Como a distribuição do tamanho das partículas de Ti₂Fe intermetálico em um tubo aquecedor de titânio grau 2 se correlaciona com a densidade dos poços na solução quente de sulfato de alumínio a 80 graus?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 partículas/mm²). As partículas menores < 2 µm e densidade mais baixa < 200 partículas/mm2 apresentam suscetibilidade à corrosão muito menor, de modo que a vida útil do aquecedor é previsível.

Mecanismo de corrosão induzida por Ti2Fe-em sulfato de alumínio

A densidade de corrente galvânica para a partícula de Ti2Fe na borda de uma partícula é de 10-100 μA/cm2, o que é suficiente para dissolver a matriz de titânio adjacente. O sulfato de alumínio quente a 80 graus proporciona um filme passivo marginalmente estável. Uma vez iniciada a cava, a alta concentração de sulfato e a alta temperatura auxiliam na expansão da cava. A densidade do poço tem uma relação de lei de potência com a densidade das partículas: densidade do poço ≈ 0,1 (densidade de partícula) 0,7. Portanto, é importante gerenciar a distribuição de partículas de Ti$_2$Fe escolhendo o material adequado e o tratamento térmico para que a corrosão possa ser prevista e minimizada no serviço de sulfato de alumínio. partículas maiores resultam em pares galvânicos maiores e aceleram o início do poço.

Correlação Quantitativa de Densidade de Pitting e Partículas

A investigação metalográfica de controle e o teste de corrosão de 10% Al 2 (SO 4 ) 3 a 80 graus por 500 horas revelaram as seguintes correlações para tubos de titânio Grau 2. Amostras com densidade de partículas de Ti 2 Fe<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Efeito do teor de ferro e do tratamento térmico na distribuição de partículas

A distribuição das partículas de Ti2Fe é controlada pela concentração de ferro e pelo histórico de processamento térmico. Titânio grau 1, recozido em solução (700 graus, têmpera em água), com 0,05–0,08% em peso de ferro, tem uma densidade de partícula inferior a 50 partículas/mm2 e um tamanho de partícula inferior a 1 µm. Grau 2 com 0,12% em peso de ferro no estado recozido -de moinho (700 graus, resfriado ao ar) exibe densidade de 80–150 partículas por mm2 e tamanho de 1–2 µm. O Grau 2 típico com 0,20% em peso de ferro na condição recozida-de moinho tem uma densidade de 200-400 partículas/mm2 e um tamanho de 2-4 mm. Grau 2 com alto teor de ferro (0,25% em peso) na condição como estirado atinge densidade de 400–700 partículas/mm2 e tamanho de 3–6 μm. O recozimento beta (resfriamento lento acima de 900 graus), apesar da densidade reduzida, cria locais de corrosão significativos de partículas grossas de 5 a 10 µm.

Distribuição adequada de partículas para serviço de sulfato de alumínio

A tabela a seguir mostra os parâmetros máximos permitidos de partículas de Ti2Fe para tubos de titânio Grau 2 em sulfato de alumínio a 10% a 80 graus para a vida útil desejada e a profundidade máxima aceitável do poço.

Vida útil desejada (anos) Profundidade máxima do poço (mm) Densidade máxima de partícula de Ti2Fe (partículas/mm2) Tamanho médio máximo de partícula (µm) Recomendação de tratamento térmico
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Recozido em moinho (700°C, resfriado a ar)
3 0.30 250–400 3–4 Moinho recozido + decapado 2 0.50 400–600 4–5 Conforme-desenhado (não recomendado)<1 >0.50 >600 >5 Não é apropriado para Engenharia de Grau 2, além do Controle de Distribuição de Partículas

O grau de titânio pode ser escolhido para eliminar completamente as partículas de Ti2Fe. O estado recozido em solução-com teor de ferro inferior a 0,08% em peso para o Grau 1 exibe a menor densidade de corrosão. O Grau 7 (estabilizado-com paládio) é comparável ao Grau 2 no teor de ferro, mas o comportamento galvânico é alterado, reduzindo a densidade de corrosão em 50-70% para a mesma dispersão de partículas. No grau 12, estão presentes molibdênio e níquel, que produzem intermetálicos distintos que são menos catódicos que o Ti 2 Fe. A espessura da parede permite uma tolerância de penetração de pites . 2.0 mm de espessura com pites moderados (80 pites/cm^2, 100 µm de profundidade) pode durar de 5 a 8 anos, uma espessura de 1,2 mm falha mais cedo. O acabamento superficial afeta o início da cava. O eletropolimento remove uma camada superficial enriquecida em partículas de Ti2Fe, reduzindo a densidade efetiva das partículas.

Uma especificação informada

Para um aquecedor de titânio Grau 2 em solução de sulfato de alumínio quente a 80 graus, especifique a concentração máxima de ferro de 0,15% em peso e a condição de recozimento da solução-(700 graus ± 10 graus, têmpera em água). Inspeção metalográfica de uma amostra típica com ampliação de 500×. Certificação de que a densidade das partículas de Ti₂Fe é inferior a 250 partículas por milímetro quadrado e que nenhuma partícula tem mais de 5 mícrons de diâmetro. Para aplicações essenciais onde a corrosão não pode ser permitida, use titânio Grau 1 ou titânio Grau 7. Inspeção de entrada. Teste Rápido de Pitting. Mergulhe um cupom de amostra em 10% Al2(SO4)3 a 80 graus por 168 horas e examine com ampliação de 50×. Rejeite o lote se a densidade de covas exceder 50 covas por centímetro quadrado. O engenheiro controla a distribuição do tamanho das partículas de Ti 2 Fe como parâmetro de qualidade para diminuir a densidade de corrosão e garantir a vida útil prevista do aquecedor no uso de sulfato de alumínio quente.