Zakaj toplotna obdelava po -varu (žarjenje pri 540 stopinjah) ne povrne popolne odpornosti proti koroziji hladno-obdelanega grelnega krivina iz titana?

Ko procesni inženir določa upognjen titanov grelnik, ki zahteva hladno upogibanje in toplotno obdelavo po varjenju (PWHT), je pomembno razumeti omejitve žarjenja. Enourno žarjenje pri 540 stopinjah je razbremenilo preostale napetosti in obnovilo duktilnost, ne pa tudi odpornosti proti koroziji hladno-obdelanega upogibnega območja. Preostala stopnja korozije po žarjenju je 1,5-2,5-krat večja kot pri osnovni kovini v primerjavi s 5-10-kratno hitrostjo v upognjenem stanju. Ta trajna poškodba je posledica hladnega upogibanja, ki povzroči tri nepopravljive spremembe, in sicer površinsko razpokanje pasivnega filma, obarjanje titanovega hidrida na mejah zrn in vključke titanovega oksida, ki jih ni mogoče odstraniti z žarjenjem. Temperatura žarjenja 540 stopinj je prenizka za rekristalizacijo zrnate strukture (kar zahteva 650-700 stopinj) in prenizka za raztapljanje hidridov ali zdravljenje površinskih zlomov.

Nepopravljive spremembe zaradi hladnega upogibanja
Extrados (zunanji upogib) titanove cevi, upognjene na hladno na polmer 5 x OD, je izpostavljen 10-odstotni natezni napetosti. Ta deformacija povzroči 3 vrste poškodb: Prvič, krhki pasivni film TiO2 se zlomi v mrežo mikrorazpok s širino 1-10 µm. Drugič, gostota dislokacij se zaradi napetosti poveča za 100-1000-krat, kar ustvari prednostna mesta za absorpcijo vodika in obarjanje hidridov. Tretjič, površinski oksidi in površinska onesnaževala so vključeni v površino titana. Žarjenje pri 540 stopinjah zmanjša preostale napetosti (za 60–80 %) in zmanjša gostoto dislokacij (za 50–70 %), vendar ne pozdravi površinskih razpok – razpoke ostanejo kot fizične luknje v pasivnem premazu. Temperatura žarjenja je nezadostna za raztapljanje titanovega hidrida (> 600 stopinj) ali rekristalizacijo zrnate strukture (> 650 stopinj). Vgrajeni površinski oksidi ostajajo izhodiščna mesta za lokalizirano korozijo.

Kvantifikacija okrevanja stopnje korozije pri pogojih žarjenja Polmer upogiba (×OD) Stopnja korozije (mm/leto) v 10 % NaCl, razmerje stopnje korozije 80 stopinj (upogib/nadrejeni) Preostala napetost (MPa) Gostota površinske razpoke (razpoke/cm)
Osnovna kovina (neupognjena) - 0.02 1.0× < 20 0
Kot-hladno upognjen (brez žarjenja) 5× 0.15 7.5× 200-250 20-50
Hladno upognjeno + 540 stopinjsko žarjenje (1 ura) 5× 0.04 2.0× 50-80 15-40 (nezaceljeno)
Hladno ukrivljeno + 650 stopinjsko žarjenje (rekristalizacija) 5 × 0.025 1.25 × < 20 < 5 (delno celjenje)
Hladno upognjeno + 540 stopinj + elektropoliranje 5× 0.022 1.1× 50-80 0 (po poliranju)
Vroče upognjeno (600 stopinj med upogibanjem, brez naknadnega upogibanja) 5× 0.025 1.25× 30-50 5-10
Žarjenje pri 540 stopinjah zmanjša stopnjo korozije z 0,15 mm/leto na 0,04 mm/leto, kar ustreza obnovitvi 73 %, medtem ko upogib še vedno korodira pri dvakratni stopnji osnovne kovine (0,04 proti 0,02 mm/leto). Rekristalizacijsko žarjenje pri 650 stopinjah (ki lahko deformira cev) ali elektropoliranje za odstranitev zdrobljene površinske plasti je potrebno za popolno obnovitev ravni osnovne kovine.

Upravljanje korozije po-upogibu: pristop-na podlagi scenarija
Delovno okolje in življenjska doba Prednostni radij upogiba-obdelava upogiba Predvidena stopnja korozije pri upogibu (× nadrejeni) Sposobnost preživetja
blago okolje (sladka voda, malo kloridov) 5+ leto življenjske dobe 5 × 540 stopinj samo žarjenje 1,5–2,0 × sprejemljivo
Temperatura okolice morske vode 3+ let življenjske dobe 5 × 540 stopinj žarjenje + elektropoliranje 1,0–1,2 × Potrebno za zanesljivost
Morska voda, 60-80 stopinj, 2+ letna življenjska doba 8× žarjenje (540 stopinj) + elektropoliranje 1,0-1,2× obvezno (5× upogib ni priporočljiv)
Vroči klorid (80 stopinj, 10 % NaCl), poljubna življenjska doba 8× najmanj 540 stopinj žarjenja + elektropoliranje + razbremenitev 1,0–1,1 × Uporabite vroče krivljenje namesto hladnega + žarjenja
Kisla uporaba (razredčena H₂SO₄, 50 stopinj) 5 × žarjenje samo pri 540 stopinjah 1,5-2,0 × sprejemljivo, če je stopnja korozije nizka
Kritične storitve (farmacevtska, jedrska industrija) > 8 × Vroče krivljenje + elektropoliranje 1,0 × Hladno krivljenje ni dovoljeno
Kakršna koli storitev z ne{0}}korozivnim plinom. Nič za zdravljenje. Ni pomembno. Korozija ni problem
Inženirske alternative hladnemu upogibanju in žarjenju
Vroče upogibanje (600 do 700 stopinj med upogibanjem) povzroči malo hladnega dela in površinskih razpok, kjer je pri upogibu potrebna popolna odpornost proti koroziji. Vroče oblikovana cev ne zahteva post{3}}žarjenja in ima stopnjo korozije znotraj 10-20 % osnovne kovine. Druga možnost je, da namesto upognjene cevi uporabite varjen kolenčni priključek. Zvar je mogoče pregledati in toplotno obdelati po varjenju, območje toplotnega vpliva pa je manjše od poškodovanega območja zaradi hladnega upogibanja. Tretja metoda je povečanje radija upogiba na 8× OD ali več, kar zmanjša deformacijo ekstrados z 10 % na 6,3 %, s čimer se izognete površinskim razpokam in zmanjšate stopnjo korozije po žarjenju na 1,2-1,5 × osnovne kovine brez elektropoliranja.

Zaključek: žarjenje pri 540 stopinjah obnovi duktilnost, ne pa tudi popolne odpornosti proti koroziji
Toplotna -obdelava po varjenju pri 540 stopinjah za 1 uro učinkovito sprosti preostale napetosti in obnovi duktilnost hladno upognjenega grelnega ovinka iz titana, vendar ne obnovi popolne odpornosti proti koroziji. Stopnja korozije v upogibu je 1,5-2,5-krat večja kot v osnovni kovini zaradi vztrajnosti površinskih mikrorazpok v pasivni prevleki, vgrajenih oksidov in oborin titanovega hidrida, ki se ne raztopijo pod 600 stopinjami. Za težke pogoje (morska voda nad 50 stopinj, vroči kloridi, kisline) so potrebni dodatni postopki, kot je elektropoliranje za odstranitev razpokane površinske plasti, vroče upogibanje namesto hladnega upogibanja ali uporaba večjega radija upogiba, da se doseže odpornost proti koroziji, ki je primerljiva z osnovno kovino. Za korozivne storitve določite grelec iz ukrivljenega titana. Po žarjenju dajte območje upogiba elektropolirati. To odstrani vse površinske razpoke in omogoči enakomerno preoblikovanje pasivne folije.