Ko se električni grelni element iz titana uporablja za segrevanje mešane kisline, izrabljene kisline (klorovodikova 8 % + fluorovodikova 2 %) na 85 stopinj, zakaj je potreben titan razreda 12 ne glede na debelino stene?

Temeljni kompromis-pri izbiri kakovosti titana za luženje z mešano kislino
Izrabljena tekočina za luženje iz proizvodnje nerjavnega jekla vsebuje 8 % klorovodikove kisline (HCl) in 2 % fluorovodikove kisline (HF) pri 85 stopinjah. V tej mešanici HF napade pasivno prevleko TiO 2 in tvori topne titanove fluoride, medtem ko HCl zagotavlja agresivne kloridne ione, tako da titan stopnje 2 (komercialno čist) hitro korodira. 3-8 mm/leto, stopnja korozije stopnje 2 v 8 % HCl + 2 % HF pri 85 stopinjah perforira 2,0 mm stene v 3-8 mesecev. Molibden in nikelj v titanu stopnje 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) stabilizirata pasivni film v pogojih redukcijske in kompleksne kisline. Stopnja korozije stopnje 12 v isti raztopini je 0,05–0,15 mm na leto, kar je 50–100-krat nižje od stopnje korozije stopnje 2. Ta raziskava ponazarja odsotnost kakršne koli izvedljive debeline stene stopnje 2 s sprejemljivo življenjsko dobo in potrebo po stopnji 12 ne glede na debelino stene.

VF napadalni mehanizem: Vpliv na mehansko celovitost
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 . Ta reakcija ni difuzijsko-omejena, temveč kemična reakcija, stopnja korozije pa ni odvisna od pasivnega filma, temveč samo od izpostavljene kovinske površine. Potopni testi ASTM G31 kažejo, da ima titan stopnje 2 stopnjo korozije v 8 % HCl + 2 % HF pri 85 stopinjah 5 mm na leto (tipično). Velja linearna kinetika. d=k * t. Za življenjsko dobo 5 let bi bila zahtevana debelina stene 25 mm-, kar ni izvedljivo za proizvodnjo grelnih cevi.

Titan stopnje 12 vsebuje 0,3 % molibdena in 0,8 % niklja. Molibden poveča odpornost pasivnega filma na redukcijske kisline s proizvodnjo molibdenovih oksidov (MoO 2 , MoO 3 ), ki niso dovzetni za kompleksiranje fluorida. Nikelj izboljša katodno rekombinacijo vodika, kar zmanjša absorpcijo vodika in prepreči hidridno krhkost. Za isto mešano kislino je stopnja korozije stopnje 12 0,10 mm na leto. Za življenjsko dobo 5 let je potrebna debelina stene 1,0 mm (0,5 mm dodatka za korozijo + 0.5 mm strukturno) in je v celoti dosegljiva.

Vpliv na toplotno zmogljivost: Enakomerno v vseh razredih
Toplotna prevodnost 2. in 12. stopnje imata podobno toplotno prevodnost (2. stopnja: 17 W/m·K; 12. stopnja: 14,5 W/m·K pri 85 stopinjah). Nižja 15-odstotna prevodnost stopnje 12 poveča izgubo prevodne temperature za približno 0,3 stopinje za 1,5 mm steno, kar je zanemarljivo. Pri nadgradnji na stopnjo 12 torej ni toplotne kazni.

Kompromis-sinteza: zahtevana stopnja 12
Stopnja korozije (8% HCl + 2% HF, 85 stopinj) Zahtevana stena za 5-letno življenjsko dobo. Priporočena izvedljivost proizvodnje?
Stopnja 2 (Ti-CP) 5,0 mm/leto 25 mm Ni mogoče Ne
Razred 2 (Ti-CP) s faktorjem varnosti 3x5,0 mm/leto 75 mm Ni nemogoče
Stopnja 7 (Ti-0,15 % Pd) 2,0 mm/leto 10 mm Nemogoče (ne more upogniti 10 mm stene) Ne
Stopnja 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/leto 1,0 – 1,2 mm Da Da
12. razred (debelejši za rob) 0,10 mm/leto 1,5 mm Da Da (priporočeno)
Celo dobra stopnja 7 (Ti-Pd) korodira v kombinacijah, ki vsebujejo HF-, s hitrostjo 2,0 mm na leto, saj paladij ni odporen na kompleksiranje fluorida. Samo zlitine-z molibdenom (razred 12 ali višje) zagotavljajo zadostno odpornost.

Ob-obdelava po varjenju in inženiring površinskih pogojev Več kot razred
Na površini ne sme biti kontaminacije z železom in toplotnega odtenka, da se doseže nazivna odpornost proti koroziji stopnje 12 v kombinirani kislini HCl-HF. Oksidirano prevleko je mogoče odstraniti in obnoviti odpornost proti koroziji z luženjem po-povarju v 10 % HNO₃ + 2 % raztopini HF (ista mešanica kislin) za 5 do 10 minut. Stopnja 12 zahteva posebno pozornost zvarnim območjem, toplotno-območje (HAZ) ima lahko nekoliko zmanjšano vsebnost molibdena zaradi ločevanja. HAZ se obnovi na svojo popolno odpornost proti koroziji, mikrostruktura pa se homogenizira z žarjenjem po-varu pri 650 stopinjah za 1 uro. Brez žarjenja lahko HAZ korodira 2–3-krat hitreje kot osnovna kovina, pri čemer ostane stena debeline 1,5 mm z učinkovito življenjsko dobo 3–4 leta namesto 15+.

Zaključek: zahtevana debelina stene za razred 12
Če segrevate mešano kislo tekočino za luženje (8 % HCl + 2 % HF) pri 85 stopinjah z električnim grelnim elementom iz titana, morate uporabiti titan razreda 12, ne glede na debelino stene. Tako stopnja 2 kot stopnja 7 bosta korodirala s hitrostjo od 2 do 8 mm na leto, zato nobena praktična debelina stene (pod 5 mm) ne bo primerna za več-letno uporabo. Stopnja 12, 0,3 % molibden, 0,8 % nikelj korodira pri 0,05–0,15 mm na leto, zato bo imela običajna stena 1,2–1,5 mm življenjsko dobo 8–15 let. Priporočena specifikacija je za brezšivne cevi iz titana razreda 12 z debelino stene 1,5 mm ter dekapiranje in žarjenje po varjenju vseh zvarnih spojev. Proizvajalcu zagotovite specifične koncentracije HF in HCl, da preverite stopnjo korozije. Ko je izbran ustrezen razred (stopnja 12), je debelina stene sekundarna spremenljivka. Kisline, ki vsebujejo HF-, nikoli ne smejo biti navedene kot stopnje 2, ne glede na to, kako debela je stena videti.