Cuando un tubo calefactor de titanio de grado 12 se dobla hasta un radio 3D y luego se alivia la tensión-a 540 grados, ¿cómo cambia la recuperación de la tensión residual en el radio exterior su potencial de picaduras en NaCl al 5% a 90 grados?

El titanio de grado 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) se utiliza para tubos calentadores en situaciones que contienen cloruro debido a su superior resistencia a las picaduras. Cuando el tubo se dobla hasta un radio estrecho de 3 veces el diámetro del tubo (3D), se produce una tensión de tracción plástica del 10 al 15 % en el radio exterior. Este trabajo en frío produce tensión de tracción residual, aumento de la densidad de dislocación y puede conducir a la orientación de los granos de la fase alfa-. El potencial de picaduras es el potencial electroquímico al cual se inician las picaduras estables. El potencial de picaduras se reduce al aumentar el trabajo en frío. El recocido para aliviar la tensión durante 30 minutos a 540 grados recupera parte de la tensión, disminuye la tensión residual y permite cierta recristalización. El alivio de tensión-de un tubo doblado reduce el potencial de picaduras solo entre 50 y 100 mV en comparación con la condición sin doblar, en lugar de una depresión de 150 a 250 mV para un tubo doblado sin alivio de tensión.

Mecanismo de recuperación de deformaciones residuales y restauración potencial por picaduras.

La deformación plástica por flexión hace que las dislocaciones crezcan y se acumulen en los límites de los granos, creando puntos de alta-energía que son sitios ideales para la iniciación de las picaduras. La tensión residual de tracción en el radio exterior desestabiliza aún más la capa pasiva. El recocido de alivio de tensión-a 540 grados permite el ascenso y la aniquilación de las dislocaciones, lo que reduce la densidad de las dislocaciones entre un 60% y un 80%. Este procedimiento también reduce la tensión de tracción residual de 150 a 250 MPa a 30 a 60 MPa. Durante el recocido, el molibdeno y el níquel de grado 12 se redistribuyen para enriquecer la superficie y mejorar la estabilidad de la película pasiva. La película pasiva se vuelve más uniforme, se reduce el número de sitios activos para la iniciación de picaduras y se restablece el potencial de picaduras.

Potencial de picaduras cuantitativo frente a flexión y alivio de tensión

Se han establecido para diversas situaciones los potenciales de picadura de los tubos de titanio de grado 12 bajo pruebas controladas en NaCl al 5 % a 90 grados. Para un tubo recocido y no doblado (valor de referencia), el potencial de picaduras es de +0.45 a +0.60 V frente a Ag/AgCl; no se observan picaduras después de 1000 horas. Para un tubo doblado a un radio 3D en la condición-doblada y sin alivio de tensión, el potencial de picadura se reduce a +0.20 a +0.35 V y las picaduras comienzan después de 100 a 300 horas, con una profundidad de picadura de 0,1 a 0,3 mm después de 500 horas. Para un tubo doblado a un radio 3D y con tensión-aliviada a 540 grados durante 30 minutos, el potencial de picadura se recupera de +0.35 a +0.50 V, las picaduras se producen después de 500 a 1500 h y las profundidades de las picaduras son de 0,05 a 0,15 mm después de 500 h. Para un tubo doblado con un radio de 5D (curvatura más suave) con alivio de tensión, el potencial de picadura es de +0.40 a +0.55 V, muy cerca de la línea base sin doblar. El tubo se dobló hasta un radio 3D y se alivió la tensión a 480 grados (no lo suficientemente caliente). Se observó una recuperación parcial con un potencial de picadura de +0.25 a +0.40 V.

Efecto del radio de curvatura y la temperatura de alivio de tensión-sobre el potencial de picaduras

Se ha demostrado que la recuperación del potencial de picadura depende tanto del radio de curvatura como de la temperatura de alivio de tensiones. La curvatura 3D como depresión potencial de picadura doblada es 150-250 mV por debajo del valor no doblado. El alivio del estrés a 480 grados recupera 30 a 50 mV, dejando una depresión de 120 a 200 mV. El alivio de tensión a 540 grados recupera de 100 a 150 mV, dejando una depresión de 50 a 100 mV. El alivio de tensión a 600 grados recupera 150–200 mV pero deja una depresión de 20–50 mV; sin embargo, el proceso puede resultar en la producción de casos alfa-si no se realiza en una atmósfera inerte. En el caso de una curvatura 5D, la depresión en curvatura es de solo 50-100 mV, y el alivio de tensión a 540 grados recupera completamente el nivel no curvado. Para una curvatura 2D (más estrecha que la 3D), la depresión en la curvatura es de 200-350 mV. Incluso la reducción del estrés a 540 grados, solo recupera 80-120 mV, dejando una enorme depresión.

Guía de selección de radio de curvatura y alivio de tensión para servicio de cloruro caliente de grado 12

En la siguiente tabla se muestran las recomendaciones para doblar tubos calentadores de titanio de grado 12 para servicio en NaCl al 5 % a 90 grados, en función del radio de curvatura, el tratamiento de alivio de tensión y la resistencia a las picaduras deseada.

Radio de curvatura (R/D) como-Potencial de picaduras dobladas (V frente a Ag/AgCl) Temperatura de alivio de tensión (grados) Potencial de picaduras post-alivio (V frente a Ag/AgCl)Aplicación sugerida
5D +0.30 a +0.45 540 grado +0.45 a +0.60 Servicio de alta confiabilidad
5D +0.30 a +0.45 Ninguno +0.30 a +0.45 Servicio moderado
3D +0.20 a +0.35 540 grados +0.35 a +0.50 Adecuado con inspección 3D +0.20 a +0.35 Ninguno +0.20 a +0.35 No recomendado para cloruro caliente 2D +0.05 a +0.20 540 grados +0.15 a +0.30 Evitar si es posible 2D +0.05 a +0.20 600 grados (argón) +0.25 a +0.40 Marginal con ingeniería de tratamiento para aliviar el estrés de grado 7

El potencial de picadura y la recuperación de la liberación de tensión dependen del grado del titanio. El grado 7 tiene un potencial de picaduras de referencia de 100 a 200 mV mayor que el grado 12, por lo que incluso un tubo 3D de grado 7 doblado puede ser apropiado para muchas aplicaciones (+ 0.30 a + 0.45 V). El espesor de la pared no influye en el potencial de picaduras, pero afecta el tiempo de propagación de las picaduras; El 95% de una pared de 2,0 mm permanece con una profundidad de fosa de 0,1 mm. El medio ambiente es importante para aliviar el estrés. El recocido al aire a 540 grados produce un óxido fino, que no degrada la resistencia a las picaduras, pero se prefiere el recocido en argón o vacío. La velocidad de enfriamiento después del alivio de tensiones no tiene una influencia significativa sobre el potencial de picaduras.

Desarrollar una especificación informada

Especifique el recocido de alivio de tensión-a 540 grados durante 30 minutos en un ambiente de argón después de doblarlo, para un tubo calentador de titanio de grado 12 que requiere un doblez 3D para servicio en NaCl al 5 % a 90 grados. Realice una prueba de polarización cíclica en una muestra del tubo doblado y sin tensión para confirmar el potencial de picaduras; el potencial de picadura debe estar dentro de los 100 mV del valor de referencia no doblado de +0.45 a +0.60V. Para curvaturas más cerradas que 3D, utilice titanio de grado 7 o aumente el radio de curvatura a 5D. Si no es posible aliviar la tensión, acepte una vida útil reducida y examine periódicamente el área doblada para detectar picaduras. El potencial del circuito abierto-del calentador debe monitorearse en funcionamiento; un potencial inferior a +0.20 V frente a Ag/AgCl aumenta el riesgo de picaduras. La tensión del ingeniero-se alivia a 540 grados después de doblarse para que el potencial de picaduras del titanio de grado 12 vuelva a estar dentro de 50 a 100 mV de la condición no doblada, de modo que el titanio pueda funcionar de manera confiable en servicio de cloruro caliente.