žaren rastvorom (700 stepeni, gašenje vodom), sa 0,05-0,08 tež% gvožđa, ima gustinu čestica manju od 50 čestica/mm2 i veličinu čestica manju od 1 µm. Razred 2 sa 0,12 wt% gvožđa u mlin{12}}žarenom stanju (700 stepeni, vazdušno hlađenje) pokazuje gustinu od 80–150 čestica po mm2 i veličinu od 1–2 µm. Tipični Grade 2 sa 0,20 wt% gvožđa u mlin{22}}žarenom stanju ima gustinu od 200-400 čestica/mm2 i veličinu od 2-4 mm. Visoko gvožđe Grade 2 (0,25 tež.%) u izvučenom stanju dostiže gustinu od 400–700 čestica/mm2 i veličinu od 3–6 μm. Beta žarenje (sporo hlađenje iznad 900 stepeni) uprkos smanjenoj gustini stvara značajna mesta pitting grubih čestica 5-10 µm.

Aluminium Sulfate Service Prikladna distribucija čestica

Sledeća tabela prikazuje maksimalno dozvoljene parametre čestica Ti2Fe za titanijumske cevi stepena 2 u 10% aluminijum sulfata na 80 stepeni za željeni radni vek i maksimalnu prihvatljivu dubinu jame.

Željeni vijek trajanja (godine) Maksimalna dubina udubljenja (mm) Maksimalna gustina Ti2Fe čestica (čestica/mm2) Maksimalna prosječna veličina čestica (µm) Preporuka za toplinsku obradu
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Mlin žaren (700°C, zračno hlađen)
3 0.30 250–400 3–4 mlin žareno + kiselo 2 0.50 400–600 4–5 kao-izvučeno (ne preporučuje se)<1 >0.50 >600 >5 Nije prikladno za inženjering 2. razreda izvan kontrole distribucije čestica

Klasa titana se može odabrati da u potpunosti eliminiše Ti2Fe čestice. Najnižu gustinu pittinga pokazuje stanje-žarenog rastvora sa sadržajem gvožđa manjim od 0,08 tež.% za Grade 1. Stepen 7 (stabiliziran paladijum{7}}) je uporediv sa Gradom 2 po sadržaju gvožđa, ali je galvansko ponašanje promijenjeno, smanjujući gustinu pitinga za 50-70% za istu disperziju čestica. U stupnju 12 prisutni su molibden i nikl koji proizvode različite intermetale koji su manje katodni od Ti 2 Fe. Debljina zida omogućava toleranciju prodiranja udubljenja . 2.0 mm debljine sa umjerenim rupama (80 jama/cm^2, 100 µm dubine) može trajati 5-8 godina, debljina od 1,2 mm ranije propada. Završna obrada površine utiče na početak jame. Elektropoliranjem se uklanja površinski sloj obogaćen česticama Ti2Fe, smanjujući efektivnu gustinu čestica.

Informirana specifikacija

Za grijač titanijuma stepena 2 u vrućem rastvoru aluminijum sulfata na 80 stepeni, navedite maksimalnu koncentraciju gvožđa od 0,15 wt% i stanje -žarenog rastvora (700 stepeni ± 10 stepeni, gašenje vodom). Metalografska inspekcija tipičnog uzorka pri uvećanju od 500x. Potvrda da je gustina Ti₂Fe čestica manja od 250 čestica po kvadratnom milimetru i da nijedna čestica nije veća od 5 mikrona u prečniku. Za osnovne primjene u kojima se ne može dozvoliti pitting, koristite titanijum stepena 1 ili titanijum stepena 7. Incoming Inspection. Rapid Pitting Test. Uronite kupon uzorka u 10% Al2(SO4)3 na 80 stepeni tokom 168 sati i pregledajte pod uvećanjem od 50x. Odbaciti lot ako gustina jama prelazi 50 koštica po kvadratnom centimetru. Inženjer kontroliše distribuciju veličine čestica Ti 2 Fe kao parametar kvaliteta kako bi se smanjila gustina pitinga i osigurao predviđeni vijek trajanja grijača pri korištenju vrućeg aluminij sulfata.