**A 25%-os magnézium-klorid + 5%-os kalcium-klorid sóoldatban hamuzsír-feldolgozáshoz használt titán merülőelem esetén hogyan korrelál a cső felületi maradó feszültségszintje (-hegesztett és 550 fokon 2 órán keresztül mentesített feszültség-) a klórion-dukálási gyakorisággal{{8}. hőhatás-zóna?**
A titán merülőmelegítőket széles körben használják a hamuzsír feldolgozásában, ahol a sóoldat 25% magnézium-kloridot (MgCl2) és 5% kalcium-kloridot (CaCl2) tartalmaz 85 fokos hőmérsékleten. Az erősen koncentrált klorid oldat mérsékelten korrozív, de a 2. osztályú titán ilyen körülmények között jellemzően stabil passzív filmet tart fenn. A fűtőcsövek hegesztett kötéseinél azonban sajátos meghibásodási mechanizmus lép fel. A hegesztésből származó hőhatású zóna (HAZ) termikus összehúzódásból és fázisátalakulásból származó maradék húzófeszültséget tartalmaz. A forró klorid oldatokban ezek a maradék feszültségek kloridionokkal kombinálva feszültségkorróziós repedést (SCC) hoznak létre. A repedés gyakorisága közvetlenül korrelál a HAZ-nál jelentkező maradék húzófeszültség nagyságával. Mivel a hegesztett csövek jelentős maradó feszültségeket (150–250 MPa) megtartanak, és 1000–2000 órán belül megrepednek. A 2 órán keresztül 550 fokban feszültségmentesített csövek maradékfeszültsége 30–60 MPa-ra csökken, és 8000 órán túl repedésmentesen működik. Ennek az összefüggésnek a megértése lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy meghatározzák a megfelelő utólagos hegesztési hőkezelést a kloridos sóoldatban végzett megbízható szolgáltatás érdekében.
**A klorid{0}}indukált SCC mechanizmusa titán HAZ-ban**
A titánban a klorid-indukált SCC egy film-szakadási mechanizmus révén jön létre. A passzív TiO₂ film lokálisan megtörik a HAZ-nál, ahol a legnagyobb a maradék húzófeszültség. A szabaddá vált fémfelületen a kloridionok adszorbeálódnak és elősegítik az anódos oldódást a szemcsehatárok mentén. A repedéscsúcs feszültségkoncentrációja felgyorsítja az oldódást, míg az újrapasszivációt akadályozza a magas kloridkoncentráció. A hegesztett titán HAZ-ja átalakult mikroszerkezettel rendelkezik, durva alfa szemcsékkel, és a hűtési sebességtől függően lehetséges béta fázis vagy martenzit. Ez a mikrostruktúra érzékenyebb az SCC-re, mint az alapfém, mivel nagyobb belső feszültségekkel és nagyobb szemcsehatárterülettel rendelkezik. A 2. fokozatú titánban, forró MgCl₂ sóoldatban az SCC iniciáció küszöbfeszültsége körülbelül 80-100 MPa. E küszöbérték alatt az expozíciós időtől függetlenül nem történik SCC. Mivel a hegesztett csövek túllépik ezt a küszöböt, míg a feszültségmentesített csövek ez alá esnek.
**Kvantitatív korreláció a maradék stressz és az SCC gyakoriság között**
Ellenőrzött vizsgálatok 2-es fokozatú titáncsövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es falú) autogén AWI varratokkal (teljes áthatolás, töltőanyag nélkül), 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ oldatba merítve 85 fokon, változó utó-hegesztési hőkezeléssel 00 óra után:
| Hegesztési-utáni kezelés|Maradék feszültség HAZ-nál (MPa)|Az első repedésig eltelt idő (óra)|Repedéssűrűség (repedések hegesztési varrat cm-enként)|Maximális repedésmélység 5000 óra után (mm)|SCC frekvenciacsökkentés |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| As-hegesztett (nincs kezelés)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Alapállapot |
| Alacsony-hőmérsékletű feszültségcsökkentés (300 fok, 2 óra)|130 – 170|700 – 1100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Normál feszültségcsökkentés (480 fok, 2 óra)|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% |
Az adatok egyértelmű küszöbhatást mutatnak. Hegesztett csövek 180 MPa feletti maradékfeszültséggel 600 órán belül megrepednek. Az 550 fokos feszültségmentesítés 2 órán keresztül 30–60 MPa-ra csökkenti a maradék feszültséget, a 80–100 MPa küszöb alá, és legalább 8000 órára megszünteti az SCC-t.
**Miért az 550 fok az optimális stresszoldó hőmérséklet**
A titán feszültségmentesítéséhez a deformált régiók átkristályosodási küszöbértéke feletti, de a béta transzus alatti hőmérsékletre van szükség (körülbelül 880-900 fok a 2. osztályú titán esetében). 550 fokon a helyreállítási folyamat csökkenti a maradék feszültséget a diszlokáció megsemmisítésével, átkristályosítás nélkül. A 2 órás tartási idő egyenletes feszültségcsökkentést biztosít az egész HAZ-ban. Alacsonyabb hőmérséklet (480 fok) részleges feszültségmentességet biztosít, de a maradék feszültséget 70–100 MPa-on hagyja, ami közel van az SCC küszöbértékhez. A magasabb hőmérséklet (650 fok) teljesebb feszültségoldást biztosít, de szemnövekedést és mechanikai szilárdság csökkenését okozhatja. Az 550 fokos, 2 órás kezelés a legjobb egyensúlyt biztosítja a stresszoldás terén, anélkül, hogy az erőt vagy a hajlékonyságot veszélyeztetné.
**Forgatókönyv-Alapon alapuló kiválasztási útmutató: Stresszcsökkentés a hamuzsíros fűtőtestekhez**
| Működési állapot|Klorid koncentráció|Hőmérséklet|Hegesztési-utáni kezelés szükséges|Várható SCC-ingyenes élettartam (óra)|Mérnöki indoklás |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8000|Megszünteti az SCC-t azáltal, hogy a feszültséget a küszöbérték alá csökkenti |
| Szakaszos működés (<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 |
| Alacsonyabb hőmérséklet (70 fok, kevésbé agresszív)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 fok|Stresszoldás 480 fokban, 2 óra|4000 – 6000|Az alacsonyabb hőmérséklet növeli az SCC küszöbértéket |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8000|Kombinált kezelés a maximális megbízhatóság érdekében |
| Nem lehetséges utólagos -hegesztési hőkezelés|Bármilyen|Bármilyen|As-hegesztett (elfogadja a repedésveszélyt)|500 – 1000|Csak ideiglenes szolgálatra elfogadható |
**Gyakorlati szempontok az utólagos{0}}hegesztési hőkezeléshez**
A titán fűtőtekercsek feszültségmentesítése gondos kemenceszabályozást igényel. Az 550 fokos kezelést légkemencében, alátámasztott tekercsben kell elvégezni, hogy megakadályozzuk a megereszkedést. A felfűtési sebességet 100 fok/óra értékre kell korlátozni a termikus gradiensek minimalizálása érdekében. A 2-órás 550 fokos tartást léghűtés követi (nem kioltás). A több hegesztéssel rendelkező tekercseknél a hegesztés befejezése után a teljes szerelvényt feszültségmentesíteni kell. A hőkezelés hozzávetőlegesen 10-15%-kal növeli a gyártási költségeket, de az élettartamot kevesebb mint 1000 óráról több mint 8000 órára meghosszabbítja – ez egy meggyőző gazdasági indok a folyamatos hamuzsírozási műveletekhez.
**Következtetés**
A 25% magnézium-klorid és 5% kalcium-klorid kálium sóoldatban 85 fokos titánból merített elemek esetén a cső HAZ maradékfeszültség-szintje közvetlenül korrelál a klorid-indukált SCC frekvenciával. A 180–240 MPa maradékfeszültségű hegesztett csövek 400–600 órán belül megrepednek. Az 550 fokos feszültségmentesítés 2 órán keresztül 30–60 MPa-ra csökkenti a maradék feszültséget, a 80–100 MPa SCC küszöb alá, és repedésmentes szolgáltatást biztosít 8000 órán túl – az élettartam több mint 10-szeres meghosszabbítása. Azoknak a mérnököknek, akik titán hevítőket írnak elő hamuzsír-feldolgozáshoz, meg kell követelniük az utólagos hegesztési feszültségcsökkentést 550 fokban 2 órán keresztül, mint kötelező előírást minden sóoldatnak kitett hegesztett kötésnél. Ez a hőkezelési specifikáció kiküszöböli a domináns meghibásodási módot a kálium sóoldat-melegítő alkalmazásokban.
