**Kuidas vähendab pallaadiumi lisamine 7. klassi titaanist sukelsoojendites, mida kasutatakse 85 kraadi hoidmiseks 25% magneesiumkloriidi + 5% kaltsiumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees, kloriidi-indutseeritud pingekorrosiooni pragunemise sagedust kuumuse-mõjutatud tsoonis võrreldes 2. klassiga?**
7. klassi titaanist (Ti-0,15% Pd) ja 2. klassi titaansukelkuumutit kasutatakse kaaliumkloriidi töötlemisel, kus soolvesi sisaldab 85 kraadi juures 25% magneesiumkloriidi (MgCl2) ja 5% kaltsiumkloriidi (CaCl₂). Kõrge kontsentratsiooniga kloriidilahus on mõõdukalt söövitav, kuid mõlemad titaaniklassid säilitavad normaalsetes tingimustes stabiilse passiivse kile. Kuid küttetorude keevisliidete juures ilmneb spetsiifiline rikkemehhanism. Keevitamisel tekkiv soojus{18}}mõjutatud tsoon (HAZ) sisaldab termilisest kokkutõmbumisest ja faasimuutustest tulenevaid jääktõmbepingeid. Kuumades kloriidilahustes ühinevad need jääkpinged kloriidioonidega, tekitades pingekorrosioonipragu (SCC). 2. klassi titaan on selles keskkonnas vastuvõtlik SCC-le, pragunemine toimub tavaliselt 1000–2000 tunni jooksul. 7. klassi titaan, milles on 0,15% pallaadiumi, tagab suurepärase vastupidavuse kloriidi poolt indutseeritud SCC-le, katalüüsides katoodreaktsioone, mis säilitavad üllas potentsiaali ja soodustades pragude tipu kiiret passiveerimist. Pallaadiumi lisamine vähendab SCC sagedust 2. klassiga võrreldes ligikaudu 80%, pikendades kasutusiga 1000–2000 tunnilt 8000–10 000 tunnini.
**Kloriidi{0}}indutseeritud SCC ja pallaadiumi kaitse mehhanism**
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. 7. klassi titaan sisaldab maatriksis dispergeeritud pallaadiumiosakesi, mis toimivad katoodsete kohtadena hapniku redutseerimiseks ja vesiniku eraldumiseks. Pallaadiumikohad säilitavad titaanpinnal üllasema potentsiaali isegi agressiivses kloriidkeskkonnas. See katoodmodifikatsioon vähendab pragude otsas anoodilise lahustumise liikumapanevat jõudu. Lisaks soodustab pallaadium passiivse kile kiiremat taaspassiveerimist, kui see on lokaalselt kahjustatud, vältides pragude levimist. Pallaadium vähendab ka vesiniku imendumist, mis võib kaasneda SCC-ga, vähendades veelgi haprust.
**SCC sageduse kvantitatiivne võrdlus HAZ-is**
Kontrollitud testid, milles kasutati 2. ja 7. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein) autogeensete TIG keevisõmblustega (täielik läbitung, ilma täiteaineta), mis on sukeldatud 25% MgCl2, 5% CaCl2 85 kraadi juures, näitavad järgmist SCC käitumist HAZ-i ajal üle 50:00:
| Titaani klass|Pallaadiumisisaldus|Jääkpinge HAZ juures (MPa)|Aeg esimese praguni (tunnid)|Pragude tihedus (praod keevisõmbluse cm kohta)|Maksimaalne pragude sügavus pärast 5000 h (mm)|SCC sageduse vähendamine |
|----------------|-------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| 2. klass|0%|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Algtase |
| Grade 2 + stress relief (550°C, 2h) | 0% | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >95% |
| 7. klass (-keevitatud)|0,15%|180 – 240|1500 – 2500|1–3|0,08 – 0,15|80% |
| Grade 7 + stress relief (550°C, 2h) | 0.15% | 30 – 60 | >10,000 | 0 | <0.01 | 100% |
| 12. klass (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|180 – 240|800 – 1200|4 – 8|0,20 – 0,35|50% |
Andmed näitavad, et 7. klassi titaan vähendab SCC sagedust 2. klassiga võrreldes ligikaudu 80%. Esimese pragunemise aeg ulatub 300–500 tunnini 1500–2500 tunnini ja pragude tihedus väheneb 6–12 pragult cm kohta 1–3 praguni cm kohta.
**Miks pallaadium on kloriidsoolalahuses efektiivne**
Pallaadiumi efektiivsus kuumades kloriidsoolalahustes tuleneb selle võimest katalüüsida hapniku ja teiste katoodreagentide redutseerimist, säilitades titaani pinnal üllasema potentsiaali. Kloorikeskkonnas on 2. klassi titaani korrosioonipotentsiaal ligikaudu -0,2 kuni 0,0 V vs. Ag/AgCl. 7. klassi titaani korrosioonipotentsiaal on ligikaudu +0.1 kuni +0.2 V vs. Ag/AgCl – erinevus 200–300 mV. See potentsiaalne nihe vähendab pragude otsas anoodilise lahustumise liikumapanevat jõudu mitme suurusjärgu võrra. Lisaks soodustavad pallaadiumikohad kiiret passivatsiooni, kui passiivne kile on mehaaniliselt häiritud, takistades pragu levimist. Pallaadium vähendab ka vesiniku neeldumist, mis võib kloriidikeskkonnas põhjustada haprust.
**Stsenaariumil
| Kasutusseisund|Kloriidi kontsentratsioon|Temperatuur|Soovitatav titaanklass|Eeldatav SCC{0}}tasuta eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|----------------------|-------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Pidev kaaliumkloriidi töötlemine, 5000-tunnine kampaania|25% MgCl2 + 5% CaCl2|85 kraadi|7. klass|5000 – 8000|80% SCC vähendamine; standardspetsifikatsioon |
| Extended campaign (>8000 hours) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 7 + stress relief | >10 000|Kombineeritud ravi maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Katkendlik operatsioon (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 2 + stress relief | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Madalam temperatuur (70 kraadi, vähem agressiivne)|25% MgCl2 + 5% CaCl2|70 kraadi|7. klass|8 000 – 10 000|Madalam temperatuur pikendab eluiga veelgi |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<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|HAZ puudub=SCC puudub |
**Täiendavad meetmed SCC riski vähendamiseks**
Kolm täiendavat meedet vähendavad SCC riski isegi 7. klassi titaaniga. Esiteks vabastage keevisliidete pinge-550 kraadi juures 2 tunni jooksul pärast keevitamist; see vähendab jääkpinget 180–240 MPa-lt 30–60 MPa-le, kõrvaldades tõhusalt SCC isegi 2. klassis. Teiseks kasutage keevisliidete täielikuks kõrvaldamiseks võimaluse korral õmblusteta titaantorusid. Kolmandaks hoidke kloriidi kontsentratsioon alla 25%, lahjendades soolvett või kontrollides aurustumist; madalam kloriidi kontsentratsioon vähendab keskkonna agressiivsust.
**Järeldus**
7. klassi titaanist sukelsoojendite puhul 25% magneesiumkloriidi ja 5% kaltsiumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees 85 kraadi juures vähendab 0,15% pallaadiumi lisamine kloriidi -indutseeritud pingekorrosiooni pragunemise sagedust kuumuse{6}}mõjutatud tsoonis. Võrreldes 0 kuni 0-5. 1500–2500 tunnini ja kasutusiga pikeneb 1000–2000 tunnilt 5000–8000 tunnini. Pallaadium säilitab ülla potentsiaali ja soodustab kiiret taaspassivatsiooni, takistades pragude levimist. Insenerid, kes määravad kaaliumkloriidi töötlemiseks titaanküttekehasid, peaksid valima pideva töö jaoks 7. klassi ja kaaluma maksimaalse töökindluse tagamiseks pinge leevendamist. See sulami spetsifikatsioon hoiab ära kaaliumkloriidi soolvee kütteseadmetes domineeriva rikkerežiimi.
