ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर ट्यूब में इंटरमेटेलिक Ti₂Fe कण आकार वितरण 80 डिग्री पर गर्म एल्यूमीनियम सल्फेट समाधान में गड्ढों के घनत्व के साथ कैसे संबंधित है?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 कण/मिमी²). छोटे कण <2 µm और कम घनत्व <200 कण/मिमी2 बहुत कम पिटिंग संवेदनशीलता दिखाते हैं ताकि हीटर का जीवन पूर्वानुमानित हो सके।

एल्युमीनियम सल्फेट में Ti2Fe-प्रेरित पिटिंग का तंत्र

एक कण के किनारे पर Ti2Fe कण का गैल्वेनिक वर्तमान घनत्व 10-100 μA/cm2 है, जो आसन्न टाइटेनियम मैट्रिक्स को भंग करने के लिए पर्याप्त है। 80 डिग्री पर गर्म एल्यूमीनियम सल्फेट एक मामूली स्थिर निष्क्रिय फिल्म देता है। एक बार गड्ढा शुरू होने के बाद, सल्फेट की उच्च सांद्रता और उच्च तापमान गड्ढे के विस्तार में मदद करते हैं। गड्ढे के घनत्व का कण घनत्व के साथ एक शक्ति कानून संबंध है: गड्ढे का घनत्व ≈ 0.1 (कण घनत्व)0.7। इस प्रकार उचित सामग्री और ताप उपचार का चयन करके Ti$_2$Fe कणों के वितरण का प्रबंधन करना महत्वपूर्ण है ताकि एल्यूमीनियम सल्फेट सेवा में गड्ढे की भविष्यवाणी की जा सके और उसे कम किया जा सके। अधिक कणों के परिणामस्वरूप अधिक गैल्वेनिक जोड़े बनते हैं और पिट स्टार्ट में तेजी आती है।

पिटिंग घनत्व और कणों का मात्रात्मक सहसंबंध

500 घंटों के लिए 80 डिग्री पर 10% अल 2 (एसओ 4) 3 की नियंत्रण मेटलोग्राफिक जांच और संक्षारण परीक्षण से ग्रेड 2 टाइटेनियम ट्यूबों के लिए निम्नलिखित सहसंबंधों का पता चला है। Ti 2 Fe कण घनत्व वाले नमूने<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

कण वितरण पर लौह सामग्री और ताप उपचार का प्रभाव

Ti2Fe कणों का वितरण लौह सांद्रता और थर्मल प्रसंस्करण इतिहास द्वारा नियंत्रित किया जाता है। ग्रेड 1 टाइटेनियम, एनील्ड घोल (700 डिग्री, पानी बुझाना), 0.05-0.08 wt% लोहे के साथ, इसका कण घनत्व 50 कण/मिमी2 से कम और कण आकार 1 µm से कम है। मिल में 0.12 wt% आयरन के साथ ग्रेड 2 -एनील्ड अवस्था (700 डिग्री, एयर कूल) प्रति मिमी2 80-150 कणों का घनत्व और 1-2 µm का आकार प्रदर्शित करता है। मिल में 0.20 wt% लोहे के साथ विशिष्ट ग्रेड 2 {{22}एनील्ड स्थिति में घनत्व 200 - 400 कण / मिमी 2 और आकार 2 - 4 मिमी होता है। खींची गई स्थिति में हाई-आयरन ग्रेड 2 (0.25 wt%) 400-700 कणों/मिमी2 के घनत्व और 3-6 μm के आकार तक पहुँच जाता है। कम घनत्व के बावजूद बीटा एनीलिंग (900 डिग्री से ऊपर धीमी गति से शीतलन) 5-10 µm मोटे कणों की महत्वपूर्ण पिटिंग साइट बनाता है।

एल्यूमिनियम सल्फेट सेवा उपयुक्त कण वितरण

निम्न तालिका वांछित सेवा जीवन और अधिकतम स्वीकार्य गड्ढे की गहराई के लिए 80 डिग्री पर 10% एल्यूमीनियम सल्फेट में ग्रेड 2 टाइटेनियम ट्यूबों के लिए Ti2Fe के अधिकतम स्वीकार्य कण पैरामीटर दिखाती है।

वांछित सेवा जीवन (वर्ष) अधिकतम गड्ढे की गहराई (मिमी) अधिकतम Ti2Fe कण घनत्व (कण/मिमी2) अधिकतम औसत कण आकार (µm) ताप उपचार अनुशंसा
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 मिल एनील्ड (700 डिग्री सेल्सियस, एयर कूल्ड)
3 0.30 250–400 3–4 मिल एनील्ड + पिकल्ड 2 0.50 400–{5}}–5 जैसा कि-तैयार किया गया (अनुशंसित नहीं)<1 >0.50 >600 >5 कण वितरण नियंत्रण से परे ग्रेड 2 इंजीनियरिंग के लिए उपयुक्त नहीं है

Ti2Fe कणों को पूरी तरह से खत्म करने के लिए टाइटेनियम ग्रेड को चुना जा सकता है। ग्रेड 1 के लिए 0.08 wt% से कम लौह सामग्री वाला घोल {{2}एनील्ड अवस्था सबसे कम पिटिंग घनत्व प्रदर्शित करती है। ग्रेड 7 (पैलेडियम स्थिर) लौह सामग्री में ग्रेड 2 के बराबर है, लेकिन गैल्वेनिक व्यवहार बदल जाता है, जिससे समान कण फैलाव के लिए गड्ढे का घनत्व 50-70% कम हो जाता है। ग्रेड 12 में, मोलिब्डेनम और निकल मौजूद होते हैं जो अलग-अलग इंटरमेटेलिक्स का उत्पादन करते हैं जो Ti 2 Fe की तुलना में कम कैथोडिक होते हैं। दीवार की मोटाई मध्यम गड्ढे (80 गड्ढे/सेमी^2, 100 µm गहरी) के साथ गड्ढे में प्रवेश सहनशीलता के लिए . 2.0 मिमी मोटाई की अनुमति देती है, जो 5-8 साल तक चल सकती है, 1.2 मिमी मोटाई पहले विफल हो जाती है। सतह की समाप्ति गड्ढे की शुरूआत को प्रभावित करती है। इलेक्ट्रोपॉलिशिंग Ti2Fe कणों से समृद्ध सतह परत को हटा देती है, जिससे प्रभावी कण घनत्व कम हो जाता है।

एक सूचित विशिष्टता

80 डिग्री पर गर्म एल्युमीनियम सल्फेट घोल में ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर के लिए, अधिकतम लौह सांद्रता 0.15 wt% और घोल {{3}एनील्ड स्थिति (700 डिग्री ± 10 डिग्री, पानी बुझाना) निर्दिष्ट करें। 500× आवर्धन पर एक विशिष्ट नमूने का मेटलोग्राफिक निरीक्षण। प्रमाणीकरण कि Ti₂Fe कण घनत्व 250 कण प्रति वर्ग मिलीमीटर से कम है और कोई भी कण व्यास में 5 माइक्रोन से बड़ा नहीं है। आवश्यक अनुप्रयोगों के लिए जहां पिटिंग की अनुमति नहीं दी जा सकती, ग्रेड 1 टाइटेनियम या ग्रेड 7 टाइटेनियम का उपयोग करें। आने वाला निरीक्षण. रैपिड पिटिंग टेस्ट. एक नमूना कूपन को 168 घंटों के लिए 80 डिग्री पर 10% Al2(SO4)3 में डुबोएं और 50× आवर्धन के तहत जांच करें। यदि गड्ढे का घनत्व 50 गड्ढे प्रति वर्ग सेंटीमीटर से अधिक हो तो लॉट को अस्वीकार कर दें। इंजीनियर गड्ढे के घनत्व को कम करने और गर्म एल्यूमीनियम सल्फेट के उपयोग में अनुमानित हीटर जीवन को सुनिश्चित करने के लिए गुणवत्ता पैरामीटर के रूप में Ti 2 Fe के कण आकार वितरण को नियंत्रित करता है।