Kada se električni grijaći element od titana koristi za zagrijavanje miješane kisele tekućine od kiselih krastavaca (klorovodična 8% + fluorovodična 2%) na 85 stupnjeva, zašto je titan stupnja 12 potreban bez obzira na debljinu stijenke?

Temeljni kompromis-u odabiru vrste titana za kiseljenje miješanom kiselinom
Potrošena tekućina za kiseljenje iz proizvodnje nehrđajućeg čelika sadrži 8% klorovodične kiseline (HCl) i 2% fluorovodične kiseline (HF) na 85 stupnjeva. U ovoj smjesi, HF napada pasivnu prevlaku TiO 2 i stvara topljive titanijeve fluoride, dok agresivne kloridne ione osigurava HCl, tako da titan stupnja 2 (komercijalno čist) brzo korodira. 3-8 mm/god. stopa korozije za stupanj korozije 2 u 8% HCl + 2% HF na 85 stupnjeva probušit će zid od 2,0 mm u 3-8 mjeseci. Molibden i nikal u titanu stupnja 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) stabiliziraju pasivni film u uvjetima redukcijske i kompleksne kiseline. Brzina korozije stupnja 12 u istoj otopini iznosi 0,05-0,15 mm godišnje, što je 50-100 puta niže od stope korozije stupnja 2. Ovo istraživanje ilustrira nepostojanje bilo kakve moguće debljine stijenke stupnja 2 s prihvatljivim vijekom trajanja i potrebu za stupnjem 12 bez obzira na debljinu stijenke.

HF napadni mehanizam: utjecaj na mehanički integritet
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 . Ova reakcija nije -ograničena difuzijom, već kemijska reakcija, a brzina korozije ne ovisi o pasivnom filmu, već samo o izloženoj metalnoj površini. ASTM G31 testovi uranjanja pokazuju da titan Grade 2 ima stopu korozije u 8% HCl + 2% HF na 85 stupnjeva od 5 mm godišnje (tipično). Primjenjuje se linearna kinetika. d=k * t. Za životni vijek od 5 godina potrebna debljina stijenke bila bi 25 mm-što nije izvedivo za proizvodnju cijevi grijača.

Titan stupnja 12 ima 0,3% molibdena i 0,8% nikla. Molibden povećava otpornost pasivnog filma u redukcijskim kiselinama stvaranjem molibdenovih oksida (MoO 2 , MoO 3 ) koji nisu podložni kompleksiranju fluorida. Nikal poboljšava katodnu rekombinaciju vodika, čime se smanjuje apsorpcija vodika i izbjegava hidridna krtost. Za istu miješanu kiselinu stopa korozije stupnja 12 je 0,10 mm godišnje. Za životni vijek od 5 godina potrebna je debljina stjenke od 1,0 mm (0,5 mm dopušteno za koroziju + 0.5 mm strukturalno) i to je u potpunosti moguće.

Učinak na toplinsku izvedbu: Ujednačeno u svim stupnjevima
Toplinska vodljivost Stupanj 2 i Stupanj 12 imaju sličnu toplinsku vodljivost (Stupanj 2: 17 W/m·K; Stupanj 12: 14,5 W/m·K na 85 stupnjeva). Nižih 15% vodljivosti stupnja 12 povećava vodljivi gubitak temperature za oko 0,3 stupnja za zid od 1,5 mm, što je zanemarivo. Stoga nema toplinske kazne pri nadogradnji na stupanj 12.

Trade{0}}sinteza: Potreban stupanj 12
Stopa korozije stupnja (8% HCl + 2% HF, 85 stupnjeva ) Potreban zid za 5 godina životnog vijeka Preporučena izvedivost proizvodnje?
Stupanj 2 (Ti-CP) 5,0 mm/godina 25 mm Nije moguće Ne
Stupanj 2 (Ti-CP) s faktorom sigurnosti 3x5,0 mm/godina 75 mm Ne nemoguće
Stupanj 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 mm/godina 10 mm Nemoguće (ne može saviti zid od 10 mm) Ne
Stupanj 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/godina 1,0 – 1,2 mm Da Da
12. razred (deblje za rub) 0,10 mm/godina 1,5 mm Da Da (preporučeno)
Čak i dobar stupanj 7 (Ti-Pd) korodira u kombinacijama koje sadrže HF- brzinom od 2,0 mm godišnje, budući da paladij nije otporan na kompleksiranje fluorida. Samo legure-sa molibdenom (razred 12 ili više) pružaju dovoljnu otpornost.

Obrada-zavara i inženjering stanja površine Više od razine
Na površini ne smije biti onečišćenja željezom i toplinske nijanse kako bi se postigla nazivna otpornost na koroziju stupnja 12 u kombiniranoj HCl-HF kiselini. Oksidirani premaz može se ukloniti i otpornost na koroziju obnoviti luženjem nakon -zavarivanja u 10 % HNO₃ + 2 % otopini HF (ista smjesa kiseline) tijekom 5 do 10 minuta. Stupanj 12 zahtijeva dodatnu pozornost na zone zavarivanja, zona-zahvaćena toplinom (HAZ) može imati donekle smanjen sadržaj molibdena uzrokovan segregacijom. HAZ se obnavlja do svoje pune otpornosti na koroziju, a mikrostruktura se homogenizira post{12}}žarenjem na 650 stupnjeva tijekom 1 sata. Bez žarenja, HAZ može korodirati 2-3 puta brže od osnovnog metala, ostavljajući stijenku od 1,5 mm s efektivnim vijekom trajanja od 3-4 godine umjesto 15+.

Zaključak: Potrebna debljina stijenke za 12. razred
Ako zagrijavate miješanu kiselinu istrošenu tekućinu od kiselih krastavaca (8% HCl + 2% HF) na 85 stupnjeva s električnim grijaćim elementom od titana, morate koristiti titan razreda 12, bez obzira na debljinu stjenke. I stupanj 2 i stupanj 7 će korodirati brzinom od 2 do 8 mm godišnje, tako da svaka praktična debljina stijenke (ispod 5 mm) neće biti prikladna za više-godišnju upotrebu. Stupanj 12, 0,3% molibdena, 0,8% nikla korodira 0,05–0,15 mm godišnje, stoga će normalna stijenka od 1,2–1,5 mm imati radni vijek od 8–15 godina. Preporučena specifikacija je za bešavne cijevi od titana Grade 12, s debljinom stjenke od 1,5 mm, te naknadno dekapiranje i žarenje nakon zavarivanja svih zavarenih spojeva. Dostavite proizvođaču specifične koncentracije HF i HCl za provjeru brzine korozije. Nakon što se odabere odgovarajući stupanj (razred 12), debljina stijenke je sekundarna varijabla. Kiseline koje sadrže HF- nikada ne bi trebale biti navedene kao stupanj 2 bez obzira na to koliko se debljina činila.