In che modo la distribuzione delle dimensioni delle particelle intermetalliche di Ti₂Fe in un tubo riscaldante in titanio di grado 2 è correlata alla densità dei pozzi nella soluzione calda di solfato di alluminio a 80 gradi?

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 particelle/mm²). Le particelle più piccole < 2 µm e la densità inferiore < 200 particelle/mm2 mostrano una suscettibilità alla vaiolatura molto inferiore, per cui la durata del riscaldatore è prevedibile.

Meccanismo di vaiolatura indotta da Ti2Fe-nel solfato di alluminio

La densità di corrente galvanica della particella Ti2Fe sul bordo di una particella è 10-100 μA/cm2, sufficiente a dissolvere la matrice di titanio adiacente. Il solfato di alluminio caldo a 80 gradi dà una pellicola passiva marginalmente stabile. Una volta avviato il pozzo, l'elevata concentrazione di solfato e l'alta temperatura aiutano l'espansione del pozzo. La densità dei pozzi ha una relazione di legge di potenza con la densità delle particelle: densità dei pozzi ≈ 0,1 (densità delle particelle) 0,7. È quindi importante gestire la distribuzione delle particelle di Ti$_2$Fe scegliendo il materiale e il trattamento termico adeguati in modo che la vaiolatura possa essere prevista e ridotta al minimo nel servizio con solfato di alluminio. particelle più grandi determinano coppie galvaniche maggiori e accelerano l'avvio del pozzo.

Correlazione quantitativa della densità di vaiolatura e delle particelle

L'indagine metallografica di controllo e i test di corrosione del 10% Al 2(SO 4 ) 3 a 80 gradi per 500 ore hanno rivelato le seguenti correlazioni per i tubi in titanio di grado 2. Campioni con densità di particelle di 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.

Effetto del contenuto di ferro e del trattamento termico sulla distribuzione delle particelle

La distribuzione delle particelle di Ti2Fe è controllata dalla concentrazione di ferro e dalla cronologia del trattamento termico. Il titanio di grado 1, ricotto in soluzione (700 gradi, tempra in acqua), con lo 0,05–0,08% in peso di ferro, ha una densità delle particelle inferiore a 50 particelle/mm2 e una dimensione delle particelle inferiore a 1 µm. Il grado 2 con lo 0,12% in peso di ferro allo stato ricotto-(700 gradi, raffreddamento ad aria) mostra una densità di 80–150 particelle per mm2 e dimensioni di 1–2 µm. Il tipico grado 2 con lo 0,20% in peso di ferro allo stato ricotto al mulino-ha una densità di 200-400 particelle/mm2 e una dimensione di 2-4 mm. Il ferro di grado 2 ad alto contenuto di ferro (0,25% in peso) nella condizione così come viene disegnato raggiunge una densità di 400–700 particelle/mm2 e una dimensione di 3–6 μm. La ricottura beta (raffreddamento lento da oltre 900 gradi) nonostante la densità ridotta crea significativi siti di vaiolatura di particelle grossolane di 5-10 µm.

Distribuzione delle particelle idonea al servizio del solfato di alluminio

La tabella seguente mostra i parametri particellari massimi consentiti di Ti2Fe per tubi di titanio di grado 2 in solfato di alluminio al 10% a 80 gradi per la durata di servizio desiderata e la massima profondità accettabile del solco.

Durata utile desiderata (anni) Profondità massima del pozzo (mm) Densità massima delle particelle di Ti2Fe (particelle/mm2) Dimensione media massima delle particelle (μm) Raccomandazione per il trattamento termico
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Ricotto in laminazione (700 gradi C, raffreddato ad aria)
3 0.30 250–400 3–4 Mill ricotto + decapato 2 0.50 400–600 4–5 Come-trafilato (non consigliato)<1 >0.50 >600 >5 Non appropriato per ingegneria di grado 2 oltre il controllo della distribuzione delle particelle

Il grado di titanio può essere scelto per eliminare completamente le particelle di Ti2Fe. Lo stato solubilizzato-ricotto con un contenuto di ferro inferiore allo 0,08% in peso per il Grado 1 mostra la densità di vaiolatura più bassa. Il grado 7 (palladio-stabilizzato) è paragonabile al grado 2 nel contenuto di ferro, ma il comportamento galvanico è modificato, riducendo la densità della vaiolatura del 50–70% per la stessa dispersione di particelle. Nel grado 12 sono presenti molibdeno e nichel che producono elementi intermetallici distinti che sono meno catodici del Ti 2 Fe. Lo spessore della parete consente una tolleranza di penetrazione dei buchi di . 2.0 mm di spessore con vaiolature moderate (80 buchi/cm^2, 100 µm di profondità) che può durare 5–8 anni, uno spessore di 1,2 mm cede prima. La finitura superficiale influisce sull'inizio dei pozzi. L’elettrolucidatura rimuove uno strato superficiale arricchito di particelle di Ti2Fe, riducendo la densità effettiva delle particelle.

Una specifica informata

Per un riscaldatore in titanio di grado 2 in una soluzione calda di solfato di alluminio a 80 gradi, specificare la concentrazione massima di ferro dello 0,15% in peso e la condizione di soluzione-ricotta (700 gradi ± 10 gradi, raffreddamento in acqua). Ispezione metallografica di un campione tipico con ingrandimento 500×. Certificazione che la densità delle particelle di Ti₂Fe è inferiore a 250 particelle per millimetro quadrato e che nessuna particella ha un diametro superiore a 5 micron. Per le applicazioni essenziali in cui la vaiolatura non è consentita, utilizzare titanio di grado 1 o titanio di grado 7. Ispezione in entrata. Test rapido di vaiolatura. Immergere un campione campione in Al2(SO4)3 al 10% a 80 gradi per 168 ore ed esaminarlo con un ingrandimento di 50×. Rifiutare il lotto se la densità dei noccioli supera i 50 noccioli per centimetro quadrato. L'ingegnere controlla la distribuzione delle dimensioni delle particelle di Ti 2 Fe come parametro di qualità per ridurre la densità di vaiolatura e per garantire la durata prevista del riscaldatore nell'utilizzo di solfato di alluminio caldo.