グレード 2 チタン ヒーター チューブ内の金属間化合物 Ti₂Fe 粒子サイズ分布は、80 度の高温硫酸アルミニウム溶液内のピットの密度とどのように相関しますか?

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 粒子/mm²)。 2 µm 未満の小さな粒子と 200 粒子 / mm2 未満の低密度では、孔食感受性がはるかに低いため、ヒーターの寿命は予測可能です。

硫酸アルミニウムにおける Ti2Fe- 誘発孔食のメカニズム

粒子の端における Ti2Fe 粒子へのガルバニック電流密度は 10 ～ 100 μA/cm2 であり、これは隣接するチタン マトリックスを溶解するのに十分です。 80度の高温硫酸アルミニウムは、かろうじて安定した不動態皮膜を形成します。ピットが発生すると、高濃度の硫酸塩と高温によってピットの拡大が促進されます。ピット密度は粒子密度とべき乗則の関係があります: ピット密度 ≈ 0.1 (粒子密度) 0.7。したがって、硫酸アルミニウムの使用において孔食を予測し最小限に抑えるためには、適切な材料と熱処理を選択してTi$_2$Fe粒子の分布を管理することが重要である。粒子が大きくなるとガルバニックカップルが大きくなり、ピットの開始が加速されます。

孔食密度と粒子の定量的相関関係

対照金属組織学的調査および 10% Al 2(SO 4 ) 3 の 80 度で 500 時間の腐食試験により、グレード 2 チタン管について次の相関関係が明らかになりました。 Ti 2 Fe 粒子密度のサンプル<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.

鉄含有量と熱処理が粒子分布に及ぼす影響

Ti2Fe 粒子の分布は鉄濃度と熱処理履歴によって制御されます。グレード 1 チタンは、0.05 ～ 0.08 wt% の鉄を含有し、溶体化処理 (700 度、水冷) されており、粒子密度は 50 粒子/mm2 未満、粒子サイズは 1 µm 未満です。 0.12 wt% の鉄を含むグレード 2 は、ミル-で焼きなまされた状態 (700 度、空冷) で、密度が mm2 あたり 80 ～ 150 個の粒子、サイズが 1 ～ 2 μm です。ミル-で0.20 wt%の鉄を含む一般的なグレード2は、密度200-400粒子/mm2、サイズは2-4 mmです。高鉄グレード 2 (0.25 wt%) は、絞り加工のままの状態で密度 400 ～ 700 粒子/mm2、サイズ 3 ～ 6 μm に達します。ベータアニーリング (900 度以上からの徐冷) では、密度が低下したにもかかわらず、5 ～ 10 μm の粗大粒子の顕著な孔食サイトが生成されます。

硫酸アルミニウムサービス 適切な粒子分布

次の表は、望ましい耐用年数と最大許容ピット深さのための、80 度での 10% 硫酸アルミニウム中のグレード 2 チタン管の Ti2Fe の最大許容粒子パラメータを示しています。

望ましい耐用年数 (年) 最大ピット深さ (mm) 最大 Ti2Fe 粒子密度 (粒子/mm2) 最大平均粒子サイズ (µm) 熱処理の推奨
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 ミルアニール済み (700 ℃、空冷)
3 0.30 250–400 3–4 ミル焼きなまし + 酸洗済み 2 0.50 400–600 4–5 図面どおり-（推奨されません）<1 >0.50 >600 >5 粒子分布制御を超えるグレード 2 エンジニアリングには適さない

チタン グレードは、Ti2Fe 粒子を完全に除去するように選択できます。グレード 1 の鉄含有量が 0.08 wt% 未満の溶体化焼鈍状態では、孔食密度が最も低くなります。{2}}グレード 7 (パラジウム-安定化)は、鉄含有量ではグレード 2 と同等ですが、ガルバニック挙動が変化し、同じ粒子分散の場合に孔食の密度が 50 ～ 70% 減少します。グレード 12 では、モリブデンとニッケルが存在し、Ti 2 Fe よりも陰極性が低い明確な金属間化合物を生成します。肉厚によりピット貫通許容差が許容されます。. 2.0 mm の厚さで中程度のピッチング (80 ピット/cm^2、深さ 100 μm) が発生した場合は 5 ～ 8 年間持続しますが、1.2 mm の厚さでは早期に破損します。表面仕上げはピットの発生に影響します。電解研磨により、Ti2Fe 粒子が豊富な表面層が除去され、有効粒子密度が減少します。

情報に基づいた仕様

80 度の高温硫酸アルミニウム溶液中のグレード 2 チタン ヒーターの場合、最大鉄濃度 0.15 wt% および溶体化焼きなまし条件 (700 度 ± 10 度、水焼き入れ)- を指定します。 500 倍の倍率での典型的なサンプルの金属組織検査。 Ti₂Fe 粒子密度が 1 平方ミリメートルあたり 250 個未満であり、直径が 5 ミクロンを超える粒子がないことが証明されています。孔食が許されない重要な用途には、グレード 1 チタンまたはグレード 7 チタンを使用してください。入荷検査。急速ピッチング試験。サンプルクーポンを 10% Al2(SO4)3 に 80 度で 168 時間浸し、50 倍の倍率で検査します。ピット密度が1平方センチメートルあたり50ピットを超える場合は、ロットを不合格とします。エンジニアは、品質パラメータとして Ti 2 Fe の粒度分布を制御して、孔食密度を低減し、高温硫酸アルミニウムの使用における予測されるヒーター寿命を保証します。