チタン電熱体を使用して混合酸使用済みピクルス液 (塩酸 8% + フッ化水素酸 2%) を 85 度に加熱する場合、肉厚に関係なくグレード 12 チタンが必要なのはなぜですか?

混酸酸洗い用のチタン グレードの選択における基本的なトレードオフ-
ステンレス鋼製造からの使用済み酸洗液は、85 度で 8% の塩酸 (HCl) と 2% のフッ化水素酸 (HF) を含みます。この混合物中では、HF が不動態 TiO 2 コーティングを攻撃して可溶性フッ化チタンを形成する一方、HCl によって攻撃的な塩化物イオンが供給されるため、グレード 2 チタン (商業的に純粋) は急速に腐食します。8% HCl 中でのグレード 2 の腐食速度は、. 3-8 mm/年です。85 度の HF では、3 ～ 8 か月で 2.0 mm の壁に穴が開きます。グレード 12 チタン (Ti-0.3%Mo-0.8%Ni) 中のモリブデンとニッケルは、還元酸および錯化酸条件下で不動態皮膜を安定させます。同じ溶液中でのグレード 12 の腐食速度は年間 0.05 ～ 0.15 mm で、これはグレード 2 の 50 ～ 100 分の 1 です。この研究は、許容寿命を備えた実現可能なグレード 2 の壁厚が存在しないこと、および壁厚に関係なくグレード 12 が必要であることを示しています。

HF 攻撃メカニズム: 機械的完全性への影響
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . この反応は拡散-限定ではなく化学反応であり、腐食速度は不動態皮膜には依存せず、露出した金属表面にのみ依存します。 ASTM G31 浸漬試験によると、グレード 2 チタンは 8% HCl + 2% HF 中で 85 度で年間 5 mm (通常) の腐食速度を示します。線形動力学が適用されます。 d=k * t. 5 年の耐用年数の場合、必要な壁の厚さは 25 mm になります-。これはヒーター チューブの製造では実現できません。

グレード 12 チタンには 0.3% のモリブデンと 0.8% のニッケルが含まれています。モリブデンは、フッ化物錯体形成を受けにくい酸化モリブデン (MoO 2 、MoO 3 ) を生成することにより、還元酸に対する不動態皮膜の耐性を高めます。ニッケルは陰極水素再結合を改善し、水素吸収を最小限に抑え、水素化物の脆化を防ぎます。同じ混合酸の場合、グレード 12 の腐食速度は年間 0.10 mm です。 5 年間の耐用年数には、1.0 mm (構造上の腐食代 0.5 mm + 0.5 mm) の壁厚が必要ですが、これは十分に達成可能です。

熱性能への影響: グレード間で均一
熱伝導率 グレード 2 とグレード 12 は同様の熱伝導率を持っています (グレード 2: 17 W/m・K、グレード 12: 85 度で 14.5 W/m・K)。グレード 12 の導電率が 15% 低いと、1.5 mm の壁では導電温度損失が約 0.3 度増加しますが、これは無視できる程度です。したがって、グレード 12 にアップグレードしても熱によるペナルティはありません。

トレードオフ合成: グレード 12 が必要
グレード 腐食率 (8% HCl + 2% HF、85 度) 5 年間の耐用年数に必要な壁 製造の実現可能性は推奨されますか?
グレード 2 (Ti-CP) 5.0 mm/年 25 mm 不可 いいえ
グレード 2 (Ti-CP) 安全率 3x5.0 mm/年 75 mm 不可 不可能
グレード 7 (Ti-0.15% Pd) 2.0 mm/年 10 mm 不可 (10 mm の壁を曲げることはできません) いいえ
グレード 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) 0.10 mm/年 1.0 – 1.2 mm はい はい
12 グレード (マージンを厚くする) 0.10 mm/年 1.5 mm はい はい (推奨)
良好なグレード 7 (Ti-Pd) であっても、パラジウムはフッ化物錯体形成に耐性がないため、HF- を含む組み合わせでは年間 2.0 mm の速度で腐食します。モリブデン-含有合金（グレード 12 以上）のみが十分な耐性を提供します。

-等級以上の溶接後処理と表面状態のエンジニアリング
混合 HCl-HF 酸中でグレード 12 の定格耐食性を達成するには、表面に鉄汚染や熱による色合いがあってはなりません。酸化したコーティングは、10 % HNO₃ + 2 % HF 溶液 (同じ酸混合物) で 5 ～ 10 分間溶接後酸洗いすることで除去でき、耐食性は回復します。グレード 12 では溶接部に特別な注意が必要です。熱影響部（HAZ）では偏析によりモリブデン含有量が若干減少する可能性があります。{10}} HAZ は完全な耐食性まで回復し、650 度で 1 時間の溶接後アニーリングによって微細構造が均質化されます。-。アニーリングを行わないと、HAZ は母材金属より 2 ～ 3 倍の速さで腐食する可能性があり、15+. の代わりに 1.5 mm の壁が残り、有効寿命は 3 ～ 4 年になります。

結論: グレード 12 に必要な肉厚
混合酸使用済みピクルス液 (8% HCl + 2% HF) をチタン電熱エレメントを使用して 85 度で加熱する場合は、壁の厚さに関係なく、グレード 12 チタンを使用する必要があります。グレード 2 とグレード 7 はどちらも年間 2 ～ 8 mm の速度で腐食するため、実際の壁の厚さ（5 mm 未満）は複数年の使用には適していません。-。グレード 12、0.3% モリブデン、0.8% ニッケルは年間 0.05 ～ 0.15 mm 腐食するため、1.2 ～ 1.5 mm の通常の壁の耐用年数は 8 ～ 15 年になります。推奨仕様は、肉厚 1.5 mm のシームレス グレード 12 チタン チューブ、およびすべての溶接接合部の溶接後の酸洗と溶接後の焼きなましです。腐食速度を確認するには、特定の HF および HCl 濃度を製造業者に提供してください。適切なグレード (グレード 12) が選択されると、肉厚は二次変数になります。 HF-を含む酸は、たとえ壁がどれほど厚く見えても、グレード 2 としてリストされるべきではありません。