**Trong lò sưởi ngâm titan cấp 7 được sử dụng để duy trì 85 độ trong nước muối kali clorua 25% magie clorua + 5% canxi clorua, mức ứng suất dư của ống (khi-hàn so với ứng suất-giảm ở 550 độ trong 2 giờ) tương quan với clorua-gây ra bởi tần suất nứt ăn mòn do ứng suất ở vùng bị ảnh hưởng nhiệt{10}}?**
Lò sưởi ngâm titan cấp 7 (Ti{9}}0,15% Pd) được sử dụng rộng rãi trong chế biến kali trong đó nước muối chứa 25% magie clorua (MgCl₂) và 5% canxi clorua (CaCl₂) ở 85 độ. Dung dịch clorua đậm đặc có tính ăn mòn vừa phải, nhưng titan loại 7 duy trì lớp màng thụ động ổn định trong điều kiện bình thường do có thêm palladium. Tuy nhiên, có một cơ chế hư hỏng cụ thể xảy ra tại các mối hàn trong ống gia nhiệt. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) từ quá trình hàn chứa ứng suất kéo dư do sự co nhiệt và biến đổi pha. Trong dung dịch clorua nóng, các ứng suất dư này kết hợp với các ion clorua để tạo ra vết nứt do ăn mòn ứng suất (SCC). Tần số vết nứt có tương quan trực tiếp với độ lớn của ứng suất kéo dư tại HAZ. Vì{19}}ống hàn duy trì ứng suất dư đáng kể (150–250 MPa) và nứt trong vòng 1000–2000 giờ. Ứng suất của ống-giảm ở nhiệt độ 550 độ trong 2 giờ có ứng suất dư giảm xuống 30–60 MPa và cung cấp khả năng hoạt động không có vết nứt trong hơn 8000 giờ. Hiểu được mối tương quan này cho phép các kỹ sư chỉ định phương pháp xử lý nhiệt sau hàn thích hợp để sử dụng đáng tin cậy trong nước muối clorua, ngay cả với khả năng chống tăng cường của titan cấp 7.
**Cơ chế của Clorua-SCC được tạo ra trong Titanium HAZ**
SCC-do clorua tạo ra trong titan xảy ra thông qua cơ chế-vỡ màng. Màng TiO₂ thụ động bị phá vỡ cục bộ tại HAZ nơi ứng suất kéo dư cao nhất. Ở bề mặt kim loại tiếp xúc, các ion clorua hấp phụ và thúc đẩy quá trình hòa tan anốt dọc theo ranh giới hạt. Sự tập trung ứng suất ở đầu vết nứt làm tăng tốc độ hòa tan, trong khi quá trình hồi phục bị cản trở bởi nồng độ clorua cao. HAZ của titan hàn có cấu trúc vi mô biến đổi với các hạt alpha thô và tùy thuộc vào tốc độ làm nguội, có thể có pha beta hoặc martensite. Cấu trúc vi mô này dễ bị ảnh hưởng bởi SCC hơn kim loại gốc vì nó có ứng suất bên trong cao hơn và diện tích ranh giới hạt lớn hơn. Ứng suất ngưỡng đối với sự hình thành SCC ở titan cấp 7 trong nước muối MgCl₂ nóng là khoảng 100–120 MPa – cao hơn một chút so với cấp 2 (80–100 MPa) do có thêm palladium. Dưới ngưỡng này, không có SCC nào xảy ra bất kể thời gian phơi nhiễm. Vì các ống hàn-vượt quá ngưỡng này, trong khi các ống-giảm ứng suất lại giảm xuống dưới ngưỡng đó.
**Mối tương quan định lượng giữa ứng suất dư và tần số SCC**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan cấp 7 (đường kính 12 mm, thành 1,2 mm) với mối hàn TIG tự sinh (ngâm hoàn toàn, không chất độn) được ngâm trong 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ ở 85 độ với các phương pháp xử lý nhiệt sau hàn khác nhau báo cáo hoạt động SCC sau sau 5000 giờ:
| Hậu-Xử lý mối hàn|Ứng suất dư tại HAZ (MPa)|Thời gian để có bản Crack đầu tiên (giờ)|Mật độ vết nứt (vết nứt trên cm mối hàn)|Độ sâu vết nứt tối đa sau 5000h (mm)|Giảm tần số SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Như-hàn (không xử lý)|180 – 240|800 – 1.200|4 – 8|0,25 – 0,40|Đường cơ sở |
| Giảm căng thẳng ở nhiệt độ-thấp (300 độ , 2 giờ)|130 – 170|1.200 – 1.800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45% |
| Giảm căng thẳng tiêu chuẩn (480 độ, 2 giờ)|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% |
Các dữ liệu chứng minh một hiệu ứng ngưỡng rõ ràng. Khi-hàn các ống cấp 7 với ứng suất dư trên vết nứt trên 180 MPa trong vòng 800–1.200 giờ – muộn hơn đáng kể so với cấp 2 (300–500 giờ) do tác dụng bảo vệ của palladium. Giảm ứng suất ở 550 độ trong 2 giờ giúp giảm ứng suất dư xuống 30–60 MPa, dưới ngưỡng 100–120 MPa và loại bỏ SCC trong ít nhất 10.000 giờ.
**Tại sao 550 độ là nhiệt độ giảm căng thẳng tối ưu cho Titan loại 7**
Việc giảm ứng suất của titan cấp 7 yêu cầu nhiệt độ trên ngưỡng kết tinh lại đối với các vùng bị biến dạng nhưng dưới mức chuyển đổi beta (khoảng 880–900 độ). Ở 550 độ, quá trình phục hồi làm giảm ứng suất dư thông qua sự phân hủy trật khớp mà không kết tinh lại. Việc bổ sung palladium không làm thay đổi đáng kể nhiệt độ giảm ứng suất tối ưu. Thời gian giữ 2 giờ đảm bảo giảm ứng suất đồng đều trong toàn bộ HAZ. Nhiệt độ thấp hơn (480 độ ) giúp giảm ứng suất một phần nhưng để lại ứng suất dư ở mức 70–100 MPa, gần với ngưỡng SCC cho cấp 7 (100–120 MPa). Nhiệt độ cao hơn (650 độ) giúp giảm căng thẳng hoàn toàn hơn nhưng có thể gây ra sự phát triển của hạt và giảm độ bền cơ học. Việc điều trị 550 độ trong 2 giờ mang lại sự cân bằng tốt nhất trong việc giảm căng thẳng mà không ảnh hưởng đến độ bền hoặc độ dẻo.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Giảm căng thẳng cho máy đun nước muối kali**
| Điều kiện hoạt động|Nồng độ clorua|Nhiệt độ|Sau{0}}Yêu cầu xử lý mối hàn|SCC dự kiến-Thời gian sử dụng miễn phí (giờ)|Biện minh kỹ thuật |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10.000|Loại bỏ SCC bằng cách giảm căng thẳng dưới ngưỡng |
| Hoạt động không liên tục (<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 |
| Nhiệt độ thấp hơn (70 độ, ít hung hăng hơn)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 độ|Giảm căng thẳng ở 480 độ, 2 giờ|5.000 – 7.000|Nhiệt độ thấp hơn làm tăng ngưỡng SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10.000|Điều trị kết hợp để có độ tin cậy tối đa |
| Không thể xử lý nhiệt sau mối hàn-|Bất kỳ|Bất kỳ|Như-được hàn (chấp nhận rủi ro nứt)|800 – 1.200|Chỉ được chấp nhận cho dịch vụ tạm thời |
**Những cân nhắc thực tế cho việc xử lý nhiệt sau mối hàn-**
Giảm căng thẳng của cuộn dây nóng titan đòi hỏi phải kiểm soát lò cẩn thận. Việc xử lý 550 độ phải được thực hiện trong lò không khí với cuộn dây được hỗ trợ để tránh bị võng. Tốc độ gia nhiệt nên được giới hạn ở mức 100 độ/giờ để giảm thiểu độ dốc nhiệt. Sau 2{8}}giờ giữ ở nhiệt độ 550 độ là làm mát bằng không khí (không làm nguội). Đối với các cuộn dây có nhiều mối hàn, toàn bộ cụm phải được giảm căng thẳng sau khi hàn xong. Việc xử lý nhiệt làm tăng thêm khoảng 10–15% chi phí chế tạo nhưng kéo dài tuổi thọ sử dụng từ dưới 1.200 giờ lên hơn 10.000 giờ – một lý do kinh tế thuyết phục cho hoạt động liên tục của kali.
**Phần kết luận**
Đối với lò sưởi ngâm titan cấp 7 trong nước muối kali clorua 25%, canxi clorua 5% ở 85 độ, mức ứng suất dư HAZ của ống tương quan trực tiếp với tần số SCC clorua{4}}gây ra. Là-ống hàn có ứng suất dư 180–240 MPa, vết nứt trong vòng 800–1.200 giờ (bị trễ so với cấp 2 do tác dụng bảo vệ của palladium). Giảm ứng suất ở 550 độ trong 2 giờ giúp giảm ứng suất dư xuống 30–60 MPa, dưới ngưỡng 100–120 MPa SCC và cung cấp dịch vụ không có vết nứt trong hơn 10.000 giờ. Các kỹ sư chỉ định bộ gia nhiệt titan cấp 7 để xử lý kali phải yêu cầu giảm ứng suất sau hàn ở 550 độ trong 2 giờ như một thông số kỹ thuật bắt buộc đối với tất cả các mối hàn tiếp xúc với nước muối. Thông số kỹ thuật xử lý nhiệt này loại bỏ kiểu lỗi phổ biến trong các ứng dụng làm nóng nước muối kali.
