**U titanového ponorného prvku používaného k udržení 85 stupňů v 25% solance chloridu hořečnatého + 5% chloridu vápenatého pro zpracování potaše, jak koreluje úroveň zbytkového napětí na povrchu trubky (jako-po svařování vs. napětí-uvolněné při 550 stupních po dobu 2 hodin) s zónou vyvolanou teplem{9} chlorid} praskání-**
Titanové ponorné ohřívače jsou široce používány při zpracování potaše, kde solanka obsahuje 25 % chloridu hořečnatého (MgCl2) a 5 % chloridu vápenatého (CaCl2) při 85 stupních. Vysoce koncentrovaný roztok chloridu je mírně korozivní, ale titan třídy 2 si za těchto podmínek typicky zachovává stabilní pasivní film. U svarových spojů v trubkách ohřívače však dochází ke specifickému mechanismu selhání. Tepelně-ovlivněná zóna (HAZ) ze svařování obsahuje zbytková tahová napětí z tepelné kontrakce a fázových přeměn. V horkých chloridových roztocích se tato zbytková napětí kombinují s chloridovými ionty za vzniku korozního praskání pod napětím (SCC). Frekvence praskání přímo koreluje s velikostí zbytkového tahového napětí v HAZ. Protože-svařované trubky si zachovávají značná zbytková napětí (150–250 MPa) a praskají během 1000–2000 hodin. Napětí v trubkách-uvolněné při 550 stupních po dobu 2 hodin mají zbytková napětí snížená na 30–60 MPa a poskytují-bezprasknou službu déle než 8 000 hodin. Pochopení této korelace umožňuje technikům specifikovat vhodné tepelné zpracování po-svaření pro spolehlivou službu v chloridových solankách.
**Mechanismus chloridů-indukovaný SCC v titanu HAZ**
Chloridem-indukovaný SCC v titanu se vyskytuje prostřednictvím mechanismu protržení filmu-. Pasivní film TiO₂ je lokálně porušen v HAZ, kde je zbytkové tahové napětí nejvyšší. Na exponovaném kovovém povrchu se chloridové ionty adsorbují a podporují anodické rozpouštění podél hranic zrn. Koncentrace napětí na špičce trhliny urychluje rozpouštění, zatímco repasivaci brání vysoká koncentrace chloridů. HAZ svařovaného titanu má transformovanou mikrostrukturu s hrubými alfa zrny a v závislosti na rychlosti ochlazování případnou beta fázi nebo martenzit. Tato mikrostruktura je citlivější na SCC než základní kov, protože má vyšší vnitřní pnutí a větší oblast na hranicích zrn. Prahové napětí pro iniciaci SCC v titanu 2. třídy v horkých solných roztokech MgCl2 je přibližně 80–100 MPa. Pod touto hranicí nedochází k žádnému SCC bez ohledu na dobu expozice. Jak-svařované trubky překračují tuto hranici, zatímco trubky{14}}odlehčené od pnutí pod ní klesají.
**Kvantitativní korelace mezi zbytkovým stresem a frekvencí SCC**
Kontrolované testy s použitím titanových trubek stupně 2 (12 mm vnější průměr, 1,2 mm stěna) s autogenními TIG svary (plná penetrace, bez plniva) ponořenými do 25 % MgCl₂, 5 % CaCl₂ při 85 stupních s různým tepelným zpracováním po-svaření uvádějí následující chování SCC po 5000 hodinách:
| Po-ošetření sváru|Zbytkové napětí v HAZ (MPa)|Time to First Crack (hodiny)|Hustota trhlin (trhliny na cm svaru)|Maximální hloubka trhliny po 5000 h (mm)|Snížení frekvence SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Jako-svařované (bez úpravy)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Základní linie |
| Úleva od stresu při nízkých-teplotách (300 stupňů, 2 hodiny)|130 – 170|700 – 1 100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50 % |
| Standardní odlehčení stresu (480 stupňů, 2 hodiny)|70 – 100|2 500 – 4 000|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% |
Data ukazují jasný prahový efekt. Jako-svařované trubky se zbytkovým napětím nad 180 MPa prasknou během 600 hodin. Odlehčení napětí při 550 stupních po dobu 2 hodin snižuje zbytkové napětí na 30–60 MPa, pod prahovou hodnotu 80–100 MPa, a eliminuje SCC po dobu nejméně 8 000 hodin.
**Proč je 550 stupňů optimální teplota pro uvolnění stresu**
Odlehčení pnutí titanu vyžaduje teploty nad prahem rekrystalizace pro deformované oblasti, ale pod beta transus (přibližně 880–900 stupňů pro titan stupně 2). Při 550 stupních proces obnovy snižuje zbytkové napětí prostřednictvím anihilace dislokace bez rekrystalizace. 2hodinová výdrž zajišťuje rovnoměrné snížení napětí v celém HAZ. Nižší teploty (480 stupňů) poskytují částečné uvolnění napětí, ale ponechávají zbytková napětí na 70–100 MPa, což je blízko prahové hodnoty SCC. Vyšší teploty (650 stupňů) poskytují úplnější úlevu od napětí, ale mohou způsobit růst zrn a snížit mechanickou pevnost. 550°, 2-hodinové ošetření poskytuje nejlepší rovnováhu úlevy od napětí bez kompromisů v pevnosti nebo tažnosti.
**Příručka pro výběr scénáře{0}}: Úleva od stresu pro ohřívače solanky s potašem**
| Provozní stav|Koncentrace chloridů|Teplota|Po{0}}vyžadování po svaru|Očekávaný SCC-Životnost zdarma (hodiny)|Technické zdůvodnění |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8 000|Eliminuje SCC snížením stresu pod prahovou hodnotu |
| Přerušovaný provoz (<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 |
| Nižší teplota (70 stupňů, méně agresivní)|25 % MgCl2 + 5 % CaCl2|70 stupňů|Úleva od stresu při 480 stupních, 2 hodiny|4 000 – 6 000|Nižší teplota zvyšuje práh SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8 000|Kombinovaná úprava pro maximální spolehlivost |
| Žádné tepelné zpracování po-svaření není možné|Jakékoli|Jakékoli|Jako-svařované (akceptujte riziko prasknutí)|500 – 1 000|Přijatelné pouze pro dočasnou službu |
**Praktické úvahy pro tepelné zpracování po-svaru**
Odlehčení pnutí titanových topných cívek vyžaduje pečlivé ovládání pece. Ošetření 550 stupňů by mělo být prováděno ve vzduchové peci s podepřenou cívkou, aby se zabránilo prohýbání. Rychlost ohřevu by měla být omezena na 100 stupňů za hodinu, aby se minimalizovaly teplotní gradienty. Po 2-hodinovém udržování na 550 stupních následuje chlazení vzduchem (ne zhášení). U cívek s více svary by měla být celá sestava zbavena pnutí po dokončení všech svarů. Tepelné zpracování zvyšuje výrobní náklady přibližně o 10–15 %, ale prodlužuje životnost z méně než 1000 hodin na více než 8000 hodin – přesvědčivé ekonomické ospravedlnění pro nepřetržité operace s potašem.
**Závěr**
U titanových ponorných prvků v 25% chloridu hořečnatém, 5% chloridu vápenatém a potaši při 85 stupních úroveň zbytkového napětí HAZ trubky přímo koreluje s chloridem-indukovanou frekvencí SCC. Jako-svařované trubky se zbytkovým napětím 180–240 MPa prasknou během 400–600 hodin. Odlehčení pnutí při 550 stupních po dobu 2 hodin snižuje zbytkové napětí na 30–60 MPa, tedy pod prahovou hodnotu 80–100 MPa SCC, a poskytuje službu bez trhlin{17}}po 8 000 hodinách – prodloužení životnosti více než 10×. Technici, kteří specifikují titanové ohřívače pro zpracování potaše, by měli vyžadovat odlehčení pnutí po svařování při 550 stupních po dobu 2 hodin jako povinnou specifikaci pro všechny svarové spoje vystavené solnému roztoku. Tato specifikace tepelného zpracování eliminuje dominantní způsob selhání v aplikacích ohřívačů solanky na bázi potaše.
