Lorsqu'un tube chauffant en titane de grade 12 est plié à un rayon 3D, puis soulagé des contraintes à 540 degrés, comment la récupération de contrainte résiduelle dans le rayon extérieur modifie-t-elle son potentiel de piqûres dans 5 % de NaCl à 90 degrés ?

Le titane de grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) est utilisé pour les tubes chauffants dans les situations contenant du chlorure en raison de sa résistance supérieure aux piqûres. Lorsque le tube est plié à un rayon serré de 3 fois le diamètre du tube (3D), une déformation de traction plastique de 10 à 15 % se produit au niveau du rayon extérieur. Ce travail à froid entraîne une contrainte de traction résiduelle, une densité de dislocation accrue et peut conduire à une orientation des grains de phase alpha-. Le potentiel de piqûre est le potentiel électrochimique auquel des piqûres stables sont initiées. Le potentiel de piqûres diminue avec l'augmentation du travail à froid. Un recuit de détente pendant 30 minutes à 540 degrés récupère une partie de la déformation, diminue la contrainte résiduelle et permet une certaine recristallisation. Le soulagement des contraintes-d'un tube courbé ne diminue le potentiel de piqûre que de 50 à 100 mV par rapport à l'état non plié, au lieu d'une dépression de 150 à 250 mV pour un tube non plié sans soulagement des contraintes.

Mécanisme de récupération des contraintes résiduelles et de restauration du potentiel de piqûres

La déformation plastique par flexion provoque la croissance et l'accumulation de dislocations aux joints de grains, créant des points à haute énergie-qui sont des sites idéaux pour l'initiation des fosses. Les contraintes résiduelles de traction au niveau du rayon extérieur déstabilisent davantage la couche passive. Le recuit de soulagement des contraintes-à 540 degrés permet la montée et l'annihilation des luxations, réduisant ainsi la densité des luxations de 60 à 80 %. Cette procédure réduit également la contrainte de traction résiduelle de 150 à 250 MPa à 30 à 60 MPa. Lors du recuit, le molybdène et le nickel de grade 12 se redistribuent pour enrichir la surface et améliorer la stabilité du film passif. Le film passif devient plus uniforme, le nombre de sites actifs pour l'initiation des piqûres est réduit et le potentiel de piqûres est restauré.

Potentiel quantitatif de piqûres par rapport à la flexion et au soulagement des contraintes

Les potentiels de piqûres des tubes en titane de grade 12 sous tests contrôlés dans 5 % de NaCl à 90 degrés ont été établis pour diverses situations. Pour un tube recuit non plié (référence), le potentiel de piqûre est de +0.45 à +0.60 V par rapport à Ag/AgCl, aucune piqûre n'étant observée après 1 000 heures. Pour un tube plié à un rayon 3D dans un état de courbure as-et sans soulagement des contraintes, le potentiel de piqûre diminue de +0.20 à +0.35 V et la piqûre commence après 100 à 300 heures, avec une profondeur de piqûre de 0,1 à 0,3 mm après 500 heures. Pour un tube plié selon un rayon 3D et une contrainte-relâchée à 540 degrés pendant 30 min, le potentiel de piqûre revient à +0.35 à +0.50 V, la piqûre se produit après 500 à 1 500 h et la profondeur des piqûres est de 0,05 à 0,15 mm après 500 h. Pour un tube courbé à rayon 5D (courbure plus douce) avec soulagement des contraintes, le potentiel de piqûre est de +0.40 à +0.55 V, très proche de la ligne de base non pliée. Le tube a été plié selon un rayon 3D et les contraintes ont été atténuées à 480 degrés (pas assez chaud). Une récupération partielle a été observée avec un potentiel de piqûre de +0.25 à +0.40 V.

Effet du rayon de courbure et de la température de soulagement des contraintes sur le potentiel de piqûres

Il est démontré que la récupération du potentiel de piqûre dépend à la fois du rayon de courbure et de la température de détente. La courbure 3D en tant que dépression du potentiel de piqûre courbée est de 150 -250 mV en dessous de la valeur non courbée. Le soulagement du stress à 480 degrés récupère 30 à 50 mV, laissant une dépression de 120 à 200 mV. Le soulagement des contraintes à 540 degrés récupère 100 à 150 mV, laissant une dépression de 50 à 100 mV. Le soulagement des contraintes à 600 degrés récupère 150 à 200 mV mais laisse une dépression de 20 à 50 mV, mais le processus peut entraîner une production de cas alpha- s'il n'est pas effectué dans une atmosphère inerte. Dans le cas d'un pliage 5D, la dépression as-courbée n'est que de 50 à 100 mV, et le soulagement des contraintes à 540 degrés récupère complètement le niveau non plié. Pour un pliage 2D (plus serré que 3D), la dépression lors du pliage est de 200 à 350 mV. Même une réduction du stress à 540 degrés ne récupère que 80-120 mV, laissant une énorme dépression.

Guide de sélection du rayon de courbure et du soulagement des contraintes pour service de chlorure chaud de grade 12

Les recommandations pour le cintrage des tubes chauffants en titane de grade 12 pour une utilisation dans 5 % de NaCl à 90 degrés sont présentées dans le tableau suivant, en fonction du rayon de courbure, du traitement de soulagement des contraintes et de la résistance aux piqûres souhaitée.

Rayon de courbure (R/D) Comme-Potentiel de piqûres de courbure (V par rapport à Ag/AgCl) Température de soulagement des contraintes (degrés) après-Potentiel de piqûres de soulagement (V par rapport à Ag/AgCl)Application suggérée
5D +0.30 à +0.45 540 degrés +0.45 à +0.60 Service haute fiabilité
5D +0.30 à +0.45 Aucun +0.30 à +0.45 Service modéré
3D +0.20 à +0.35 540 degré +0.35 à +0.50 Adapté à l'inspection 3D +0.20 à +0.35 Aucun +0.20 à +0.35 Non recommandé pour le chlorure chaud 2D +0.05 à +0.20 540 degré +0.15 à +0.30 Éviter si possible 2D +0.05 à +0.20 600 degré (argon) +0.25 à +0.40 Marginal avec ingénierie de traitement de soulagement du stress de niveau 7

Le potentiel de piqûre et la récupération après libération des contraintes dépendent de la qualité du titane. Le grade 7 a un potentiel de piqûre de base de 100 à 200 mV supérieur à celui du grade 12, par conséquent même un tube 3D courbé de grade 7 peut être approprié à de nombreuses applications (+ 0.30 à + 0.45 V). L'épaisseur de la paroi n'influence pas le potentiel de piqûres mais affecte le temps de propagation des piqûres ; Il reste 95 % d'un mur de 2,0 mm avec une profondeur de fosse de 0,1 mm. L’environnement est important pour soulager le stress. Le recuit dans l'air à 540 degrés produit un oxyde mince, qui ne dégrade pas la résistance aux piqûres, mais le recuit sous argon ou sous vide est préféré. La vitesse de refroidissement après relâchement des contraintes n'a pas d'influence significative sur le potentiel de piqûres.

Développer une spécification éclairée

Spécifiez un recuit de détente-à 540 degrés pendant 30 minutes dans un environnement d'argon après le pliage, pour un tube chauffant en titane de grade 12 nécessitant un pliage 3D pour un service dans 5 % de NaCl à 90 degrés. Effectuer des tests de polarisation cyclique sur un échantillon du tube plié et détendu pour confirmer le potentiel de piqûres ; le potentiel de piqûre doit être compris dans les 100 mV de la valeur de base non courbée de +0.45 à +0.60 V. Pour les courbures plus serrées que la 3D, utilisez du titane de grade 7 ou augmentez le rayon de courbure à 5D. Si le soulagement des contraintes n'est pas réalisable, acceptez une durée de vie réduite et examinez périodiquement la zone pliée pour déceler des piqûres. Le potentiel en circuit ouvert - du réchauffeur doit être surveillé en fonctionnement, avec un potentiel inférieur à +0.20 V par rapport à Ag/AgCl augmentant le risque de piqûres. La contrainte de l'ingénieur-soulage à 540 degrés après le pliage pour ramener le potentiel de piqûre du titane de grade 12 à moins de 50 à 100 mV par rapport à l'état non plié, afin que le titane puisse fonctionner de manière fiable en service de chlorure chaud.