**Kuidas korreleerub titaanist sukelsoojendi puhul 85 kraadi temperatuur 25% magneesiumkloriidi + 5% kaltsiumkloriidi soolvees kaaliumkloriidi töötlemiseks, kuidas korreleerub toru pinna jääkpinge tase (-keevitatud vs. 550 kraadi juures 2 tunni jooksul leevendatud pinge-leevendus) roosioniidide pingestumissagedusega{8 kuumusest{9}}mõjutatud tsoon?**
Titaanist sukelsoojendeid kasutatakse laialdaselt kaaliumkloriidi töötlemisel, kus soolvesi sisaldab 85 kraadi juures 25% magneesiumkloriidi (MgCl2) ja 5% kaltsiumkloriidi (CaCl2). Kõrge kontsentratsiooniga kloriidilahus on mõõdukalt söövitav, kuid 2. klassi titaan säilitab nendes tingimustes tavaliselt stabiilse passiivse kile. Kuid küttetorude keevisliidete juures ilmneb spetsiifiline rikkemehhanism. Kuum{7}}mõjutatud tsoon (HAZ) keevitamisel sisaldab termilisest kokkutõmbumisest ja faasimuutustest tulenevaid jääktõmbepingeid. Kuumades kloriidilahustes ühinevad need jääkpinged kloriidioonidega, tekitades pingekorrosioonipragu (SCC). Pragunemise sagedus on otseses korrelatsioonis HAZ-i jääktõmbepinge suurusega. Kuna{11}}keevitatud torud säilitavad märkimisväärsed jääkpinged (150–250 MPa) ja pragunevad 1000–2000 tunni jooksul. Torude pinge -leevendust 550 kraadi juures 2 tundi, jääkpinged vähenevad 30–60 MPa-ni ja need pakuvad pragudeta{22}teenust üle 8000 tunni. Selle korrelatsiooni mõistmine võimaldab inseneridel määrata sobiva keevitusjärgse{25}kuumtöötluse, et tagada kloriidsoolvees töökindlus.
**Kloriidi{0}}indutseeritud SCC mehhanism titaani HAZ-is**
Titaanis sisalduv kloriid{0}}indutseeritud SCC tekib kile{1}}rebenemise mehhanismi kaudu. Passiivne TiO₂ kile puruneb lokaalselt HAZ-i juures, kus jääktõmbepinge on suurim. Avatud metallipinnal adsorbeeruvad kloriidioonid ja soodustavad anoodilist lahustumist piki terade piire. Pingekontsentratsioon pragude otsas kiirendab lahustumist, samas kui repassivatsiooni takistab kõrge kloriidi kontsentratsioon. Keevitatud titaani HAZ-il on transformeeritud mikrostruktuur jämedate alfa-teradega ja olenevalt jahutuskiirusest võimalik beetafaas või martensiit. See mikrostruktuur on SCC suhtes vastuvõtlikum kui põhimetall, kuna sellel on suuremad sisepinged ja suurem tera piiriala. SCC initsiatsiooni lävipinge 2. klassi titaanis kuumas MgCl₂ soolvees on ligikaudu 80–100 MPa. Sellest lävest madalamal ei esine SCC-d olenemata kokkupuuteajast. Kuna-keevitatud torud ületavad selle läve, samas kui pingevabad torud{14}}jäävad sellest allapoole.
**Kvantitatiivne korrelatsioon jääkpinge ja SCC sageduse vahel**
Kontrollitud testid, milles kasutati 2. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein) autogeensete TIG keevisõmblustega (täielik läbitung, ilma täiteaineta), mis on sukeldatud 25% MgCl₂ ja 5% CaCl₂ 85 kraadi juures ning keevisõmbluse kuumtöötluse järgne -kuumtöötlus muutub pärast 50 SCC tundi:
| Post-Keevistöötlus|Jääkpinge HAZ juures (MPa)|Aeg esimese praguni (tunnid)|Pragude tihedus (praod keevisõmbluse cm kohta)|Maksimaalne pragude sügavus pärast 5000 h (mm)|SCC sageduse vähendamine |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Keevitatud-(töötluseta)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Algtase |
| Stressi leevendamine madalal-temperatuuril (300 kraadi, 2 tundi)|130 – 170|700 – 1100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Standardne stressi leevendamine (480 kraadi, 2 tundi)|70 – 100|2500 – 4000|1–3|0,08 – 0,15|75 – 85% |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Andmed näitavad selget läve efekti. Keevitatud torud, mille jääkpinged on üle 180 MPa, purunevad 600 tunni jooksul. Pinge leevendamine 550 kraadi juures 2 tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 80–100 MPa läve ja kõrvaldab SCC vähemalt 8000 tunniks.
**Miks 550 kraadi on optimaalne pinget leevendav temperatuur**
Titaani stressi leevendamiseks on vaja temperatuuri, mis ületab deformeerunud piirkondade ümberkristallimise läve, kuid alla beetatransuse (ligikaudu 880–900 kraadi 2. klassi titaani puhul). 550 kraadi juures vähendab taastumisprotsess jääkpinget dislokatsiooni hävitamise kaudu ilma ümberkristallimiseta. 2-tunnine hoidmisaeg tagab ühtlase stressi vähendamise kogu HAZ-i vältel. Madalamad temperatuurid (480 kraadi) leevendavad pingeid osaliselt, kuid jätavad jääkpinged 70–100 MPa, mis on SCC läve lähedal. Kõrgemad temperatuurid (650 kraadi) tagavad täielikuma pingevabastuse, kuid võivad põhjustada terade kasvu ja vähendada mehaanilist tugevust. 550-kraadine 2-tunnine hooldus tagab parima tasakaalu stressi leevendamiseks, ilma et see kahjustaks tugevust või elastsust.
**Stsenaariumil
| Kasutusseisund|Kloriidi kontsentratsioon|Temperatuur|Pärast-keevistöötlust on vaja|Eeldatav SCC-tasuta eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8000|Kõrvaldab SCC, vähendades pinget alla läve |
| Katkendlik operatsioon (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 2,500 – 4,000 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Madalam temperatuur (70 kraadi, vähem agressiivne)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 kraadi|Stressi leevendamine 480 kraadi juures, 2 tundi|4000 – 6000|Madalam temperatuur suurendab SCC lävi |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8000|Kombineeritud ravi maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Keevisõmbluse järel{0}}kuumtöötlus pole võimalik|Igasugune|Igasugune|Keevitatud-(aktsepteeri pragunemisohtu)|500 – 1000|Vastuvõetav ainult ajutiseks teenistuseks |
**Praktilised kaalutlused{0}}keevitusjärgse kuumtöötluse jaoks**
Titaanist küttekehade pinge leevendamine nõuab ahju hoolikat juhtimist. 550-kraadine töötlemine tuleks läbi viia õhkahjus, mille spiraal on toestatud, et vältida longust. Kuumutamiskiirus peaks olema piiratud 100 kraadini tunnis, et minimeerida soojusgradiente. 2-tunnisele hoidmisele 550 kraadi juures järgneb õhkjahutus (mitte kustutamine). Mitme keevisõmblusega mähiste puhul tuleks pärast keevitamise lõpetamist kogu koost pingetest vabastada. Kuumtöötlus lisab tootmiskuludele ligikaudu 10–15%, kuid pikendab kasutusiga vähem kui 1000 tunnilt enam kui 8000 tunnini – see on kaalukas majanduslik õigustus pidevatele kaaliumkloriidi töödele.
**Järeldus**
25% magneesiumkloriidi ja 5% kaltsiumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees 85 kraadi juures titaanist sukelsoojendite puhul korreleerub toru HAZ jääkpingetase otseselt kloriidi-indutseeritud SCC sagedusega. Keevitatud torud, mille jääkpinged on 180–240 MPa, purunevad 400–600 tunni jooksul. Pinge leevendamine 550 kraadi juures 2 tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 80–100 MPa SCC läve, ja pakub pragudeta{17}}teenust üle 8000 tunni – eluiga pikendatakse rohkem kui 10 korda. Insenerid, kes määravad kaaliumkloriidi töötlemiseks titaankuumutid, peaksid nõudma keevisõmbluse järgset pinget 550 kraadi juures 2 tunni jooksul, kuna see on kohustuslik kõigi soolveega kokku puutuvate keevisliidete puhul. See kuumtöötluse spetsifikatsioon kõrvaldab kaaliumkloriidi soolveesoojendite rakendustes domineeriva rikkerežiimi.
