Por que um tratamento térmico pós{0}}soldagem (recozimento a 540 graus) não consegue restaurar a resistência total à corrosão de uma curva de aquecedor de titânio-trabalhada a frio?

Quando um engenheiro de processo especifica um aquecedor de titânio dobrado que requer dobra a frio e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT), é importante compreender as limitações do recozimento. O recozimento por 1 hora a 540 graus aliviou as tensões residuais e restaurou a ductilidade, mas não a resistência à corrosão da região de dobra-trabalhada a frio. A taxa de corrosão residual após o recozimento é 1,5-2,5 vezes maior que a do metal original em comparação com 5 a 10 vezes maior que a da condição dobrada. Este dano permanente resulta da flexão a frio causando três alterações irreversíveis, nomeadamente fissuras superficiais do filme passivo, precipitação de hidreto de titânio nos limites dos grãos e inclusões de óxido de titânio que não podem ser removidas por recozimento. A temperatura de recozimento de 540 graus é muito baixa para recristalizar a estrutura do grão (que requer 650-700 graus) e muito baixa para dissolver hidretos ou curar fraturas superficiais.

As mudanças irreversíveis devido à flexão a frio
O extrados (curvatura externa) de um tubo de titânio dobrado a frio em um raio de 5 x DE é colocado em tensão de 10%. Esta deformação causa 3 tipos de danos: Primeiro, o frágil filme passivo de TiO2 se fratura em uma rede de microfissuras com larguras de 1-10 µm. Em segundo lugar, a densidade de discordância aumenta 100-1.000 vezes devido à deformação, o que cria locais preferidos para absorção de hidrogénio e precipitação de hidreto. Terceiro, óxidos superficiais e poluentes superficiais estão incluídos na superfície do titânio. O recozimento a 540 graus reduz as tensões residuais (em 60-80%) e reduz a densidade de discordância (em 50-70%), mas não cura fissuras superficiais - as fissuras permanecem como buracos físicos no revestimento passivo. A temperatura de recozimento é insuficiente para dissolver o hidreto de titânio (> 600 graus) ou recristalizar a estrutura do grão (> 650 graus). Os óxidos superficiais incorporados permanecem locais de partida para corrosão localizada.

Quantificação da recuperação da taxa de corrosão após condição de recozimento Raio de curvatura (×OD) Taxa de corrosão (mm/ano) em 10% NaCl, taxa de taxa de corrosão de 80 graus (curvatura/pai) Tensão residual (MPa) Densidade de fissura superficial (fissuras/cm)
Metal original (não dobrado) - 0.02 1.0× < 20 0
Como-dobrado a frio (sem recozimento) 5× 0.15 7.5× 200-250 20-50
Recozimento dobrado a frio de + 540 graus (1 hora) 5× 0.04 2.0× 50-80 15-40 (não curado)
Recozimento dobrado a frio de + 650 grau (recristalização) 5× 0.025 1.25× <20 <5 (cura parcial)
Curvatura a frio + 540 grau + eletropolimento 5× 0.022 1.1× 50-80 0 (após polimento)
Curvatura a quente (600 graus durante a dobra, sem recozimento pós{1}}dobra) 5× 0.025 1.25× 30-50 5-10
O recozimento a 540 graus reduz a taxa de corrosão de 0,15 mm/ano para 0,04 mm/ano, correspondendo a uma recuperação de 73%, enquanto a curvatura ainda corrói duas vezes a taxa do metal original (0,04 contra 0,02 mm/ano). O recozimento de recristalização a 650 graus (que pode deformar o tubo) ou o eletropolimento para remover a camada superficial quebrada é necessário para restaurar totalmente os níveis do metal original.

Gerenciamento de corrosão pós-dobra-: uma abordagem baseada em cenário-
Ambiente operacional e vida útil Raio de curvatura Pós preferencial-Tratamento de curvatura Taxa de corrosão de curvatura prevista (× pai) Viabilidade
ambiente ameno (água doce, baixo teor de cloretos) 5+ anos de vida 5× recozimento de 540 graus apenas 1,5-2,0× Aceitável
Temperatura ambiente da água do mar 3+ anos de vida 5× recozimento de 540 graus + eletropolimento 1,0-1,2× Necessário para confiabilidade
Água do mar, 60-80 graus, 2+ anos de vida 8× Recozimento (540 graus) + eletropolimento 1,0-1,2× Obrigatório (5× curvatura não recomendada)
Cloreto quente (80 graus, 10% NaCl), qualquer vida útil 8 × recozimento mínimo de 540 graus + eletropolimento + alívio de tensão 1,0-1,1 × Use dobra a quente em vez de frio + recozimento
Serviço ácido (H₂SO₄ diluído, 50 graus) 5× Recozimento somente a 540 graus 1,5-2,0× Aceitável se baixa taxa de corrosão
Serviço crítico (farmacêutico, nuclear) > 8× Curvatura a quente + polimento eletrolítico 1,0× Não é permitida dobra a frio
Qualquer serviço de gás não{0}}corrosivoNada para tratarNão relevante A corrosão não é um problema
Alternativas de engenharia para dobra e recozimento a frio
A dobra a quente (600 a 700 graus durante a dobra) produz pouco trabalho a frio e rachaduras na superfície onde é necessária resistência total à corrosão em uma dobra. O tubo formado a quente não requer recozimento pós--formado e tem uma taxa de corrosão de 10-20% do metal original. Outra opção é usar um cotovelo soldado em vez de um tubo dobrado. A solda pode ser inspecionada e tratada termicamente após a soldagem e a zona impactada pelo calor é menor do que a região danificada pela flexão a frio. Um terceiro método é aumentar o raio de curvatura para 8× DE ou superior, o que reduz a deformação extrados de 10% para 6,3%, evitando assim rachaduras na superfície e reduzindo a taxa de corrosão pós-recozimento para 1,2-1,5× do metal original sem eletropolimento.

Conclusão: O recozimento a 540 graus restaura a ductilidade, mas não a resistência total à corrosão
O tratamento térmico pós-soldagem a 540 graus por 1 hora libera efetivamente as tensões residuais e restaura a ductilidade de uma curva de aquecimento de titânio curvado a frio, mas não restaura a resistência total à corrosão. A taxa de corrosão na curva é 1,5-2,5 vezes maior do que no metal original devido à persistência de microfissuras superficiais no revestimento passivo, óxidos incorporados e precipitados de hidreto de titânio que não se dissolvem abaixo de 600 graus. Para condições adversas (água do mar acima de 50 graus, cloretos quentes, ácidos), procedimentos adicionais, como eletropolimento para remover a camada superficial rachada, dobra a quente em vez de dobra a frio ou o uso de um raio de curvatura maior, são necessários para obter uma resistência à corrosão comparável ao metal original. Para serviços corrosivos, especifique um aquecedor de titânio dobrado. Faça com que a região da dobra seja eletropolida após o recozimento. Isso remove quaisquer rachaduras superficiais e permite que o filme passivo seja reformado uniformemente.