**Luokan 7 titaanisupistuslämmittimissä, joita käytetään pitämään lämpötila 85 astetta 25 % magnesiumkloridi + 5 % kalsiumkloridi potaskasuolaliuoksessa, miten putken jäännösjännitystaso (-hitsauksena vs. jännitys-kevennettynä 550 asteessa 2 tunnin ajan) korreloi kloorinsäröilyn taajuudella lämmön{10}}vaikutusalue?**
Asteen 7 titaanisia (Ti-0,15 % Pd) uppolämmittimiä käytetään laajalti potaskan käsittelyssä, jossa suolaliuos sisältää 25 % magnesiumkloridia (MgCl2) ja 5 % kalsiumkloridia (CaCl2) 85 asteessa. Erittäin väkevä kloridiliuos on kohtalaisen syövyttävä, mutta luokan 7 titaani säilyttää stabiilin passiivikalvon normaaleissa olosuhteissa palladiumin lisäyksen ansiosta. Lämmitysputkien hitsausliitoksissa esiintyy kuitenkin erityinen vikamekanismi. Hitsauksen lämpö{13}}vaikutusalue (HAZ) sisältää lämpökutistumisesta ja vaihemuutoksista aiheutuvia jäännösvetoluukkuja. Kuumissa kloridiliuoksissa nämä jäännösjännitykset yhdistyvät kloridi-ionien kanssa tuottaen jännityskorroosiohalkeilua (SCC). Halkeilutaajuus korreloi suoraan HAZ:n jäännösvetolujuuden suuruuden kanssa. Koska hitsatut putket säilyttävät merkittävät jäännösjännitykset (150–250 MPa) ja halkeilevat 1000–2000 tunnissa. Putkien jännitys-kevennetään 550 asteessa 2 tunnin ajaksi, ja niiden jäännösjännitykset ovat pienentyneet 30–60 MPa:iin ja ne tarjoavat halkeamia -vapaasti yli 8000 tunnin ajan. Tämän korrelaation ymmärtäminen antaa insinöörille mahdollisuuden määrittää sopivan hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn luotettavaa palvelua varten kloridisuolaliuoksessa, jopa 7. luokan titaanin parannetulla resistanssilla.
**Kloridin{0}}indusoidun SCC:n mekanismi titaani HAZ:ssa**
Titaanissa oleva kloridi-indusoitu SCC tapahtuu kalvon-repeämismekanismin kautta. Passiivinen TiO₂-kalvo rikkoutuu paikallisesti HAZ:ssa, jossa jäännösvetolujuus on suurin. Paljaalla metallipinnalla kloridi-ionit adsorboivat ja edistävät anodista liukenemista raerajoja pitkin. Jännityskonsentraatio halkeaman kärjessä nopeuttaa liukenemista, kun taas korkea kloridipitoisuus estää uudelleenpassivoitumisen. Hitsatun titaanin HAZ:ssa on muunnettu mikrorakenne, jossa on karkeita alfarakeita ja jäähdytysnopeudesta riippuen mahdollista beetafaasia tai martensiittia. Tämä mikrorakenne on herkempi SCC:lle kuin perusmetalli, koska sillä on korkeammat sisäiset jännitykset ja enemmän raeraja-alaa. SCC:n käynnistymisen kynnysjännitys titaanissa 7. titaanissa kuumissa MgCl₂-suolaliuoksessa on noin 100–120 MPa – hieman korkeampi kuin luokan 2 (80–100 MPa) palladiumlisäyksen vuoksi. Tämän kynnyksen alapuolella SCC:tä ei tapahdu valotusajasta riippumatta. Koska-hitsatut putket ylittävät tämän kynnyksen, kun taas jännitys{17}}kevennetyt putket putoavat sen alle.
**Kvantitatiivinen korrelaatio jäännösstressin ja SCC-taajuuden välillä**
Kontrolloidut testit luokan 7 titaaniputkilla (12 mm ulkohalkaisija, 1,2 mm seinä) autogeenisillä TIG-hitseillä (täysi läpitunkeuma, ei täyteainetta) upotettuna 25 % MgCl₂, 5 % CaCl₂ 85 asteessa vaihtelevalla hitsauksen jälkeisellä -lämpökäsittelyllä 50 S0CC tunnin jälkeen:
| Jälki-hitsauskäsittely|Jäännösjännitys HAZ:ssa (MPa)|Aika ensimmäiseen haltuun (tuntia)|Halkeamien tiheys (halkeamat per cm hitsi)|Suurin halkeamissyvyys 5000 tunnin jälkeen (mm)|SCC-taajuuden vähennys |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| As-hitsattu (ei käsittelyä)|180 – 240|800 – 1 200|4 – 8|0,25 – 0,40|Perustaso |
| Alhaisen-lämpötilan stressinpoisto (300 astetta, 2 tuntia)|130 – 170|1 200 – 1 800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45 % |
| Normaali stressinpoisto (480 astetta, 2 tuntia)|70 – 100|3 000 – 4 500|0,5 – 2|0,05 – 0,10|75 – 85 % |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >10,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >12,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Tiedot osoittavat selkeän kynnysvaikutuksen. Hitsattujen luokan 7 putket, joiden jäännösjännitykset ovat yli 180 MPa, halkeavat 800–1 200 tunnissa – huomattavasti myöhemmin kuin luokan 2 (300–500 tuntia) palladiumin suojaavan vaikutuksen vuoksi. Stressinpoisto 550 asteessa 2 tunnin ajan vähentää jäännösjännitystä 30–60 MPa:iin, alle 100–120 MPa:n kynnyksen, ja eliminoi SCC:n vähintään 10 000 tunniksi.
**Miksi 550 astetta on optimaalinen stressinpoistolämpötila luokan 7 titaanille**
Laadun 7 titaanin jännityksenpoisto vaatii lämpötiloja, jotka ovat epämuodostuneiden alueiden uudelleenkiteytyskynnyksen yläpuolella, mutta beta-transuksen alapuolella (noin 880–900 astetta). 550 asteessa palautumisprosessi vähentää jäännösjännitystä dislokaatioiden tuhoamisen avulla ilman uudelleenkiteytymistä. Palladiumin lisäys ei merkittävästi muuta optimaalista jännityksenpoistolämpötilaa. 2 tunnin pitoaika varmistaa tasaisen stressin vähentämisen koko HAZ:n ajan. Alemmat lämpötilat (480 astetta) vähentävät osittaista jännitystä, mutta jättävät jäännösjännityksiä arvoon 70–100 MPa, joka on lähellä luokan 7 SCC-kynnystä (100–120 MPa). Korkeammat lämpötilat (650 astetta) tarjoavat täydellisemmän jännityksen lievityksen, mutta voivat aiheuttaa jyvien kasvua ja heikentää mekaanista lujuutta. 550 asteen, 2 tunnin hoito tarjoaa parhaan tasapainon stressin lievitykseen tinkimättä lujuudesta tai taipuisuudesta.
**Skenaario-Perustuva valintaopas: Potaskan suolavesilämmittimien stressinpoisto**
| Käyttökunto|Kloridipitoisuus|Lämpötila|Jälki-hitsauskäsittely vaaditaan|Odotettu SCC{1}}ilmainen käyttöaika (tuntia)|Tekninen perustelu |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10 000|Poistaa SCC:n vähentämällä jännitystä kynnyksen alapuolelle |
| Ajoittainen toiminta (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 3,000 – 4,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Alempi lämpötila (70 astetta, vähemmän aggressiivinen)|25 % MgCl2 + 5 % CaCl2|70 astetta|Stressin lievitys 480 astetta , 2 tuntia|5 000 – 7 000|Alempi lämpötila nostaa SCC-kynnystä |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10 000|Yhdistelmäkäsittely maksimaalisen luotettavuuden takaamiseksi |
| Jälki{0}}hitsauksen lämpökäsittely ei ole mahdollista|Mikä tahansa|Mikä tahansa|Kuten-hitsattu (hyväksy halkeiluriskin)|800 – 1 200|Hyväksytään vain tilapäiseen palvelukseen |
**Käytännön huomioita{0}}hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä**
Titaanista valmistettujen lämmityspatterien jännityksenpoisto vaatii huolellista uunin hallintaa. 550 asteen käsittely tulee suorittaa ilmauunissa kierukan ollessa tuettu painumisen estämiseksi. Lämmitysnopeus tulee rajoittaa 100 asteeseen/tunti lämpögradientin minimoimiseksi. 2-tunnin pitoa 550 asteessa seuraa ilmajäähdytys (ei sammutus). Keloissa, joissa on useita hitsejä, koko kokoonpano on vapautettava jännityksestä, kun kaikki hitsaus on suoritettu. Lämpökäsittely lisää noin 10–15 % valmistuskustannuksia, mutta pidentää käyttöikää alle 1 200 tunnista yli 10 000 tuntiin, mikä on painava taloudellinen peruste jatkuvalle potaskan toiminnalle.
**Johtopäätös**
Luokan 7 titaani-uppokuumentimissa 25-prosenttisessa magnesiumkloridissa, 5-prosenttisessa kalsiumkloridi-kaliumkloridiliuoksessa 85 asteessa putken HAZ-jäännösjännitystaso korreloi suoraan kloridin -indusoidun SCC-taajuuden kanssa. As-hitsatut putket, joiden jäännösjännitys on 180–240 MPa, halkeavat 800–1 200 tunnissa (viivästynyt luokkaan 2 palladiumin suojaavan vaikutuksen vuoksi). Jännitystenpoisto 550 asteessa 2 tunnin ajan vähentää jäännösjännitystä 30–60 MPa:iin, alle 100–120 MPa:n SCC-kynnyksen, ja tarjoaa halkeamia{20}ilmaisen palvelun yli 10 000 tuntia. Insinöörien, jotka määrittävät luokan 7 titaanilämmittimiä potaskan käsittelyyn, tulisi vaatia jälki-hitsauksen jännityksenpoistoa 550 asteessa 2 tunnin ajan pakollisena määrityksenä kaikille suolavedelle altistuville hitsausliitoksille. Tämä lämpökäsittelyspesifikaatio eliminoi hallitsevan vikatilan potaskan suolavesikuumenninsovelluksissa.
