**7. klases titāna iegremdējamajos sildītājos, ko izmanto, lai uzturētu 85 grādus 25% magnija hlorīda + 5% kalcija hlorīda potaša sālījumā, kā caurules atlikušā sprieguma līmenis (-metinātā pret spriedzi-noņemts 550 grādos 2 stundu laikā) korelē ar hlorīda spriedzes biežumu{9}. karstuma{10}}ietekmētā zona?**
7. pakāpes titāna (Ti-0,15% Pd) iegremdējamos sildītājus plaši izmanto potaša apstrādē, kur sālījumā ir 25% magnija hlorīda (MgCl₂) un 5% kalcija hlorīda (CaCl2) 85 grādu temperatūrā. Augsti koncentrētais hlorīda šķīdums ir mēreni kodīgs, bet 7. pakāpes titāns normālos apstākļos saglabā stabilu pasīvo plēvi, pateicoties pallādija pievienošanai. Tomēr sildītāja cauruļu metinātajos savienojumos rodas īpašs atteices mehānisms. Siltuma ietekmētajā zonā (HAZ) no metināšanas ir atlikušie stiepes spriegumi no termiskās kontrakcijas un fāzes pārveidojumiem. Karstos hlorīda šķīdumos šie atlikušie spriegumi apvienojas ar hlorīda joniem, veidojot sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC). Plaisāšanas biežums ir tieši saistīts ar HAZ atlikušā stiepes sprieguma lielumu. Tā kā-metinātās caurules saglabā ievērojamu atlikušo spriegumu (150–250 MPa) un plaisā 1000–2000 stundu laikā. Cauruļu spriegums,{24}}kas tiek atbrīvots 550 grādu leņķī uz 2 stundām, tiek samazināts līdz 30–60 MPa, un tie nodrošina bezplaisāšanu pēc 8000 stundām. Izprotot šo korelāciju, inženieri var noteikt atbilstošu termisko apstrādi pēc metināšanas, lai nodrošinātu uzticamu apkalpošanu hlorīda sālījumos, pat ar paaugstinātu 7. klases titāna pretestību.
**Hlorīda-izraisītā SCC mehānisms titāna HAZ**
Hlorīda -inducētais SCC titānā rodas, izmantojot plēves{1}}plīšanas mehānismu. Pasīvā TiO₂ plēve tiek lokāli salauzta pie HAZ, kur ir visaugstākais atlikušais stiepes spriegums. Atklātajā metāla virsmā hlorīda joni adsorbējas un veicina anoda izšķīšanu gar graudu robežām. Sprieguma koncentrācija plaisas galā paātrina izšķīšanu, savukārt atkārtotu pasivāciju kavē augstā hlorīda koncentrācija. Metinātā titāna HAZ ir pārveidota mikrostruktūra ar rupjiem alfa graudiem un, atkarībā no dzesēšanas ātruma, iespējamu beta fāzi vai martensītu. Šī mikrostruktūra ir vairāk jutīga pret SCC nekā pamatmetāls, jo tai ir augstāki iekšējie spriegumi un lielāks graudu robežas laukums. Sliekšņa spriegums SCC ierosināšanai 7. pakāpes titānā karstos MgCl₂ sālījumos ir aptuveni 100–120 MPa – nedaudz augstāks par 2. pakāpi (80–100 MPa) pallādija pievienošanas dēļ. Zem šī sliekšņa SCC nenotiek neatkarīgi no ekspozīcijas laika. Tā kā-metinātās caurules pārsniedz šo slieksni, bet nospriegotās caurules{17}}nokrītas zem tā.
**Kvantitatīvā korelācija starp atlikušo stresu un SCC biežumu**
Kontrolēti testi, izmantojot 7. klases titāna caurules (12 mm OD, 1,2 mm siena) ar autogēnām TIG šuvēm (pilna iespiešanās, bez pildvielas), kas iegremdētas 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ 85 grādos ar atšķirīgu pēc-metināšanas termiskās apstrādes darbību pēc 50 SCC stundām:
| Pēc-metināšanas apstrāde|Atlikušais spriegums pie HAZ (MPa)|Laiks līdz pirmajai plaisai (stundas)|Plaisu blīvums (plaisas uz metinājuma cm)|Maksimālais plaisas dziļums pēc 5000h (mm)|SCC frekvences samazināšana |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kā-metināts (bez apstrādes)|180 – 240|800 – 1200|4 – 8|0,25 – 0,40|Bāzes stāvoklis |
| Zemas-temperatūras stresa mazināšana (300 grādi, 2 stundas)|130 – 170|1200 – 1800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45 % |
| Standarta stresa mazināšana (480 grādi, 2 stundas)|70 – 100|3000 – 4500|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% |
Dati parāda skaidru sliekšņa efektu. Kā-metinātas 7. klases caurules ar atlikušajiem spriegumiem virs 180 MPa, plaisa 800–1200 stundu laikā — ievērojami vēlāk nekā 2. klases (300–500 stundas) pallādija aizsargājošās iedarbības dēļ. Sprieguma samazināšana 550 grādu leņķī uz 2 stundām samazina atlikušo spriegumu līdz 30–60 MPa, kas ir zem 100–120 MPa sliekšņa, un novērš SCC vismaz uz 10 000 stundām.
**Kāpēc 550 grādi ir optimālā stresa mazināšanas temperatūra 7. klases titānam**
7. pakāpes titāna spriedzes mazināšanai nepieciešama temperatūra, kas pārsniedz pārkristalizācijas slieksni deformētajiem apgabaliem, bet zem beta transusa (aptuveni 880–900 grādi). Pie 550 grādiem reģenerācijas process samazina atlikušo stresu, iznīcinot dislokāciju bez pārkristalizācijas. Palādija pievienošana būtiski nemaina optimālo spriedzes samazināšanas temperatūru. 2 stundu turēšanas laiks nodrošina vienmērīgu stresa samazināšanu visā HAZ. Zemāka temperatūra (480 grādi) nodrošina daļēju spriedzes samazinājumu, bet atstāj atlikušos spriegumus 70–100 MPa, kas ir tuvu SCC slieksnim 7. klasei (100–120 MPa). Augstāka temperatūra (650 grādi) nodrošina pilnīgāku stresa mazināšanu, bet var izraisīt graudu augšanu un samazināt mehānisko izturību. 550 grādu 2 stundu apstrāde nodrošina vislabāko līdzsvaru stresa mazināšanai, neapdraudot izturību vai elastību.
**Scenārijs{0}}Pamatots atlases ceļvedis: stresa mazināšana potaša sālsūdens sildītājiem**
| Ekspluatācijas stāvoklis|Hlorīda koncentrācija|Temperatūra|Pēc-nepieciešama metināšanas apstrāde|Paredzamais SCC-bezmaksas laiks (stundās)|Inženiertehniskais pamatojums |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >10 000|Novērš SCC, samazinot stresu zem sliekšņa |
| Neregulāra darbība (<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 |
| Zemāka temperatūra (70 grādi, mazāk agresīva)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 grādi|Stresa mazināšana 480 grādu leņķī, 2 stundas|5000 – 7000|Zemāka temperatūra palielina SCC slieksni |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10 000|Kombinēta apstrāde maksimālai uzticamībai |
| Nav iespējama pēc-metināšanas termiskā apstrāde|Jebkurš|Jebkurš|Kā-metināts (pieņemt plaisāšanas risku)|800 – 1200|Pieņemams tikai pagaidu dienestam |
**Praktiski apsvērumi pēc{0}}metināšanas termiskai apstrādei**
Titāna sildītāja spoļu sprieguma mazināšanai nepieciešama rūpīga krāsns kontrole. 550 grādu apstrāde jāveic gaisa krāsnī ar atbalstītu spoli, lai novērstu nokarāšanos. Sildīšanas ātrums jāierobežo līdz 100 grādiem stundā, lai samazinātu termiskos gradientus. Pēc 2-stundu noturēšanas 550 grādos seko gaisa dzesēšana (nevis dzēšana). Spolēm ar vairākām metinātām šuvēm pēc visas metināšanas pabeigšanas visam mezglam jābūt atbrīvotam no sprieguma. Termiskā apstrāde palielina ražošanas izmaksas aptuveni par 10–15%, bet pagarina kalpošanas laiku no mazāk nekā 1200 stundām līdz vairāk nekā 10 000 stundām – pārliecinošs ekonomisks pamatojums nepārtrauktām potaša darbībām.
**Secinājums**
7. pakāpes titāna iegremdējamiem sildītājiem 25% magnija hlorīda, 5% kalcija hlorīda kālija sālījumā 85 grādu temperatūrā caurules HAZ atlikušā sprieguma līmenis tieši korelē ar hlorīda -inducēto SCC frekvenci. Kā-metinātas caurules ar atlikušo spriegumu 180–240 MPa saplaisā 800–1200 stundu laikā (aizkavēta salīdzinājumā ar 2. pakāpi pallādija aizsargājošās iedarbības dēļ). Sprieguma mazināšana 550 grādu leņķī uz 2 stundām samazina atlikušo spriegumu līdz 30–60 MPa, kas ir zem 100–120 MPa SCC sliekšņa, un nodrošina pakalpojumu bez plaisām pēc 10 000 stundām. Inženieriem, kas norāda 7. klases titāna sildītājus potaša apstrādei, kā obligātu specifikāciju visiem metinātajiem savienojumiem, kas pakļauti sālījuma iedarbībai, ir jāpieprasa pēc-metināšanas spriedzes samazināšana 550 grādu leņķī uz 2 stundām. Šī termiskās apstrādes specifikācija novērš dominējošo atteices režīmu potaša sālsūdens sildītāju lietojumos.
