Quando un tubo riscaldante in titanio di grado 12 viene piegato con un raggio 3D e quindi la tensione viene alleviata-a 540 gradi, in che modo il recupero della deformazione residua nel raggio esterno modifica il suo potenziale di vaiolatura in NaCl al 5% a 90 gradi?

Il titanio di grado 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) è utilizzato per i tubi riscaldanti in situazioni contenenti cloruro grazie alla sua superiore resistenza alla vaiolatura. Quando il tubo viene piegato con un raggio stretto pari a 3 volte il diametro del tubo (3D), sul raggio esterno si verifica una deformazione plastica a trazione del 10 – 15%. Questo lavoro a freddo porta a uno stress di trazione residuo, a un aumento della densità delle dislocazioni e può portare all'orientamento dei grani della fase alfa-. Il potenziale di vaiolatura è il potenziale elettrochimico al quale vengono avviati i pozzi stabili. Il potenziale di vaiolatura si riduce con l'aumento della lavorazione a freddo. La ricottura di distensione per 30 minuti a 540 gradi recupera parte della deformazione, diminuisce lo stress residuo e consente una certa ricristallizzazione. La distensione-di un tubo piegato deprime il potenziale di vaiolatura solo di 50-100 mV rispetto alla condizione non piegata, invece della depressione di 150-250 mV per un tubo piegato senza distensione.

Meccanismo di recupero della deformazione residua e ripristino del potenziale pitting

La deformazione plastica dovuta alla flessione provoca la crescita e l'accumulo delle dislocazioni ai bordi dei grani, creando punti ad alta-energia che sono siti ideali per l'innesco degli avvallamenti. Lo stress residuo di trazione sul raggio esterno destabilizza ulteriormente lo strato passivo. La ricottura di distensione-a 540 gradi consente la salita e l'annientamento della dislocazione, riducendo la densità della dislocazione del 60-80%. Questa procedura riduce anche la sollecitazione di trazione residua da 150–250 MPa a 30–60 MPa. Durante la ricottura, il molibdeno e il nichel del Grado 12 si ridistribuiscono per arricchire la superficie e migliorare la stabilità del film passivo. Il film passivo diventa più uniforme, il numero di siti attivi per l'innesco di vaiolature viene ridotto e il potenziale di vaiolatura viene ripristinato.

Potenziale di pitting quantitativo rispetto a flessione e riduzione dello stress

Sono stati stabiliti i potenziali di vaiolatura dei tubi in titanio di grado 12 sottoposti a test controllati in NaCl al 5% a 90 gradi per varie situazioni. Per un tubo non piegato e ricotto (riferimento), il potenziale di vaiolatura è da +0.45 a +0.60 V rispetto ad Ag/AgCl, senza alcuna vaiolatura osservata dopo 1.000 ore. Per un tubo piegato con un raggio 3D nella condizione come-piegato e senza distensione, il potenziale di vaiolatura si riduce da +0.20 a +0.35 V e la vaiolatura inizia dopo 100–300 ore, con una profondità di vaiolatura di 0,1–0,3 mm dopo 500 ore. Per un tubo piegato con un raggio 3D e sottoposto a distensione-a 540 gradi per 30 minuti, il potenziale di vaiolatura ritorna da +0.35 a +0.50 V, la vaiolatura si verifica dopo 500–1.500 ore e la profondità delle fosse è di 0,05–0,15 mm dopo 500 ore. Per un tubo piegato con raggio 5D (piegatura più delicata) con distensione, il potenziale di vaiolatura è da +0.40 a +0.55 V, molto vicino alla linea di base non piegata. Il tubo è stato piegato con un raggio 3D e alleviato lo stress a 480 gradi (non abbastanza caldo). È stato osservato un recupero parziale con un potenziale di pitting compreso tra +0.25 e +0.40 V.

Effetto del raggio di curvatura e della temperatura di distensione-sul potenziale di vaiolatura

È dimostrato che il recupero del potenziale di vaiolatura dipende sia dal raggio di curvatura che dalla temperatura di distensione. La curvatura 3D come depressione potenziale di pitting piegata è 150-250 mV inferiore al valore non piegato. Il sollievo dallo stress a 480 gradi recupera 30–50 mV, lasciando una depressione di 120–200 mV. Il sollievo dallo stress a 540 gradi recupera da 100 a 150 mV, lasciando una depressione da 50 a 100 mV. Il sollievo dallo stress a 600 gradi recupera 150–200 mV ma lascia una depressione di 20–50 mV, tuttavia il processo può comportare la produzione di casi alfa-se non eseguito in un'atmosfera inerte. Nel caso di una curva 5D, la depressione quando piegata è di soli 50-100 mV e la riduzione dello stress a 540 gradi recupera completamente il livello non piegato. Per una curva 2D (più stretta di 3D) la depressione durante la piegatura è di 200-350 mV. Anche la riduzione dello stress a 540 gradi, recupera solo 80-120 mV lasciando un'enorme depressione.

Guida alla selezione del raggio di curvatura e della distensione per servizio di cloruro caldo di grado 12

Nella tabella seguente sono riportate le raccomandazioni per la piegatura dei tubi riscaldanti in titanio grado 12 per il servizio in NaCl al 5% a 90 gradi, in funzione del raggio di curvatura, del trattamento di distensione e della resistenza alla vaiolatura desiderata.

Raggio di piegatura (R/D) come-potenziale di pitting piegato (V rispetto ad Ag/AgCl) Temperatura di distensione (gradi) post-potenziale di pitting di rilievo (V rispetto ad Ag/AgCl)Applicazione suggerita
5D da +0.30 a +0.45 540 gradi da +0.45 a +0.60 Servizio ad alta affidabilità
5 giorni da +0.30 a +0.45 Nessuno da +0.30 a +0.45 Servizio moderato
3D da +0.20 a +0.35 540 gradi da +0.35 a +0.50 Adeguato con ispezione 3D da +0.20 a +0.35 Nessuno da +0.20 a +0.35 Non consigliato per cloruro caldo 2D da +0.05 a +0.20 540 gradi da +0.15 a +0.30 Evitare se possibile 2D da +0.05 a +0.20 600 gradi (argon) da +0.25 a +0.40 Marginale con ingegneria del trattamento antistress di grado 7

Il potenziale di vaiolatura e il recupero dallo stress dipendono dal tipo di titanio. Il Grado 7 ha un potenziale di vaiolatura di base di 100 – 200 mV superiore rispetto al Grado 12, quindi anche un tubo 3D piegato di Grado 7 può essere appropriato per molte applicazioni (da + 0.30 a + 0.45 V). Lo spessore della parete non influenza il potenziale di vaiolatura ma influenza il tempo di propagazione della vaiolatura; Il 95% di una parete da 2,0 mm rimane con una profondità della fossa di 0,1 mm. L’ambiente è importante per alleviare lo stress. La ricottura in aria a 540 gradi produce un ossido sottile, che non degrada la resistenza alla vaiolatura, ma è preferibile la ricottura in argon o sotto vuoto. La velocità di raffreddamento dopo la distensione non ha un'influenza significativa sul potenziale di vaiolatura.

Sviluppare una specifica informata

Specificare la ricottura di distensione-a 540 gradi per 30 minuti in un ambiente di argon dopo la piegatura, per un tubo riscaldante in titanio di grado 12 che richiede una piegatura 3D per il servizio in NaCl al 5% a 90 gradi. Eseguire il test di polarizzazione ciclica su un campione del tubo piegato e sottoposto a distensione per confermare il potenziale di vaiolatura; il potenziale di vaiolatura deve essere entro 100 mV dal valore di base non piegato compreso tra +0.45 e +0.60V. Per curve più strette del 3D, utilizzare titanio di grado 7 o aumentare il raggio di curvatura a 5D. Se la riduzione della tensione non è ottenibile, accettare una durata di servizio ridotta ed esaminare periodicamente l'area piegata per individuare eventuali vaiolature. Il potenziale del circuito aperto-del riscaldatore deve essere monitorato durante il funzionamento, con un potenziale inferiore a +0.20 V rispetto ad Ag/AgCl che aumenta il rischio di vaiolatura. Lo stress dell'ingegnere-si allevia a 540 gradi dopo la piegatura per riportare il potenziale di vaiolatura del titanio di grado 12 entro 50–100 mV rispetto alla condizione non piegata, in modo che il titanio possa funzionare in modo affidabile in servizio con cloruro caldo.