Le titane de grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) est utilisé pour les tubes chauffants dans les environnements contenant du chlorure-en raison de sa résistance améliorée aux piqûres. Lorsque le tube est plié à un rayon serré de 3 fois le diamètre du tube (3D), le rayon extérieur subit une déformation de traction plastique de 10 à 15 %. Ce travail à froid crée une contrainte de traction résiduelle, augmente la densité de dislocation et peut aligner les grains de phase alpha-. Le potentiel de piqûres, qui est le potentiel électrochimique auquel les piqûres stables s'initient, diminue avec l'augmentation du travail à froid. Le recuit de détente - à 540 degrés pendant 30 minutes récupère une partie de la déformation, réduit la contrainte résiduelle et permet une certaine recristallisation. Le potentiel de piqûre d'un tube plié et détendu revient à 50-100 mV de l'état non plié, comparé à une dépression de 150-250 mV pour un tube non plié sans soulagement des contraintes.

Le mécanisme de récupération des contraintes résiduelles et de restauration du potentiel de piqûres

Lors de la flexion plastique, les dislocations se multiplient et s'accumulent aux joints de grains, créant ainsi des sites à haute énergie-préférentiels pour l'initiation des piqûres. La contrainte résiduelle de traction au niveau du rayon extérieur déstabilise davantage le film passif. 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 %. Le processus réduit également la contrainte de traction résiduelle de 150 à 250 MPa à 30 à 60 MPa. Le molybdène et le nickel de grade 12 se redistribuent pendant le recuit, enrichissant la surface et améliorant la stabilité du film passif. Le potentiel de piqûre est restauré car le nombre de sites actifs pour l'initiation des piqûres est réduit et le film passif devient plus uniforme.

Potentiel quantitatif de piqûres en fonction de la flexion et du soulagement des contraintes

Des tests contrôlés dans 5 % de NaCl à 90 degrés ont établi des potentiels de piqûres pour les tubes en titane de grade 12 dans diverses conditions. Pour un tube recuit non courbé (référence), le potentiel de piqûres est de +0.45 à +0.60 V par rapport à Ag/AgCl, sans piqûres observées après 1 000 heures. Pour un tube plié à un rayon 3D dans un état de courbure as-sans soulagement des contraintes, le potentiel de piqûre chute de +0.20 à +0.35 V, et la piqûre commence dans les 100 à 300 heures, produisant 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 minutes, le potentiel de piqûre revient à +0.35 à +0.50 V, la piqûre commence après 500 à 1 500 heures et la profondeur des piqûres est de 0,05 à 0,15 mm après 500 heures. Pour un tube plié à un rayon 5D (courbure plus douce) avec soulagement des contraintes, le potentiel de piqûre est de +0.40 à +0.55 V, ce qui est très proche de la ligne de base non pliée. Pour un tube plié à un rayon 3D et une contrainte - soulagée à 480 degrés (température insuffisante), le potentiel de piqûre n'est que de +0.25 à +0.40 V, indiquant une récupération partielle.

Influence du rayon de courbure et de la température de détente sur le potentiel de piqûres

La récupération du potentiel de piqûre dépend à la fois du rayon de courbure et de la température de détente. Pour un pliage 3D, la dépression du potentiel de piqûre lors du pliage est de 150 à 250 mV inférieure à la valeur non pliée. Le soulagement du stress à 480 degrés récupère 30 à 50 mV, laissant une dépression de 120 à 200 mV. Le soulagement du stress à 540 degrés récupère 100 à 150 mV, laissant une dépression de 50 à 100 mV. Le soulagement du stress à 600 degrés récupère 150 à 200 mV, laissant une dépression de 20 à 50 mV, mais risque la formation de cas alpha- s'il n'est pas effectué dans une atmosphère inerte. Pour un pliage 5D, la dépression as-courbée n'est que de 50 à 100 mV, et le soulagement des contraintes à 540 degrés revient complètement au niveau non plié. Pour un virage 2D (plus serré que 3D), la dépression as-courbée est de 200 à 350 mV, et même le soulagement des contraintes à 540 degrés ne récupère que 80 à 120 mV, laissant une dépression significative.

Guide de sélection du rayon de courbure et de la réduction des contraintes pour le grade 12 en service au chlorure chaud

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

Ingénierie au-delà du traitement anti-stress

La qualité du titane affecte le potentiel initial de piqûres et la récupération après relâchement des contraintes. Le grade 7 a un potentiel de piqûre de base de 100 à 200 mV supérieur à celui du grade 12, de sorte que même un tube 3D courbé de grade 7 (+0.30 à +0.45 V) peut être acceptable pour de nombreuses applications. L'épaisseur de la paroi n'affecte pas le potentiel de piqûres mais influence le temps de propagation des piqûres ; un mur de 2,0 mm avec une profondeur de fosse de 0,1 mm a 95 % de sa paroi restante. L'atmosphère de soulagement du stress est essentielle ; le recuit dans l'air à 540 degrés forme un mince oxyde qui ne nuit pas à la résistance aux piqûres, mais le recuit sous argon ou sous vide est préféré. La vitesse de refroidissement après relâchement des contraintes n'a aucun effet significatif sur le potentiel de piqûres.

Faire une spécification éclairée

Pour un tube chauffant en titane de grade 12 nécessitant un cintrage 3D pour un service dans 5 % de NaCl à 90 degrés, spécifiez un recuit de détente-à 540 degrés pendant 30 minutes dans une atmosphère d'argon après le cintrage. Exiger une vérification du potentiel de piqûres par des tests de polarisation cyclique sur un échantillon provenant du tube plié et détendu - ; le potentiel de piqûre doit être inférieur à 100 mV de la valeur de base non pliée de +0.45 à +0.60 V. Pour les courbures plus serrées que la 3D, envisagez d'utiliser du titane de grade 7 ou d'augmenter le rayon de courbure à 5D. Si le soulagement des contraintes n'est pas possible, acceptez une durée de vie plus courte et inspectez la zone de pliage tous les trimestres pour détecter les piqûres. Pendant le fonctionnement, surveillez le potentiel de circuit ouvert-du radiateur ; une chute en dessous de +0.20 V par rapport à Ag/AgCl indique un risque accru de piqûres. En soulageant les contraintes à 540 degrés après le pliage, l'ingénieur rétablit le potentiel de piqûre du titane de grade 12 dans une plage de 50 à 100 mV par rapport à l'état non plié, garantissant ainsi des performances fiables en service au chlorure chaud.