**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, việc bổ sung palladium làm giảm tần suất nứt do ăn mòn do ứng suất clorua-gây ra ở vùng bị ảnh hưởng nhiệt-so với cấp 2 như thế nào?**
Cả hai lò sưởi ngâm titan loại 7 (Ti{9}}0,15% Pd) và lò sưởi ngâm titan loại 2 đều được sử dụng trong xử lý 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 cả hai loại titan đều duy trì lớp màng thụ động ổn định trong điều kiện bình thường. 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). Titan loại 2 dễ bị SCC trong môi trường này, với vết nứt thường xảy ra trong vòng 1000–2000 giờ. Titan loại 7, với 0,15% palladium, mang lại khả năng kháng SCC do clorua gây ra vượt trội bằng cách xúc tác cho các phản ứng catốt duy trì tiềm năng cao và thúc đẩy quá trình hồi phục nhanh chóng ở đầu vết nứt. Việc bổ sung paladi làm giảm tần số SCC khoảng 80% so với loại 2, kéo dài tuổi thọ sử dụng từ 1.000–2.000 giờ lên 8.000–10.000 giờ.
**Cơ chế của clorua-SCC cảm ứng và bảo vệ Palladi**
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. Titan lớp 7 chứa các hạt palladium phân tán trong ma trận hoạt động như các vị trí catốt để khử oxy và giải phóng hydro. Các vị trí paladi duy trì tiềm năng cao hơn trên bề mặt titan, ngay cả trong môi trường clorua mạnh. Sự biến đổi catốt này làm giảm động lực hòa tan anốt ở đầu vết nứt. Ngoài ra, palladium thúc đẩy quá trình hồi phục màng thụ động nhanh hơn khi nó bị hư hỏng cục bộ, ngăn ngừa sự lan truyền vết nứt. Palladium cũng làm giảm sự hấp thụ hydro có thể đi kèm với SCC, làm giảm hơn nữa độ giòn.
**So sánh định lượng tần số SCC tại HAZ**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan cấp 2 và 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 nhiệt độ 85 độ, báo cáo hành vi SCC sau tại HAZ trong hơn 5000 giờ:
| Lớp titan|Nội dung Palladi|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 |
|----------------|-------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Lớp 2|0%|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Đường cơ sở |
| Grade 2 + stress relief (550°C, 2h) | 0% | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >95% |
| Lớp 7 (như-được hàn)|0,15%|180 – 240|1.500 – 2.500|1 – 3|0,08 – 0,15|80% |
| Grade 7 + stress relief (550°C, 2h) | 0.15% | 30 – 60 | >10,000 | 0 | <0.01 | 100% |
| Lớp 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|180 – 240|800 – 1.200|4 – 8|0,20 – 0,35|50% |
Dữ liệu chứng minh rằng titan cấp 7 làm giảm tần số SCC khoảng 80% so với cấp 2. Thời gian xảy ra vết nứt đầu tiên kéo dài từ 300–500 giờ đến 1.500–2.500 giờ và mật độ vết nứt giảm từ 6–12 vết nứt trên cm xuống 1–3 vết nứt trên cm.
**Tại sao Palladium có hiệu quả trong nước muối clorua**
Hiệu quả của paladi trong nước muối clorua nóng xuất phát từ khả năng xúc tác quá trình khử oxy và các chất phản ứng catốt khác, duy trì tiềm năng cao hơn trên bề mặt titan. Trong môi trường clorua, khả năng ăn mòn của titan loại 2 là khoảng -0,2 đến 0,0 V so với Ag/AgCl. Khả năng ăn mòn của titan cấp 7 là khoảng +0.1 đến +0.2 V so với Ag/AgCl – chênh lệch 200–300 mV. Sự dịch chuyển điện thế này làm giảm động lực hòa tan anốt ở đầu vết nứt đi vài bậc độ lớn. Ngoài ra, các vị trí palađi thúc đẩy quá trình tái thụ động nhanh chóng khi màng thụ động bị phá vỡ về mặt cơ học, ngăn chặn vết nứt lan rộng. Palladium cũng làm giảm sự hấp thụ hydro, có thể góp phần gây ra hiện tượng giòn trong môi trường clorua.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Cấp titan cho máy đun nước muối kali**
| Điều kiện hoạt động|Nồng độ clorua|Nhiệt độ|Lớp Titan được đề xuất|SCC dự kiến-Thời gian sử dụng miễn phí (giờ)|Biện minh kỹ thuật |
|--------------------|----------------------|-------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Chế biến kali liên tục, chiến dịch 5000 giờ|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|85 độ|Lớp 7|5.000 – 8.000|giảm 80% SCC; đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn |
| Extended campaign (>8000 hours) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 7 + stress relief | >10.000|Điều trị kết hợp để có độ tin cậy tối đa |
| Hoạt động không liên tục (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 2 + stress relief | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Nhiệt độ thấp hơn (70 độ, ít hung hăng hơn)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 độ|Lớp 7|8.000 – 10.000|Nhiệt độ thấp hơn sẽ kéo dài tuổi thọ hơn nữa |
| Hoạt động-ngắn hạn (<500 hours) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 2 | 300 – 500 | Acceptable for temporary service |
| No welding (seamless tubes) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 2 | >10.000|Không có HAZ=không có SCC |
**Các biện pháp bổ sung để giảm rủi ro SCC**
Ba biện pháp bổ sung giúp giảm rủi ro SCC ngay cả với titan cấp 7. Đầu tiên, giảm ứng suất-các mối hàn ở nhiệt độ 550 độ trong 2 giờ sau khi hàn; điều này làm giảm ứng suất dư từ 180–240 MPa xuống còn 30–60 MPa, loại bỏ SCC một cách hiệu quả ngay cả ở cấp 2. Thứ hai, sử dụng ống titan liền mạch nếu có thể để loại bỏ hoàn toàn các mối hàn. Thứ ba, duy trì nồng độ clorua dưới 25% bằng cách pha loãng nước muối hoặc kiểm soát sự bay hơi; nồng độ clorua thấp hơn làm giảm sự hung hăng của môi trường.
**Phần kết luận**
Đối với lò sưởi ngâm titan cấp 7 trong nước muối kali clorua 25%, nước muối kali clorua 5% ở 85 độ, việc bổ sung 0,15% palladium làm giảm tần suất nứt do ăn mòn do ứng suất clorua-gây ra ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-khoảng 80% so với cấp 2. Thời gian xảy ra vết nứt đầu tiên kéo dài từ 300–500 giờ đến 1.500–2.500 giờ và tuổi thọ sử dụng tăng từ 1.000–2.000 giờ đến 5.000–8.000 giờ. Palladium duy trì tiềm năng cao và thúc đẩy quá trình hồi phục nhanh chóng, ngăn ngừa sự lan rộng của vết nứt. Các kỹ sư chỉ định lò sưởi titan để xử lý kali nên chọn cấp 7 cho các hoạt động liên tục và xem xét giảm ứng suất để có độ tin cậy tối đa. Thông số kỹ thuật hợp kim này ngăn chặn chế độ lỗi chủ yếu trong các ứng dụng làm nóng nước muối kali.
