पीएच (11) और तापमान (150 डिग्री) के किस विशिष्ट संयोजन के तहत टाइटेनियम हीटर कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग के प्रति संवेदनशील हो जाता है?

एक प्रोसेस इंजीनियर के लिए जो उच्च तापमान वाले क्षारीय घोल में टाइटेनियम विसर्जन हीटर का उपयोग कर रहा है, जैसे कि कास्टिक सोडा एकाग्रता, लुगदी और पेपर डाइजेस्टर या एल्यूमिना रिफाइनिंग, पीएच 11 और तापमान 150 डिग्री का संयोजन कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग (एससीसी) के लिए एक विशिष्ट स्थिति प्रदान करता है। आम तौर पर, ग्रेड 2 टाइटेनियम 120 डिग्री से कम तापमान पर पीएच 12 तक कास्टिक समाधान के लिए प्रतिरोधी है। TiO2 निष्क्रिय फिल्म जो सतह की रक्षा करती है, पीएच 11 और 150 डिग्री पर केंद्रित हाइड्रॉक्साइड समाधान में घुलनशील है जो घुलनशील टाइटेनेट प्रजाति (Ti(OH)6 2- या HTiO3 -) का उत्पादन करती है। दरारें धातु के ऑक्साइड संपर्क से शुरू होती हैं और लागू या अवशिष्ट तन्य तनाव (उपज शक्ति के 50% से ऊपर) के प्रभाव में ट्रांसग्रेन्युलर रूप से फैलती हैं। कास्टिक एससीसी के लिए, मुख्य संयोजन पीएच > 10.5 और तापमान 130 डिग्री से अधिक या उसके बराबर है और पीएच 11-12 और 150-200 डिग्री पर सबसे खराब क्रैकिंग है। कास्टिक एससीसी 130 डिग्री से नीचे कभी-कभार ही होता है। टाइटेनियम pH 10 से नीचे के सभी तापमानों पर निष्क्रिय रहता है।

टाइटेनियम का कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग तंत्र।
उच्च तापमान पर संकेंद्रित कास्टिक घोल में Ti निष्क्रिय फिल्म का रासायनिक विघटन: TiO {{0}OH - → TiO 3 2- + H 2 O (या TiO {{4}OH - → HTiO 3 - + OH - ) घुलने की दर तेजी से तापमान और [OH -] सांद्रता पर निर्भर होती है। एक नंगी धातु की सतह पर (उदाहरण के लिए दरार की नोक पर जहां निष्क्रिय कोटिंग टूट गई है), टाइटेनियम का एनोडिक विघटन होता है: Ti+4OH−→Ti(OH)4+4e−, जिसके बाद घुलनशील टाइटेनेट्स का निर्माण होता है। क्रैकिंग तब होती है जब तीन मानदंड एक साथ पूरे होते हैं: (1) एक कमजोर सामग्री (ग्रेड 2 टाइटेनियम 130 डिग्री से ऊपर कास्टिक में कमजोर है), (2) एक विशेष वातावरण (पीएच 10.5 से अधिक या उसके बराबर, तापमान 130 डिग्री से अधिक या उसके बराबर), और (3) पर्याप्त तन्य तनाव (आमतौर पर> 100-150 एमपीए)। सक्रिय क्षेत्र में फ्रैक्चर प्रसार दर आमतौर पर 0.1-1.0 मिमी/घंटा है। इस प्रकार, विफलता तेजी से घटित होती है।

पीएच और तापमान के साथ कास्टिक एससीसी संवेदनशीलता की मात्रा निर्धारित करना
तापमान (oC)|पीएच|टाइटेनियम ग्रेड 2 की एससीसी संवेदनशीलता|150 एमपीए तनाव पर विफलता का समय (घंटे)|क्रैक आकृति विज्ञान निवारण योजना
11 120 कोई नहीं > 10,000 कोई दरार नहीं, स्थिर निष्क्रिय फिल्म 130 11 कम 5,000 - 10,000 कभी-कभार उथली दरार तनाव या तापमान हटाएं 140 11 मध्यम 1,000-5,000 दरारें ट्रांसग्रेन्युलर, 7वीं या 12वीं कक्षा का उपयोग करें 150 11 उच्च 100-1,000 व्यापक ट्रांसग्रेनुलर क्रैकिंग के लिए अनुशंसित नहीं है ग्रेड {{16} गंभीर 10-100 ग्रेड 2 उपयुक्त नहीं 150 10 कम > 10,000 कोई दरार नहीं (पीएच बहुत कम) स्वीकार्य 150 12 गंभीर 10-100 तेज दरार ग्रेड 2 अनुपयुक्त {{25 }} उच्च (वेल्डेड क्षेत्र) 50-500 एचएजेड पर दरार वेल्ड के बाद तनाव कम करना आवश्यक है
टाइटेनियम हीटर - कास्टिक सेवा - एक परिदृश्य-आधारित मार्गदर्शिका
गंभीर सेवा शर्तेंपीएच तापमान (सी) लागू तनाव टाइटेनियम उपयुक्तताकार्रवाई की सिफारिश की गई
कास्टिक धुलाई, पतला, कम सांद्रण10 80 कम उत्कृष्ट मानक ग्रेड 2
भंडारण टैंक, कास्टिक 12 40 कम उत्कृष्ट (कम तापमान) ग्रेड 2 मानक
कास्टिक सांद्रता (प्रथम प्रभाव) 11 120 वार्षिक निरीक्षण के साथ मध्यम स्वीकार्य ग्रेड 2
कास्टिक सांद्रता (अंतिम प्रभाव) 11 140 मध्यम सीमांत ग्रेड 7 या 12 में अपग्रेड
कास्टिक सांद्रता (अंतिम प्रभाव) 11 150 मध्यम खराब ग्रेड 2 की सलाह नहीं दी जाती
पल्प डाइजेस्टर (सफ़ेद शराब) 12 165 उच्च (थर्मल तनाव) अनुपयुक्त निकेल मिश्र धातु (जैसे मिश्र धातु 600)
एल्युमिना रिफाइनरी (बायर लिकर) 13 150 मध्यम उपयुक्त नहीं लाइनर के साथ कार्बन स्टील
सल्फाइड (अपचायक) कास्टिक 11 150 मध्यम, बहुत खराब, टाइटेनियम के लिए उपयुक्त नहीं
कास्टिक एससीसी के इंजीनियरिंग शमन
यदि टाइटेनियम हीटर का उपयोग पीएच > 10.5 और तापमान > 130 डिग्री पर कास्टिक सेवा में किया जाना चाहिए, तो तीन शमन एससीसी के खतरे को कम कर सकते हैं। प्राथमिक शमन अवशिष्ट तनाव को कम करना है। वेल्ड ताप उपचार के बाद (1 घंटे के लिए 540 डिग्री) वेल्डेड या मुड़े हुए क्षेत्रों में अवशिष्ट तनाव को कम करता है। अधिकतम सेवा तनाव 100 एमपीए (उपज का लगभग 36%) तक सीमित होना चाहिए। दूसरा शमन टाइटेनियम ग्रेड 12 (Ti-0.3 Mo-0.8 Ni) में अपग्रेड किया गया। मोलिब्डेनम का उपयोग उच्च तापमान पर निष्क्रिय फिल्म की स्थिरता में सुधार करता है और बेहतर कास्टिक एससीसी प्रतिरोध के साथ ग्रेड 12 प्रदान करता है। ग्रेड 12 पीएच 11 और 150 डिग्री पर 200 एमपीए तक के दबाव पर कोई एससीसी नहीं दिखाता है। तीसरा शमन तापमान को 10-20 डिग्री तक कम करना है (उदाहरण के लिए 150 डिग्री के बजाय 130 डिग्री पर चलाना) जिससे कास्टिक एससीसी जोखिम 10-100 के कारक तक कम हो जाता है। यदि प्रक्रिया की सीमाएं तापमान को कम करने से रोकती हैं, तो ग्रेड 12 या निकल मिश्र धातु आवश्यक हैं।

निष्कर्ष: क्रिटिकल कास्टिक एससीसी संयोजन पीएच 10.5 से अधिक या उसके बराबर और टी ग्रेड 2 टीआई के लिए 130 डिग्री से अधिक या उसके बराबर
At the combination of pH 11 and temperature 150°C, grade 2 titanium is susceptible to caustic stress corrosion cracking. The essential values are pH > 10.5 and temperature ≥ 130°C. The most severe cracking occurs at pH 11-12 and 150-200°C. Caustic SCC is unusual below 130°C. Titanium is passive at temperatures below pH 10. Under the condition of pH 11 and 150°C, Grade 2 titanium with tensile stress >100 एमपीए 100-1,000 घंटे की सीमा में क्रैक हो जाएगा। तंत्र संकेंद्रित हाइड्रॉक्साइड में निष्क्रिय फिल्म का विघटन है, जिसके बाद एनोडिक क्रैक प्रसार होता है। ग्रेड 12 टाइटेनियम (Ti-0.3Mo-0.8Ni) में अपग्रेड करें या 130 डिग्री से अधिक कास्टिक सेवा के लिए ऑपरेटिंग तापमान को 130 डिग्री से कम करें। किसी भी उच्च तापमान कास्टिक अनुप्रयोग के लिए टाइटेनियम हीटर का ऑर्डर करते समय, आपूर्तिकर्ता को पीएच, तापमान और अनुमानित तनाव की आपूर्ति करने से उचित ग्रेड चयन (ग्रेड 2 बनाम ग्रेड 12) की अनुमति मिलती है और कास्टिक एससीसी विफलता को रोकने के लिए गर्मी उपचार की आवश्यकता होती है।