二相チタン合金ヒーター管のアルファ-相の体積分率は、水素拡散係数と遅延水素化物亀裂の閾値応力をどのように変化させますか?

二相-相チタン合金（例、グレード5、Ti-6Al-4V）における水素の拡散挙動は、アルファ-相（HCP）とベータ相（BCC）の体積分率によって制御されます。ベータ相 (BCC 構造) では、水素はアルファ相よりも速く拡散します。 α相の体積割合が大きいほど、有効水素拡散係数が低くなり、遅延水素化物分解（DHC）の閾値応力が大きくなることに対応する。グレード 5 合金 (約 50 ～ 60 パーセントのアルファ) の場合、拡散係数は中程度で、DHC の閾値応力は 150 ～ 200 メガパスカルです。

DHC 抵抗と定量的アルファ-相の割合

アルファ-相体積分率 (%) 合金例 H 拡散係数 (cm2/s、25 度 ) DHC 閾値応力 (MPa) 100 グレード 2 (商業的に純粋) 2 × 10-10 120–180 70 グレード 9 (Ti-3Al-2.5V) 5 × 10-10 160–220 50–60 グレード5 (Ti-6Al-4V) 8 × 10-10 180-250 30-40 ベータ-C (Ti-35V-15Cr) 2 × 10-9 200-280 0 ベータ-21S (Ti-15Mo-3Al-3Nb) 5 × 10-9 250-350
水素耐性に対するアルファ-相の割合の影響

アルファ分率 (%) |最大許容H<0.1 mm/year Crack Growth (ppm) | Recommended for Sour Service 100 | 150-200 |Marginal 70 200-300 Acceptable
50–60 300–400 30 - 40 400 - 600 良い非常に良い 0 600-1,000 素晴らしい
エンジニアリングに関するアドバイス

Increasing DHC threshold stress for hydrogen-rich sour service (H2S partial pressure >0.1 bar) アルファ相体積分率が低い二相合金を指定してください (例: グレード 5 またはベータ-C)。エンジニアは、アルファ-相の割合を調整することで、水素耐性を強化します。