Как распределение частиц интерметаллического Ti₂Fe по размерам в нагревательной трубке из титана Grade 2 коррелирует с плотностью ямок в горячем растворе сульфата алюминия 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 частиц/мм²). Более мелкие частицы размером < 2 мкм и меньшей плотностью < 200 частиц/мм2 демонстрируют гораздо меньшую склонность к точечной коррозии, поэтому срок службы нагревателя предсказуем.

Механизм индуцированного Ti2Fe-питтинга в сульфате алюминия

Плотность гальванического тока к частице Ti2Fe на краю частицы составляет 10-100 мкА/см2, что достаточно для растворения прилегающей титановой матрицы. Горячий сульфат алюминия при температуре 80 градусов дает минимально стабильную пассивную пленку. После образования ямы высокая концентрация сульфата и высокая температура способствуют расширению ямы. Плотность ямок имеет степенную зависимость от плотности частиц: плотность ямок ≈ 0,1 (плотность частиц)0,7. Таким образом, важно управлять распределением частиц Ti$_2$Fe, выбирая правильный материал и термическую обработку, чтобы можно было предсказать и свести к минимуму точечную коррозию при работе с сульфатом алюминия. более крупные частицы приводят к образованию более сильных гальванических пар и ускорению начала ямы.

Количественная корреляция плотности питтинга и частиц

Контрольные металлографические исследования и коррозионные испытания 10% Al 2(SO 4 ) 3 при температуре 80 градусов в течение 500 часов выявили следующие корреляции для титановых труб Grade 2. Образцы с плотностью частиц 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.

Влияние содержания железа и термической обработки на распределение частиц

Распределение частиц Ti2Fe контролируется концентрацией железа и историей термической обработки. Титан марки 1, отожженный на раствор (700 градусов, закалка в воде), с содержанием железа 0,05–0,08 мас.%, имеет плотность частиц менее 50 частиц/мм2 и размер частиц менее 1 мкм. Марка 2 с содержанием железа 0,12 мас.% в мельнице-отожженном состоянии (700 градусов, воздушное охлаждение) имеет плотность 80–150 частиц на мм2 и размер 1–2 мкм. Типичный сорт 2 с содержанием железа 0,20 мас.% в мельнице-отожженном состоянии имеет плотность 200-400 частиц/мм2 и размер 2-4 мм. Высокожелезистая марка 2 (0,25 мас. %) в вытянутом состоянии достигает плотности 400–700 частиц/мм2 и размера 3–6 мкм. Бета-отжиг (медленное охлаждение свыше 900 градусов), несмотря на пониженную плотность, создает значительные участки изъязвлений крупных частиц размером 5-10 мкм.

Применение сульфата алюминия. Подходящее распределение частиц.

В следующей таблице показаны максимально допустимые параметры частиц Ti2Fe для трубок из титана Grade 2 в 10% сульфате алюминия при температуре 80 градусов для желаемого срока службы и максимально приемлемой глубины ямки.

Желаемый срок службы (лет) Макс. глубина ямки (мм) Макс. плотность частиц Ti2Fe (частиц/мм2) Макс. средний размер частиц (мкм) Рекомендации по термообработке
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Отжиг в мельнице (700 градусов Цельсия, воздушное охлаждение)
3 0.30 250–400 3–4 Отожженный + травленный 2 0.50 400–600 4–5 Как-нарисовано (не рекомендуется)<1 >0.50 >600 >5 Не подходит для 2-го уровня «Инженерия за пределами контроля распределения частиц»

Марку титана можно выбрать так, чтобы полностью исключить частицы Ti2Fe. Состояние-отожженное в растворе с содержанием железа менее 0,08 мас.% для класса 1 демонстрирует наименьшую плотность питтинга. Марка 7 (стабилизированная палладием-) сравнима с маркой 2 по содержанию железа, но гальваническое поведение изменено, что снижает плотность питтинговой коррозии на 50–70% при той же дисперсии частиц. В марке 12 присутствуют молибден и никель, которые образуют отчетливые интерметаллиды, менее катодные, чем Ti 2 Fe. Толщина стенки допускает допуск на проникновение ямок. . 2.0 Толщина в мм с умеренными ямками (80 ямок/см^2, глубиной 100 мкм) может прослужить 5–8 лет, толщина 1,2 мм выходит из строя раньше. Обработка поверхности влияет на зарождение ямок. Электрополировка удаляет поверхностный слой, обогащенный частицами Ti2Fe, снижая эффективную плотность частиц.

Информированная спецификация

Для титанового нагревателя класса 2 в горячем растворе сульфата алюминия при температуре 80 градусов укажите максимальную концентрацию железа 0,15 мас.% и состояние отжига в растворе - (700 градусов ± 10 градусов, закалка в воде). Металлографический контроль типового образца при 500-кратном увеличении. Сертификация того, что плотность частиц Ti₂Fe составляет менее 250 частиц на квадратный миллиметр и что ни одна частица не имеет диаметра более 5 микрон. Для важных применений, где питтинг недопустим, используйте титан класса 1 или титан класса 7. Входной контроль. Экспресс-питтинг-тест. Погрузите образец купона в 10% раствор Al2(SO4)3 при температуре 80 градусов на 168 часов и исследуйте при 50-кратном увеличении. Отбраковать партию, если плотность ямок превышает 50 ямок на квадратный сантиметр. Инженер контролирует гранулометрический состав Ti 2 Fe как параметр качества, чтобы уменьшить плотность точечной коррозии и обеспечить прогнозируемый срок службы нагревателя при использовании горячего сульфата алюминия.