Comment la distribution granulométrique de Ti₂Fe intermétallique dans un tube chauffant en titane de grade 2 est-elle en corrélation avec la densité des piqûres dans une solution chaude de sulfate d'aluminium à 80 degrés ?

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 particules/mm²). Les particules plus petites < 2 µm et la densité inférieure < 200 particules/mm2 présentent une sensibilité aux piqûres beaucoup plus faible, de sorte que la durée de vie du réchauffeur est prévisible.

Mécanisme de piqûre induite par Ti2Fe- dans le sulfate d'aluminium

La densité de courant galvanique de la particule Ti2Fe au bord d'une particule est de 10 à 100 μA/cm2, ce qui est suffisant pour dissoudre la matrice de titane adjacente. Le sulfate d'aluminium chaud à 80 degrés donne un film passif légèrement stable. Une fois la fosse initiée, la concentration élevée de sulfate et la température élevée favorisent l’expansion de la fosse. La densité des fosses a une relation de loi de puissance avec la densité des particules : densité des fosses ≈ 0,1 (densité des particules)0,7. Il est donc important de gérer la distribution des particules Ti$_2$Fe en choisissant le matériau et le traitement thermique appropriés afin que les piqûres puissent être prédites et minimisées en service avec du sulfate d'aluminium. des particules plus grosses entraînent des couples galvaniques plus importants et accélèrent le démarrage en fosse.

Corrélation quantitative de la densité des piqûres et des particules

Une enquête métallographique de contrôle et des tests de corrosion de 10 % d'Al 2 (SO 4 ) 3 à 80 degrés pendant 500 heures ont révélé les corrélations suivantes pour les tubes en titane de grade 2. Échantillons avec densité de particules Ti 2 Fe<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.

Effet de la teneur en fer et du traitement thermique sur la distribution des particules

La distribution des particules de Ti2Fe est contrôlée par la concentration en fer et l'historique du traitement thermique. Le titane de grade 1, recuit en solution (trempe à l'eau à 700 degrés), avec 0,05 à 0,08 % en poids de fer, a une densité de particules inférieure à 50 particules/mm2 et une taille de particules inférieure à 1 µm. Le grade 2 avec 0,12 % en poids de fer à l'état recuit au broyeur (700 degrés, refroidissement à l'air) présente une densité de 80 à 150 particules par mm2 et une taille de 1 à 2 µm. Le grade 2 typique avec 0,20 % en poids de fer à l'état recuit à l'état laminé - a une densité de 200-400 particules/mm2 et une taille de 2-4 mm. Le grade 2 à haute teneur en fer (0,25 % en poids) à l'état tel qu'étiré atteint une densité de 400 à 700 particules/mm2 et une taille de 3 à 6 μm. Le recuit bêta (refroidissement lent au-dessus de 900 degrés) malgré une densité réduite crée des sites de piqûres importants de particules grossières de 5 à 10 µm.

Service de sulfate d'aluminium Distribution appropriée des particules

Le tableau suivant montre les paramètres de particules maximaux admissibles de Ti2Fe pour les tubes en titane de grade 2 dans 10 % de sulfate d'aluminium à 80 degrés pour la durée de vie souhaitée et la profondeur de fosse maximale acceptable.

Durée de vie souhaitée (années) Profondeur maximale de la fosse (mm) Densité maximale des particules de Ti2Fe (particules/mm2) Taille moyenne maximale des particules (µm) Recommandation de traitement thermique
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Recuit au broyeur (700 deg C, refroidi par air)
3 0.30 250–400 3–4 Recuit + décapé 2 0.50 400–600 4–5 Comme-étiré (non recommandé)<1 >0.50 >600 >5 Ne convient pas à l'ingénierie de niveau 2 au-delà du contrôle de la distribution des particules

La nuance de titane peut être choisie pour éliminer complètement les particules de Ti2Fe. L'état recuit en solution-avec une teneur en fer inférieure à 0,08 % en poids pour le grade 1 présente la densité de piqûres la plus faible. Le grade 7 (palladium-stabilisé) est comparable au grade 2 en termes de teneur en fer, mais le comportement galvanique est modifié, réduisant la densité de piqûres de 50 à 70 % pour la même dispersion de particules. Au grade 12, le molybdène et le nickel sont présents et produisent des intermétalliques distincts qui sont moins cathodiques que le Ti 2 Fe. L'épaisseur de la paroi permet une tolérance de pénétration des piqûres de . 2.0 mm d'épaisseur avec des piqûres modérées (80 piqûres/cm^2, 100 µm de profondeur) qui peuvent durer 5 à 8 ans, une épaisseur de 1,2 mm échoue plus tôt. L’état de surface affecte l’initiation des piqûres. L'électropolissage élimine une couche superficielle enrichie en particules de Ti2Fe, réduisant ainsi la densité effective des particules.

Une spécification éclairée

Pour un appareil de chauffage en titane de grade 2 dans une solution chaude de sulfate d'aluminium à 80 degrés, spécifiez la concentration maximale en fer de 0,15 % en poids et l'état de recuit de la solution- (700 degrés ± 10 degrés, trempe à l'eau). Inspection métallographique d’un échantillon typique à un grossissement de 500×. Certification que la densité des particules Ti₂Fe est inférieure à 250 particules par millimètre carré et qu'aucune particule n'a un diamètre supérieur à 5 microns. Pour les applications essentielles où les piqûres ne sont pas autorisées, utilisez du titane de grade 1 ou du titane de grade 7. Inspection entrante. Test de piqûre rapide. Plongez un échantillon de coupon dans 10 % d’Al2(SO4)3 à 80 degrés pendant 168 heures et examinez-le sous un grossissement de 50×. Rejeter le lot si la densité des fosses dépasse 50 fosses par centimètre carré. L'ingénieur contrôle la distribution granulométrique du Ti 2 Fe en tant que paramètre de qualité afin de réduire la densité de piqûres et d'assurer la durée de vie prévue du réchauffeur lors de l'utilisation de sulfate d'aluminium chaud.