空気中 600 度で溶接後熱処理を施したチタン シース ヒーターは、溶接のままのチューブと比較して、80 度の 5% シュウ酸中で 4 倍高い隙間腐食率を示すのはなぜですか?{0}

チタンシースヒーターのPWHTは、溶接による残留ひずみを軽減するために540～650度で行われるのが一般的です。厚い多層の酸化スケールが空気中で 600 度でチタン表面に生成されます。{3}このスケールは TiO2、Ti2O3、TiO で構成されており、その下では酸素が高度に濃縮され、アルファ-ケース層が生成されます。この酸化スケールとアルファ-ケースは、80 度の 5% シュウ酸 (H₂C₂O₄) 中では化学的に不安定です。スケールが壊れていくつかの亀裂が剥がれ落ちます。シュウ酸はこれらの亀裂に浸透し、敵対的な種を集中させ、局所的な腐食速度を高めます。酸洗いまたは電解研磨された表面状態で、PWHT 酸化物が存在しない溶接されたままの管には、薄く緻密で亀裂の発生に強い不動態皮膜が形成されています。その結果、大気中の PWHT 管では隙間腐食速度が 4 倍増加します-溶接管と比較して-。

PWHT-による隙間腐食の加速のメカニズム

チタンは空気中で600度で2-5μmのスケールで放物線状酸化を受けます。酸素は金属に溶解し、深さ 50 ～ 150 μm の表面アルファ-層を形成します。この層は脆く、母材の熱膨張係数とは異なります。冷却されるとスケールに微細な亀裂が発生します。-スケールはシ​​ュウ酸に不均一に溶解し、アルファ-のケースが明らかになります。アルファ-ケースは、その下にある金属に対して陽極性であり、ガルバニ電池がセットアップされます。ひび割れたスケールと露出したアルファ-ケースは自然の亀裂であり、溶接されたようなきれいな表面の攻撃速度の 3 ～ 5 倍に増加します。-隙間腐食は主にアルファケースと母材の接触部分で進行します。

さまざまな溶接後の熱処理条件下での定量的な隙間腐食速度。

5% シュウ酸中で 80 度、500 時間の制御された試験を使用して、いくつかの溶接後の状況におけるグレード 2 チタンの隙間腐食率を測定しました。-溶接止端部の隙間腐食速度は、PWHT がなく、表面が軽微な攻撃のみで清浄な表面を有する、溶接されたままの酸洗いされたチューブの場合、0.08～0.15 mm/年でした。-空気中 540 度で PWHT を行ったチューブの速度は、軽い麦わら酸化物となり、年間 0.20 ～ 0.35 mm でした。これは、溶接状態でスケールが部分的に剥離した状態の速度の 2 倍でした。-空気中で 600 度の PWHT と青色または紫色の酸化物を含むチューブの速度は 0.35～0.65 mm/年であり、溶接されたままのベースラインの 4 倍であり、深刻なスケールの亀裂や剥離が発生します。-空気中で 650 度の PWHT を施したチューブは、灰色または白色の酸化物を形成し、年間 0.60 ～ 1.20 mm の速度で 8 倍高く、深刻なスケーリングや剥離が発生します。対照的に、アルゴン不活性雰囲気中で 600 度で PWHT を行った管には顕著な酸化物は見られず、加速なしの速度はわずか 0.06 ～ 0.12 mm/ です。

シュウ酸濃度と温度が加速係数に及ぼす影響

空気-PWHT による加速係数は、シュウ酸の濃度と温度の範囲にわたってほぼ一定です。 5% シュウ酸、60 度での溶接ままの速度は 0.05～0.10 mm/年、600 度の大気中での PWHT 速度は 0.20～0.40 mm/年で、加速係数は 4 です。5% シュウ酸、80 度での溶接のままの速度は 0.08～0.15 mm/年であり、空気-PWHT 速度は 0.35 ～ 0.65 mm/年で、これも 4 倍です。そのままの-溶接速度は 0.15 ～ 0.25 mm/年ですが、空気-の PWHT 速度は 10% シュウ酸、80 度で 0.60 ～ 1.00 mm/年であり、それでも 4 倍です。そのままの-溶接の速度は年間 0.20-0.35 mm、空気と PWHT の速度は5% シュウ酸、100 度沸騰条件、4 倍加速で年間 0.80 ～ 1.50 mm。一定の係数は、PWHT が酸の固有の腐食性を促進する表面状態を引き起こすことを意味します。

シュウ酸のPWHT管理ガイドライン

以下の表は、必要な PWHT 温度と利用可能な雰囲気制御に応じて、80 度の 5% シュウ酸中で隙間腐食を防止するための溶接後熱処理（PWHT）の推奨事項を示しています。{0}

必要な PWHT 温度 サービス環境 推奨 PWHT 雰囲気 -PWHT 処理後の予想隙間腐食速度 (mm/年)
任意の 5% シュウ酸、80 度アルゴン (真空も可) なし 0.06 ～ 0.12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
PWHT は不要 シュウ酸 N/A 酸洗いされた表面 0.08 ～ 0.15
PWHT エンジニアリング – 大気制御を超えて

PWHTの損傷量はチタンのグレードによって異なります。グレード 7 は同等の酸化スケールを生成しますが、スケール金属とパラジウムとの接触を強化することで、スケール下腐食に対するある程度の保護が提供され、加速係数が 4 倍ではなく 2{17}}3 倍に減少します。-グレード 12 では中程度の進歩が見られます。肉厚により耐食性が提供されます。 2.0 mm の壁は、隙間腐食速度が年間 0.5 mm であれば 4 年間耐えられます。 20% 硝酸と 3% フッ化水素酸で 5 ～ 10 分間の酸洗い操作により、アルファ- 層を除去し、耐食性を溶接時の状態に近づけることができます。溶接後の空気中での熱処理が避けられない場合は、熱処理後にチューブを酸洗いする必要があります。

情報に基づいた仕様の作成

溶接後の熱処理を必要とする 80 度の 5% シュウ酸中で使用するチタン シース ヒーターの場合、PWHT は不活性雰囲気（酸素を含むアルゴンが 50 ppm 未満）または真空中で行うことを指定します。-空気ベースの PWHT が避けられない場合は、最低 20% 硝酸 + 3% フッ化水素酸による PWHT 後の酸洗処理を、50 度で 10 分間、脱イオン水で徹底的にすすぐことを指定してください。-酸洗後に青、紫、または灰色の酸化物が現れたチューブは廃棄してください。それ以上の酸洗を行わずに空気-PWHTされた既存のヒーターは、10% クエン酸を使用して 60 ℃で 2 時間化学的に洗浄して、緩いスケールを除去し、クーポンをシュウ酸でテストして腐食速度を確認する必要があります。 80 度の 5% シュウ酸中で発生する隙間腐食速度の 4 倍の増加は、PWHT 環境を調整し、適切な後処理を行うことで防止されます。-。