**A 25%-os magnézium-klorid + 5%-os kalcium-klorid hamuzsír sóoldatban 85 fokos hőmérséklet fenntartására használt titánköpenyű tekercs esetén milyen minimális hegesztési feszültségcsökkentés utáni-hőmérséklet (480 fok vs{5}} fok 2 órán keresztül) csökkenti a feszültségi korróziós repedés gyakoriságát a hegesztési hőzónában **9%-kal?**0%-kal?
A titánburkolatú tekercseket széles körben használják a hamuzsír feldolgozásában, ahol a sóoldat 25% magnézium-kloridot (MgCl2) és 5% kalcium-kloridot (CaCl2) tartalmaz 85 fokos hőmérsékleten. Az erősen tömény klorid oldat mérsékelten korrozív, de a 2. osztályú titán normál körülmények között stabil passzív filmet tart fenn. A fűtőtekercsek 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 hegesztési feszültségcsökkentés-csökkenti a maradék feszültséget és megszünteti az SCC-t. Az SCC frekvencia 90%-os csökkentéséhez szükséges minimális feszültségmentesítési hőmérséklet 480 és 550 fok között van. A feszültségmentesítési hőmérséklet, a maradék feszültség és az SCC-frekvencia közötti kapcsolat megértése lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy meghatározzák a megfelelő hőkezelést a kálium sóoldat megbízható szolgáltatásához.
**A klorid -indukált SCC és stresszoldó mechanizmusa**
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 kloridionok adszorbeálódnak a szabaddá vált fémfelületen, és elősegítik az anódos oldódást a szemcsehatárok mentén. A repedéscsúcs feszültségkoncentrációja felgyorsítja az oldódást, míg az újrapasszivációt akadályozza a magas kloridkoncentráció. A 2. fokozatú titánban, forró MgCl₂ sóoldatban az SCC iniciáció küszöbfeszültsége körülbelül 80-100 MPa. E küszöbérték alatt SCC nem fordul elő. A hegesztési feszültség{11}}elvezetése csökkenti a maradék feszültséget azáltal, hogy lehetővé teszi a diszlokáció megsemmisülését és a feszültség lazítását. A stresszoldás hatékonysága a hőmérséklettől függ: a magasabb hőmérséklet hatékonyabban csökkenti a stresszt. A 2 órán át tartó 550 fokos feszültségmentesítési hőmérséklet 180–240 MPa-ról (hegesztett állapotban) 30–60 MPa-ra csökkenti a maradék feszültséget – jóval a 80–100 MPa SCC küszöb alatt. A 480 fokos hőmérséklet 2 órán keresztül 70-100 MPa-ra csökkenti a maradék feszültséget – közel a küszöbértékhez, és csak részleges védelmet biztosít.
**Kvantitatív korreláció a stresszoldó hőmérséklet és az SCC-frekvencia között**
Ellenőrzött tesztek 2-es fokozatú titáncsövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es fal) autogén AWI varratokkal (teljes áthatolás, töltőanyag nélkül), amelyeket különféle hegesztési utólagos hőkezeléseknek vetettek alá, és 25% MgCl₂ és 5% CaCl₂ oldatba merítve 80 órával a következő SCC0 fokon.
| Hegesztési hegesztési hőkezelés-|Hőmérséklet ( fok )|Tartási idő (óra)|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)|N/A|N/A|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Alapállapot |
| Alacsony-hőmérsékletű stresszoldás|300|2|130 – 170|700 – 1100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Szabványos stresszoldás|450|2|90 – 120|1500 – 2200|2 – 5|0,15 – 0,30|60 – 70% |
| Stresszoldás|480|2|70 – 100|2500 – 4000|1 – 3|0,08 – 0,15|75 – 85% |
| Stresszoldás|520|2|45 – 70|5000 – 7000|0 – 1 |<0.05 | 90 – 95% |
| Stress relief | 550 | 2 | 30 – 60 | >8,000 | 0 | <0.02 | >98% |
| Full anneal | 650 | 1 | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Az adatok azt mutatják, hogy 520-550 fokos feszültségmentesítő hőmérséklet 2 órán keresztül 90-98%-kal csökkenti az SCC gyakoriságát. 480 fokon a csökkenés csak 75-85%, így a maradék feszültség 70-100 MPa között marad – közel a 80-100 MPa SCC küszöbhöz. Az SCC 90%-os csökkentésének kritikus hőmérséklete körülbelül 520 fok.
**Miért az 520–550 fok az optimális feszültségcsökkentési tartomány**
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). 520-550 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. 480 fokban a helyreállítási folyamat kevésbé teljes, mivel a termikus aktiválási energia nem elegendő a teljes diszlokációs mozgáshoz. A maradék feszültség 70-100 MPa marad, ami azon a tartományon belül van, ahol az SCC még előfordulhat, bár csökkentett mértékben. 550 fokos szögben a maradék feszültség 30-60 MPa-ra csökken, jóval az SCC küszöbérték alá, ami lényegében teljes SCC védelmet biztosít.
**Forgatókönyv-Alapú kiválasztási útmutató: Stresszoldó hőmérséklet káliumsós fűtőberendezésekhez**
| Működési állapot|Klorid koncentráció|Hőmérséklet|Ajánlott stresszoldó hőmérséklet|Várható SCC{0}}ingyenes élettartam (óra)|Mérnöki indoklás |
|--------------------|----------------------|-------------|---------------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | 550°C, 2 hours | >8000|Csökkenti a stresszt a<60 MPa; >98%-os SCC-csökkentés |
| Normál működés, 5000 órás kampány|25% MgCl2 + 5% CaCl2|85 fok|520 fok, 2 óra|5000 – 7000|90–95%-os SCC csökkenés; 5000h-ra elegendő |
| Szakaszos működés (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | 480°C, 2 hours | 2,500 – 4,000 | 75–85% reduction; adequate for shorter campaigns |
| Alacsonyabb hőmérséklet (70 fok, kevésbé agresszív)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 fok|480 fok, 2 óra|4000 – 6000|Az alacsonyabb hőmérséklet növeli az SCC küszöbértéket |
| Nem lehetséges utólagos{0}}hegesztési hőkezelés|Bármilyen|Bármilyen|As-hegesztett (kockázat elfogadása)|500 – 1000|Csak ideiglenes szolgálatra elfogadható |
**Gyakorlati szempontok a stresszoldó hőkezeléshez**
A titán fűtőtekercsek feszültségmentesítése gondos kemenceszabályozást igényel. A hőmérsékletnek egyenletesnek kell lennie a teljes tekercsben (±10 fok), hogy biztosítsa az egyenletes feszültségcsökkentést. A felfűtési sebességet 100 fok/óra értékre kell korlátozni a termikus gradiensek minimalizálása érdekében. A 2-órás hőmérséklettartást levegőhűtés követi (nem oltás). 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-kloridot és 5% kalcium-kloridot tartalmazó kálium-sóoldatban 85 fokos titánburkolatú tekercseknél 520–550 fokos hegesztési feszültségmentesítési hőmérséklet 2 órán keresztül 90–98%-kal csökkenti a feszültségkorróziós repedés gyakoriságát a hegesztési hővel érintett zónában. 480 fokon a csökkenés csak 75-85%, így a maradék feszültség 70-100 MPa marad – az SCC küszöb közelében. Az 550 fokos kezelés 30-60 MPa-ra csökkenti a maradék feszültséget, jóval a 80-100 MPa küszöb alá, lényegében teljes SCC védelmet biztosítva. Azoknak a mérnököknek, akik titán hevítőket írnak elő hamuzsír-feldolgozáshoz, utólagos-hegesztési feszültségmentesítést kell követelniük 550 fokos szögben 2 órán keresztül folyamatos működés esetén, és 520 fokos feszültséget rövidebb kampányokhoz. Ez a hőkezelési specifikáció kiküszöböli a kálium sóoldat melegítésének domináns meghibásodását
r alkalmazások.
