**En els escalfadors d'immersió de titani de grau 7 que s'utilitzen per mantenir 85 graus en una salmorra de clorur de magnesi al 25% + 5% de clorur de calci potassa, com redueix l'addició de pal·ladi la freqüència d'esquerdes per corrosió per estrès induïda per clorur- a la zona afectada per la calor-en comparació amb el grau 2**?**
Els escalfadors d'immersió de titani de grau 7 (Ti-0,15% Pd) i els escalfadors d'immersió de titani de grau 2 s'utilitzen 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 ambdós graus de titani mantenen una pel·lícula passiva estable en condicions normals. 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). El titani de grau 2 és susceptible al SCC en aquest entorn, amb esquerdes que es produeixen normalment entre 1000 i 2000 hores. El titani de grau 7, amb un 0,15% de pal·ladi, proporciona una resistència superior al SCC induït pel clorur mitjançant la catalització de reaccions catòdiques que mantenen un potencial noble i la promoció d'una ràpida repassivació a la punta de l'esquerda. L'addició de pal·ladi redueix la freqüència de SCC aproximadament un 80% en comparació amb el grau 2, ampliant la vida útil d'1.000 a 2.000 hores a 8.000 a 10.000 hores.
**Mecanisme de clorur-SCC induït i protecció de pal·ladi**
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 titani de grau 7 conté partícules de pal·ladi disperses a la matriu que actuen com a llocs catòdics per a la reducció d'oxigen i l'evolució d'hidrogen. Els llocs de pal·ladi mantenen un potencial més noble a la superfície del titani, fins i tot en l'entorn de clorur agressiu. Aquesta modificació catòdica redueix la força motriu per a la dissolució anòdica a la punta de l'esquerda. A més, el pal·ladi afavoreix una repassivació més ràpida de la pel·lícula passiva quan està danyada localment, evitant la propagació d'esquerdes. El pal·ladi també redueix l'absorció d'hidrogen que pot acompanyar SCC, reduint encara més la fragilitat.
**Comparació quantitativa de la freqüència de SCC a la ZAC**
Les proves controlades amb tubs de titani de grau 2 i grau 7 (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 informen el següent comportament SCC a les hores HAZ durant 50000 hores:
| Grau de titani|Contingut de pal·ladi|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 |
|----------------|-------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| 2n grau|0%|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Línia de base |
| Grade 2 + stress relief (550°C, 2h) | 0% | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >95% |
| Grau 7 (tal com-soldat)|0,15%|180 – 240|1.500 – 2.500|1 – 3|0,08 – 0,15|80% |
| Grade 7 + stress relief (550°C, 2h) | 0.15% | 30 – 60 | >10,000 | 0 | <0.01 | 100% |
| Grau 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|180 – 240|800 – 1.200|4 – 8|0,20 – 0,35|50% |
Les dades demostren que el titani de grau 7 redueix la freqüència de SCC en aproximadament un 80% en comparació amb el grau 2. El temps fins a la primera fissura s'estén de 300 a 500 hores a 1.500 a 2.500 hores, i la densitat d'esquerdes disminueix de 6 a 12 esquerdes per cm a 1 a 3 esquerdes per cm.
**Per què el pal·ladi és efectiu en salmorres de clorur**
L'eficàcia del pal·ladi en salmorres de clorur calent sorgeix de la seva capacitat per catalitzar la reducció d'oxigen i altres reactius catòdics, mantenint un potencial més noble a la superfície del titani. En l'entorn de clorur, el potencial de corrosió del titani de grau 2 és d'aproximadament -0,2 a 0,0 V en comparació amb Ag/AgCl. El potencial de corrosió del titani de grau 7 és d'aproximadament +0.1 a +0.2 V en comparació amb Ag/AgCl, una diferència de 200-300 mV. Aquest canvi potencial redueix la força motriu per a la dissolució anòdica a la punta de l'esquerda en diversos ordres de magnitud. A més, els llocs de pal·ladi promouen una ràpida repassivació quan la pel·lícula passiva es trenca mecànicament, evitant que l'esquerda es propagui. El pal·ladi també redueix l'absorció d'hidrogen, que pot contribuir a la fragilitat en ambients de clorur.
**Guia de selecció-basada en escenaris: grau de titani per a escalfadors de salmorra de potassa**
| Condicions de funcionament|Concentració de clorur|Temperatura|Grau de titani recomanat|SCC esperat-Vida lliure (hores)|Justificació d'enginyeria |
|--------------------|----------------------|-------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Processament continu de potassa, campanya de 5000 hores|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|85 graus|Grau 7|5.000 – 8.000|80% de reducció SCC; especificació estàndard |
| Extended campaign (>8000 hours) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 7 + stress relief | >10.000|Tractament combinat per a la màxima fiabilitat |
| Funcionament intermitent (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Grade 2 + stress relief | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Temperatura més baixa (70 graus, menys agressiu)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 graus|Grau 7|8.000 – 10.000|La temperatura més baixa allarga encara més la vida |
| Operació-a curt termini (<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|Sense HAZ=sense SCC |
**Mesures complementàries per reduir el risc de SCC**
Tres mesures complementàries redueixen el risc de SCC fins i tot amb titani de grau 7. En primer lloc, alleujar l'estrès-les juntes soldades a 550 graus durant 2 hores després de la soldadura; això redueix la tensió residual de 180–240 MPa a 30–60 MPa, eliminant efectivament l'SCC fins i tot en el grau 2. En segon lloc, utilitzeu tubs de titani sense soldadura sempre que sigui possible per eliminar completament les juntes soldades. En tercer lloc, mantenir la concentració de clorur per sota del 25% diluint la salmorra o controlant l'evaporació; concentracions més baixes de clorur redueixen l'agressivitat del medi ambient.
**Conclusió**
Per als escalfadors d'immersió de titani de grau 7 en clorur de magnesi al 25%, salmorra de potassa de clorur de calci al 5% a 85 graus, l'addició de pal·ladi al 0,15% redueix la freqüència d'esquerdes per corrosió per estrès induïda per clorur-a la zona afectada per la calor-en aproximadament un 80% en comparació amb les hores de grau 30-302. a 1.500-2.500 hores, i la vida útil augmenta d'1.000-2.000 hores a 5.000-8.000 hores. El pal·ladi manté un potencial noble i afavoreix una ràpida repassivació, evitant la propagació de les esquerdes. Els enginyers que especifiquen escalfadors de titani per al processament de potassa haurien de seleccionar el grau 7 per a operacions contínues i considerar l'alleujament de l'estrès per obtenir la màxima fiabilitat. Aquesta especificació d'aliatge evita el mode de fallada dominant en aplicacions d'escalfador de salmorra de potassa.
