Quando un elemento riscaldante elettrico in titanio viene utilizzato per riscaldare un liquore sottaceto esaurito con acido misto (cloridrico 8% + fluoridrico 2%) a 85 gradi, perché è necessario il titanio di grado 12 indipendentemente dallo spessore della parete?

Compromesso fondamentale-nella scelta del grado di titanio per il decapaggio acido misto
Il liquore di decapaggio esaurito dalla produzione di acciaio inossidabile comprende l'8% di acido cloridrico (HCl) e il 2% di acido fluoridrico (HF) a 85 gradi. In questa miscela, l'HF attacca il rivestimento passivo di TiO 2 e forma fluoruri di titanio solubili, mentre gli ioni cloruro aggressivi sono forniti dall'HCl, quindi il titanio di grado 2 (commercialmente puro) si corrode rapidamente con un tasso di corrosione di . 3-8 mm/anno per il grado 2 in HCl all'8%. + 2% HF a 85 gradi perforerà una parete di 2,0 mm in 3-8 mesi. Il molibdeno e il nichel nel titanio di grado 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) stabilizzano il film passivo in condizioni acide riducenti e complessanti. Il tasso di corrosione del Grado 12 nella stessa soluzione è di 0,05-0,15 mm all'anno, ovvero 50-100 volte inferiore a quello del Grado 2. Questa ricerca illustra l'assenza di qualsiasi spessore di parete di Grado 2 fattibile con una durata accettabile e la necessità del Grado 12 indipendentemente dallo spessore della parete.

Meccanismo di attacco HF: impatto sull'integrità meccanica
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Questa reazione non è una diffusione-limitata ma una reazione chimica, e la velocità di corrosione non dipende dal film passivo ma solo dalla superficie metallica esposta. I test di immersione ASTM G31 mostrano che il titanio di grado 2 ha un tasso di corrosione in 8% HCl + 2% HF a 85 gradi di 5 mm all'anno (tipico). Si applica la cinetica lineare. d=k * t. Per una durata di 5 anni, lo spessore della parete richiesto sarebbe di 25 mm-, il che non è fattibile per la produzione di tubi riscaldanti.

Il titanio di grado 12 contiene lo 0,3% di molibdeno e lo 0,8% di nichel. Il molibdeno aumenta la resistenza del film passivo negli acidi riducenti producendo ossidi di molibdeno (MoO 2 , MoO 3 ) non suscettibili alla complessazione del fluoro. Il nichel migliora la ricombinazione catodica dell'idrogeno, riducendo al minimo l'assorbimento di idrogeno ed evitando l'infragilimento da idruro. Per la stessa miscela di acido la velocità di corrosione del Grado 12 è di 0,10 mm all'anno. Per una durata di 5 anni, è necessario ed è pienamente realizzabile uno spessore della parete di 1,0 mm (permesso di corrosione di 0,5 mm + 0.5 mm strutturale).

Effetto sulle prestazioni termiche: uniforme tra i gradi
Conduttività termica Grado 2 e Grado 12 hanno una conduttività termica simile (Grado 2: 17 W/m·K; Grado 12: 14,5 W/m·K a 85 gradi). La conduttività inferiore del 15% del Grado 12 aumenta la perdita di temperatura conduttiva di circa 0,3 gradi per una parete da 1,5 mm, il che è trascurabile. Non vi è quindi alcuna penalità termica nel passaggio al Grado 12.

Sintesi del compromesso-: grado 12 richiesto
Grado Tasso di corrosione (8% HCl + 2% HF, 85 gradi) Parete richiesta per una durata di 5 anni Fattibilità della produzione consigliata?
Grado 2 (Ti-CP) 5,0 mm/anno 25 mm Non possibile No
Grado 2 (Ti-CP) con fattore di sicurezza 3x5,0 mm/anno 75 mm No Impossibile
Grado 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 mm/anno 10 mm Impossibile (impossibile piegare la parete di 10 mm)No
Grado 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/anno 1,0 – 1,2 mm Sì Sì
12° grado (margine più spesso) 0,10 mm/anno 1,5 mm Sì Sì (consigliato)
Anche il buon Grado 7 (Ti-Pd) si corrode nelle combinazioni contenenti HF- a una velocità di 2,0 mm all'anno, poiché il palladio non resiste alla complessazione del fluoro. Solo le leghe contenenti molibdeno-(grado 12 o superiore) forniscono una resistenza sufficiente.

Post-Trattamento di saldatura e ingegneria delle condizioni superficiali Più di un voto
La superficie deve essere priva di contaminazione da ferro e tinta dovuta al calore per ottenere la resistenza alla corrosione nominale di Grado 12 nell'acido HCl-HF combinato. Il rivestimento ossidato può essere rimosso e la resistenza alla corrosione ripristinata mediante un decapaggio post-saldatura in una soluzione al 10% di HNO₃ + 2% di HF (la stessa miscela acida) per 5-10 minuti. Il grado 12 richiede particolare attenzione alle zone di saldatura, la zona-alterata dal calore (HAZ) può avere un contenuto di molibdeno leggermente ridotto a causa della segregazione. La HAZ viene ripristinata alla sua completa resistenza alla corrosione e la microstruttura viene omogeneizzata mediante ricottura post-saldatura a 650 gradi per 1 ora. Senza ricottura, la HAZ può corrodersi 2–3 volte più velocemente del metallo di base, lasciando una parete di 1,5 mm con una durata effettiva di 3–4 anni invece di 15+.

Conclusione: spessore della parete richiesto per il grado 12
Se stai riscaldando un liquido di decapaggio esaurito con acido misto (8% HCl + 2% HF) a 85 gradi con un elemento riscaldante elettrico in titanio, devi utilizzare titanio di grado 12, indipendentemente dallo spessore della parete. Sia il Grado 2 che il Grado 7 si corrodono a una velocità compresa tra 2 e 8 mm all'anno, quindi qualsiasi spessore pratico della parete (inferiore a 5 mm) non sarà adatto per un servizio pluriennale. Grado 12, 0,3% molibdeno, 0,8% nichel si corrode a 0,05–0,15 mm all'anno, quindi una parete normale di 1,2–1,5 mm avrà una durata di servizio di 8–15 anni. La specifica consigliata è per tubi in titanio di grado 12 senza saldatura, con spessore della parete di 1,5 mm, decapaggio e ricottura post saldatura di tutti i giunti di saldatura. Fornire al produttore le concentrazioni specifiche di HF e HCl per verificare la velocità di corrosione. Una volta selezionato il grado adatto (grado 12), lo spessore della parete è una variabile secondaria. Gli acidi contenenti HF-non dovrebbero mai essere elencati come Grado 2, non importa quanto sia spessa la parete.