Quando um tubo aquecedor de titânio grau 12 é dobrado em um raio 3D e depois a tensão-aliviada em 540 graus, como a recuperação de deformação residual no raio externo altera seu potencial de corrosão em NaCl a 5% a 90 graus?

O titânio grau 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) é utilizado para tubos de aquecimento em situações que contêm cloreto devido à sua resistência superior à corrosão. Quando o tubo é dobrado em um raio apertado de 3 vezes o diâmetro do tubo (3D), ocorre uma tensão plástica de tração de 10 a 15% no raio externo. Esse trabalho a frio leva a tensão de tração residual, aumento da densidade de discordâncias e pode levar à orientação dos grãos da fase alfa-. O potencial de pite é o potencial eletroquímico no qual os pites estáveis ​​são iniciados. O potencial de corrosão diminui com o aumento do trabalho a frio. O recozimento de alívio de tensão por 30 minutos a 540 graus recupera parte da deformação, diminui a tensão residual e permite alguma recristalização. O alívio-de tensão de um tubo dobrado diminui o potencial de corrosão apenas em 50-100 mV em comparação com a condição não dobrado, em vez da depressão de 150-250 mV para um tubo dobrado sem alívio de tensão.

Mecanismo de recuperação de deformação residual e restauração potencial de pite

A deformação plástica por flexão faz com que as discordâncias cresçam e se acumulem nos limites dos grãos, criando pontos de alta-energia que são locais ideais para o início da cava. A tensão residual de tração no raio externo desestabiliza ainda mais a camada passiva. O recozimento-de alívio de tensão a 540 graus permite a subida e a aniquilação do deslocamento, reduzindo a densidade do deslocamento em 60-80%. Este procedimento também reduz a tensão de tração residual de 150–250 MPa para 30–60 MPa. Durante o recozimento, o molibdênio e o níquel no Grau 12 são redistribuídos para enriquecer a superfície e melhorar a estabilidade do filme passivo. O filme passivo torna-se mais uniforme, o número de sítios ativos para iniciação de pites é reduzido e o potencial de pites é restaurado.

Potencial quantitativo de corrosão vs. flexão e alívio de tensão

Potenciais de corrosão de tubos de titânio Grau 12 sob testes controlados em NaCl a 5% a 90 graus foram estabelecidos para diversas situações. Para um tubo recozido e não dobrado (linha de base), o potencial de corrosão é de +0.45 a +0.60 V vs. Ag/AgCl, nenhuma corrosão é observada após 1.000 horas. Para um tubo dobrado em um raio 3D na condição-dobrada e sem alívio de tensão, o potencial de pite é reduzido para +0.20 a +0.35 V e o pite começa após 100–300 horas, com uma profundidade de pite de 0,1–0,3 mm após 500 horas. Para um tubo dobrado em um raio 3D e tensão-aliviada a 540 graus por 30 min, o potencial de pite se recupera para +0.35 a +0.50 V, o pite ocorre após 500–1.500 h, e as profundidades do pite são de 0,05–0,15 mm após 500 h. Para um tubo dobrado com raio 5D (curvatura mais suave) com alívio de tensão, o potencial de corrosão é de +0.40 a +0.55 V, muito próximo da linha de base não dobrada. O tubo foi dobrado em um raio 3D e a tensão foi aliviada em 480 graus (não quente o suficiente). A recuperação parcial foi observada com o potencial de pite de +0.25 a +0.40 V.

Efeito do raio de curvatura e da temperatura de{0}alívio de tensão no potencial de corrosão

A recuperação do potencial de pite é dependente tanto do raio de curvatura quanto da temperatura de alívio de tensão. A curvatura 3D como depressão potencial de corrosão curvada é 150-250 mV abaixo do valor não curvado. O alívio de tensão a 480 graus recupera 30–50 mV, deixando uma depressão de 120–200 mV. O alívio de tensão a 540 graus recupera 100 a 150 mV, deixando uma depressão de 50 a 100 mV. O alívio de tensão a 600 graus recupera 150–200 mV, mas deixa uma depressão de 20–50 mV, mas o processo pode resultar na produção de casos alfa se não for realizado em uma atmosfera inerte. No caso de uma curvatura 5D, a depressão-dobrada é de apenas 50-100 mV, e o alívio de tensão em 540 graus recupera totalmente o nível não dobrado. Para uma curvatura 2D (mais estreita que 3D), a depressão dobrada é de 200-350 mV. Mesmo a redução do estresse em 540 graus, recupera apenas 80-120 mV deixando uma enorme depressão.

Guia de seleção de raio de curvatura e alívio de tensão para serviço de cloreto quente de grau 12

As recomendações para dobrar tubos aquecedores de titânio Grau 12 para serviço em NaCl a 5% a 90 graus são mostradas na tabela a seguir, em função do raio de curvatura, tratamento de alívio de tensão e resistência à corrosão desejada.

Raio de curvatura (R/D) como-Potencial de corrosão curvada (V vs. Ag/AgCl) Temperatura de alívio de tensão (grau) Pós-Potencial de corrosão de alívio (V vs. Ag/AgCl)Aplicação sugerida
5D +0.30 a +0.45 540 grau +0.45 a +0.60 Serviço de alta confiabilidade
5D +0.30 a +0.45 Nenhum +0.30 a +0.45 Serviço moderado
3D +0.20 a +0.35 540 grau +0.35 a +0.50 Adequado com inspeção 3D +0.20 a +0.35 Nenhum +0.20 a +0.35 Não recomendado para cloreto quente 2D +0.05 a +0.20 540 grau +0.15 a +0.30 Evite se possível 2D +0.05 a +0.20 600 grau (argônio) +0.25 a +0.40 Marginal com Engenharia de Tratamento de Alívio de Estresse da 7ª série

O potencial de pite e a recuperação da liberação de tensão dependem do grau de titânio. O Grau 7 tem um potencial de corrosão basal 100 – 200 mV maior que o Grau 12, portanto, mesmo um tubo 3D dobrado de Grau 7 pode ser apropriado para muitas aplicações (+ 0.30 a + 0.45 V). A espessura da parede não influencia o potencial de pite, mas afeta o tempo de propagação do pite; 95% de uma parede de 2,0 mm permanece com profundidade de poço de 0,1 mm. O meio ambiente é importante para o alívio do estresse. O recozimento ao ar a 540 graus produz um óxido fino, que não degrada a resistência à corrosão, mas o recozimento em argônio ou vácuo é o preferido. A taxa de resfriamento após o alívio de tensões não tem influência significativa no potencial de pite.

Desenvolva uma especificação informada

Especifique o recozimento-com alívio de tensão a 540 graus por 30 minutos em um ambiente de argônio após a dobra, para um tubo aquecedor de titânio grau 12 que exige uma dobra 3D para serviço em NaCl a 5% a 90 graus . Realize testes de polarização cíclica em uma amostra do tubo dobrado e com alívio de tensão para confirmar o potencial de corrosão; o potencial de corrosão deve estar dentro de 100mV do valor da linha de base não curvada de +0.45 a +0.60V. Para curvas mais estreitas que 3D, use titânio Grau 7 ou aumente o raio de curvatura para 5D. Se o alívio de tensão não for possível, aceite uma vida útil reduzida e examine periodicamente a área dobrada em busca de corrosão. O potencial-de circuito aberto do aquecedor deve ser monitorado durante a operação, com um potencial abaixo de +0.20 V vs. Ag/AgCl aumentando o risco de corrosão. A tensão do engenheiro-é aliviada em 540 graus após a flexão para fazer com que o potencial de corrosão do titânio grau 12 volte para 50–100 mV da condição não dobrada, para que o titânio possa operar de forma confiável em serviço com cloreto quente.