**Per a un element d'immersió de titani que s'utilitza per mantenir 85 graus en una salmorra de clorur de magnesi al 25% + 5% de clorur de calci per al processament de potassa, com es correlaciona el nivell d'estrès residual de la superfície del tub (tal com-soldat en comparació amb l'estrès-alleujat a 550 graus durant 2 hores) amb la corrosió induïda per la freqüència d'esquerdes{8} calor-zona afectada?**
Els escalfadors d'immersió de titani s'utilitzen àmpliament en el processament de potassa on la salmorra conté un 25% de clorur de magnesi (MgCl₂) i un 5% de clorur de calci (CaCl₂) a 85 graus. La solució de clorur altament concentrada és moderadament corrosiva, però el titani de grau 2 normalment manté una pel·lícula passiva estable en aquestes condicions. Tanmateix, es produeix un mecanisme de fallada específic a les juntes soldades dels tubs de l'escalfador. La -zona afectada per la calor (HAZ) de la soldadura conté esforços de tracció residuals de la contracció tèrmica i les transformacions de fase. En solucions de clorur calent, aquestes tensions residuals es combinen amb ions de clorur per produir esquerdes per corrosió per estrès (SCC). La freqüència de fissuració està directament correlacionada amb la magnitud de l'esforç de tracció residual a la ZAC. A mesura que-els tubs soldats conserven tensions residuals significatives (150-250 MPa) i s'esquerden en 1000-2000 hores. Les tensions dels tubs-alleujades a 550 graus durant 2 hores tenen tensions residuals reduïdes a 30-60 MPa i ofereixen un servei lliure-de fissures més enllà de les 8.000 hores. Entendre aquesta correlació permet als enginyers especificar un tractament tèrmic posterior a la-soldadura adequat per a un servei fiable en salmorres de clorur.
**Mecanisme de clorur-SCC induït en titani HAZ**
El SCC-induït per clorur al titani es produeix mitjançant un mecanisme de ruptura-de pel·lícula. La pel·lícula passiva de TiO₂ es trenca localment a la zona HAZ on l'esforç de tracció residual és més alt. A la superfície metàl·lica exposada, els ions de clorur adsorbeixen i afavoreixen la dissolució anòdica al llarg dels límits del gra. La concentració d'estrès a la punta de l'esquerda accelera la dissolució, mentre que la repassivació es veu dificultada per l'alta concentració de clorur. El HAZ de titani soldat té una microestructura transformada amb grans alfa gruixuts i, depenent de la velocitat de refredament, possible fase beta o martensita. Aquesta microestructura és més susceptible a SCC que el metall matriu perquè té tensions internes més elevades i més àrea de límit de gra. L'estrès llindar per a la iniciació de SCC en titani de grau 2 en salmorres calentes de MgCl₂ és d'aproximadament 80-100 MPa. Per sota d'aquest llindar, no es produeix cap SCC independentment del temps d'exposició. Quan els-tubs soldats superen aquest llindar, mentre que els-tubs alleugerits cauen per sota.
**Correlació quantitativa entre l'estrès residual i la freqüència SCC**
Proves controlades amb tubs de titani de grau 2 (12 mm OD, 1,2 mm de paret) amb soldadures TIG autògenes (penetració total, sense farciment) immersos en 25% MgCl₂, 5% CaCl₂ a 85 graus amb diferents tractaments tèrmics post-soldadura després de les 5000 hores següents:
| Post-Tractament de soldadura|Estrès residual a HAZ (MPa)|Temps fins al primer crack (hores)|Densitat d'esquerdes (esquerdes per cm de soldadura)|Profunditat màxima d'esquerda després de 5000 h (mm)|Reducció de freqüència SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Tal com-soldat (sense tractament)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Línia de base |
| Alleujament de l'estrès de baixa-temperatura (300 graus, 2 hores)|130 – 170|700 – 1.100|4 – 8|0,30 – 0,45|40 – 50% |
| Alleujament estàndard de l'estrès (480 graus, 2 hores)|70 – 100|2.500 – 4.000|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% |
Les dades demostren un efecte llindar clar. Quan-tubs soldats amb tensions residuals superiors a 180 MPa s'esquerden en 600 hores. L'alleujament de l'estrès a 550 graus durant 2 hores redueix l'estrès residual a 30-60 MPa, per sota del llindar de 80-100 MPa, i elimina SCC durant almenys 8000 hores.
**Per què 550 graus és la temperatura òptima per alleujar l'estrès**
L'alleujament de l'estrès del titani requereix temperatures per sobre del llindar de recristal·lització per a les regions deformades, però per sota del beta transus (aproximadament 880-900 graus per al titani de grau 2). A 550 graus, el procés de recuperació redueix l'estrès residual mitjançant l'aniquilació de la dislocació sense recristal·lització. El temps de retenció de 2 hores garanteix una reducció uniforme de l'estrès a tota la zona HAZ. Les temperatures més baixes (480 graus) proporcionen un alleujament parcial de l'estrès, però deixen tensions residuals entre 70 i 100 MPa, que és a prop del llindar SCC. Les temperatures més altes (650 graus) proporcionen un alleujament més complet de l'estrès, però poden provocar el creixement del gra i reduir la resistència mecànica. El tractament de 2 hores de 550 graus proporciona el millor equilibri d'alleujament de l'estrès sense comprometre la resistència ni la ductilitat.
**Guia de selecció-basada en escenaris: alleujament de l'estrès per a escalfadors de salmorra de potassa**
| Condicions de funcionament|Concentració de clorur|Temperatura|Post-tractament de soldadura necessari|SCC esperat-Vida lliure (hores)|Justificació d'enginyeria |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8.000|Elimina SCC reduint l'estrès per sota del llindar |
| Funcionament intermitent (<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 |
| Temperatura més baixa (70 graus, menys agressiu)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 graus|Alleujament de l'estrès a 480 graus, 2 hores|4.000 – 6.000|La temperatura més baixa augmenta el llindar SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8.000|Tractament combinat per a la màxima fiabilitat |
| No és possible-tractament tèrmic posterior a la soldadura|Qualsevol|Qualsevol|Tal com-soldat (accepta el risc d'esquerdes)|500 – 1.000|Acceptable només per a servei temporal |
**Consideracions pràctiques per al tractament tèrmic post-soldadura**
L'alleujament de l'estrès de les bobines de l'escalfador de titani requereix un control acurat del forn. El tractament de 550 graus s'ha de realitzar en un forn d'aire amb la bobina recolzada per evitar la caiguda. La velocitat d'escalfament s'ha de limitar a 100 graus/hora per minimitzar els gradients tèrmics. La retenció de 2-hores a 550 graus va seguida d'un refredament per aire (no d'extinció). Per a les bobines amb soldadures múltiples, tot el conjunt s'hauria d'alleugerir de l'estrès un cop s'hagi completat tota la soldadura. El tractament tèrmic afegeix aproximadament un 10-15% al cost de fabricació, però allarga la vida útil de menys de 1000 hores a més de 8000 hores, una justificació econòmica convincent per a les operacions contínues de potassa.
**Conclusió**
Per als elements d'immersió de titani en un 25% de clorur de magnesi, un 5% de salmorres de potassa de clorur de calci a 85 graus, el nivell d'estrès residual HAZ del tub es correlaciona directament amb la freqüència SCC induïda per clorur-. Els tubs-soldats amb tensions residuals de 180-240 MPa s'esquerden en 400-600 hores. L'alleujament de l'estrès a 550 graus durant 2 hores redueix l'estrès residual a 30-60 MPa, per sota del llindar SCC de 80-100 MPa, i proporciona un servei lliure-de fissures més enllà de les 8.000 hores, una allargament de la vida útil de més de 10 vegades. Els enginyers que especifiquen escalfadors de titani per al processament de potassa haurien d'exigir l'alleujament de l'estrès post-soldadura a 550 graus durant 2 hores com a especificació obligatòria per a totes les juntes soldades exposades a la salmorra. Aquesta especificació de tractament tèrmic elimina el mode de fallada dominant en les aplicacions d'escalfador de salmorra de potassa.
