**7. klassi titaanist sukelsoojendites, mida kasutatakse 85 kraadi hoidmiseks 25% magneesiumkloriidi + 5% kaltsiumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees, korreleerub toru jääkpingetase (-keevitatud vs. pinge-leevendusena 550 kraadi juures 2 tunni jooksul) 2-tunnise kloorioonide pingestamise sagedusega{{9}. kuumusest{10}}mõjutatud tsoon?**
7. klassi titaanist (Ti-0,15% Pd) 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 7. klassi titaan säilitab normaalsetes tingimustes stabiilse passiivse kile tänu pallaadiumi lisamisele. Kuid küttetorude keevisliidete juures ilmneb spetsiifiline rikkemehhanism. Keevitamisel tekkiv soojus{13}}mõjutatud tsoon (HAZ) 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-keevitatud torud säilitavad märkimisväärsed jääkpinged (150–250 MPa) ja pragunevad 1000–2000 tunni jooksul. Torude pinget-vabastatakse 550 kraadi juures 2 tunni jooksul, jääkpinged on vähenenud 30–60 MPa-ni ja need pakuvad pragudeta{27}teenust üle 8000 tunni. Selle korrelatsiooni mõistmine võimaldab inseneridel määrata sobiva keevitusjärgse kuumtöötluse, et tagada usaldusväärne teenindus kloriidsoolalahuses, isegi 7. klassi titaani suurenenud vastupidavuse korral.
**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 7. klassi titaanis kuumas MgCl₂ soolvees on ligikaudu 100–120 MPa – pallaadiumi lisamise tõttu veidi kõrgem kui klass 2 (80–100 MPa). Sellest künnisest madalamal ei esine SCC-d olenemata kokkupuuteajast. Kuna-keevitatud torud ületavad selle läve, samas kui pingevabad{17}}torud langevad sellest allapoole.
**Kvantitatiivne korrelatsioon jääkpinge ja SCC sageduse vahel**
Kontrollitud testid 7. klassi titaantorudega (12 mm OD, 1,2 mm sein) autogeensete TIG keevisõmblustega (täielik läbitungimine, ilma täiteaineta), mis on sukeldatud 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ 85 kraadi juures, muutudes pärast -keevisõmbluse kuumtöötlust 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|800 – 1200|4 – 8|0,25 – 0,40|Algtase |
| Stressi leevendamine madalal-temperatuuril (300 kraadi, 2 tundi)|130 – 170|1200 – 1800|3 – 6|0,15 – 0,30|35 – 45% |
| Standardne pingevabastus (480 kraadi, 2 tundi)|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% |
Andmed näitavad selget läve efekti. Keevitatud 7. klassi torud, mille jääkpinged on üle 180 MPa, purunevad 800–1200 tunni jooksul – pallaadiumi kaitsva toime tõttu oluliselt hiljem kui 2. klassi (300–500 tundi). Pinge leevendamine 550 kraadi juures 2 tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 100–120 MPa künnise ja kõrvaldab SCC vähemalt 10 000 tunniks.
**Miks on 550 kraadi optimaalne pinget leevendav temperatuur 7. klassi titaani jaoks**
7. klassi titaani stressi leevendamiseks on vaja temperatuuri, mis on üle ümberkristallimise läve deformeerunud piirkondades, kuid alla beetatransuse (ligikaudu 880–900 kraadi). 550 kraadi juures vähendab taastumisprotsess jääkpinget dislokatsiooni hävitamise kaudu ilma ümberkristallimiseta. Pallaadiumi lisamine ei muuda oluliselt optimaalset pingevabastuse temperatuuri. 2-tunnine hoidmisaeg tagab ühtlase stressi vähendamise kogu HAZ-i vältel. Madalamad temperatuurid (480 kraadi) tagavad osalise pinge leevendamise, kuid jätavad jääkpinged 70–100 MPa, mis on lähedane 7. klassi (100–120 MPa) SCC lävele. 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 | >10 000|Kõrvaldab SCC, vähendades pinget alla läve |
| Katkendlik operatsioon (<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 |
| Madalam temperatuur (70 kraadi, vähem agressiivne)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 kraadi|Stressi leevendamine 480 kraadi juures, 2 tundi|5000 – 7000|Madalam temperatuur suurendab SCC lävi |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >10 000|Kombineeritud ravi maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Keevisõmbluse järel{0}}kuumtöötlus pole võimalik|Igasugune|Igasugune|Keevitatud-(aktsepteeri pragunemisohtu)|800 – 1200|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 1200 tunnilt enam kui 10 000 tunnini – see on kaalukas majanduslik õigustus pidevatele kaaliumkloriidi töödele.
**Järeldus**
7. klassi titaanist sukelsoojendite puhul, mis sisaldavad 25% magneesiumkloriidi ja 5% kaltsiumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees 85 kraadi juures, korreleerub toru HAZ-i jääkpingetase otseselt kloriidi-indutseeritud SCC sagedusega. Keevitatud torud, mille jääkpinged on 180–240 MPa, purunevad 800–1200 tunni jooksul (pallaadiumi kaitsva toime tõttu 2. klassiga võrreldes). Pinge leevendamine 550 kraadi nurga all kahe tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 100–120 MPa SCC läve, ja pakub pragudeta{20}}teenust üle 10 000 tunni. Insenerid, kes määravad kaaliumkloriidi töötlemiseks 7. klassi titaankuumutid, peaksid nõudma keevisõmbluse järgset pinget 550 kraadi juures 2 tunni jooksul, kuna see on kohustuslik kõigi soolveega kokkupuutuvate keevisliidete puhul. See kuumtöötluse spetsifikatsioon kõrvaldab kaaliumkloriidi soolveesoojendite rakendustes domineeriva rikkerežiimi.
