pH(11)와 온도(150도)의 어떤 특정 조합에서 티타늄 히터가 부식성 응력 부식 균열에 취약해 집니까?

가성소다 농도, 펄프 및 종이 소화조 또는 알루미나 정제와 같은 고온 알칼리성 용액에서 티타늄 침지 히터를 사용하는 공정 엔지니어의 경우 pH 11과 온도 150도의 조합은 가성 응력 부식 균열(SCC)에 대한 특정 조건을 제공합니다. 일반적으로 2등급 티타늄은 120도 이하의 온도에서 최대 pH 12의 가성 용액에 내성을 갖습니다. 표면을 보호하는 TiO2 부동태 피막은 pH 11 및 150도의 농축 수산화물 용액에 용해되어 가용성 티탄산염 종(Ti(OH)6 2- 또는 HTiO3 -)을 생성합니다. 균열은 금속-접촉에서 시작하여 적용된 또는 잔류 인장 응력(항복 강도의 50% 이상)의 영향으로 입계를 통해 전파됩니다. 가성 SCC의 경우 핵심 조합은 pH > 10.5 및 온도 130도 이상이며 pH 11-12 및 150-200도에서 최악의 균열이 발생합니다. 가성 SCC는 130도 이하에서는 드물다. 티타늄은 pH 10 이하의 모든 온도에서 활성 상태를 유지합니다.

티타늄의 부식성 응력 부식 균열 메커니즘.
고온의 농축 가성 용액에서 Ti 부동태 피막의 화학적 용해: TiO 2 + 2OH - → TiO 3 2- + H 2 O(또는 TiO 2 + 2OH - → HTiO 3 - + OH - ) 용해 속도는 온도 및 [OH-] 농도에 따라 기하급수적으로 달라집니다. 노출된 금속 표면(예: 패시브 코팅이 파열된 균열 팁)에서 티타늄의 양극 용해가 발생합니다: Ti+4OH-→Ti(OH)4+4e-, 이어서 용해성 티타네이트가 생성됩니다. 균열은 세 가지 기준이 동시에 충족될 때 발생합니다: (1) 취약한 재료(2등급 티타늄은 130도 이상의 가성에 취약함), (2) 특정 환경(pH 10.5 이상, 온도 130도 이상), (3) 적절한 인장 응력(보통 > 100-150MPa). 활성 영역의 파괴 전파 속도는 일반적으로 0.1~1.0mm/시간입니다. 따라서 실패가 빠르게 발생합니다.

pH 및 온도에 따른 가성 SCC 민감성 정량화
온도(oC)|pH|티타늄 2등급의 SCC 민감도|150MPa 응력에서의 고장 시간(시간) |균열 형태 예방 계획
11 120 없음 > 10,000 균열 없음안정적인 부동태 피막 130 11 낮음 5,000-10,000간헐적인 얕은 균열 응력 또는 온도 제거 140 11 보통 1,000-5,000 입상 균열 사용 7등급 또는 12등급 150 11 높음 100-1,000 광범위 입상 균열등급에 권장되지 않음 2 160 11 심각 10-100 등급 2 적합하지 않음 150 10 낮음 > 10,000균열 없음(pH 너무 낮음) 허용됨 150 12 심각 10-100빠른 균열 등급 2 부적합 150 11 높음(용접 영역) 50-500 HAZ 균열 용접 후 응력 완화 필요
티타늄 히터 – 가성 서비스 – 시나리오- 기반 가이드
가혹한 사용 조건pH 온도(C) 적용 응력 티타늄 적합성조치 권장
가성 세척, 희석, 저농도10 80 낮음 우수 표준 2등급
저장 탱크, 가성 12 40 낮음 우수(온도 낮음) 2등급 표준
가성 농도(1차 영향) 11 120 중간 허용 등급 2(연간 검사 포함)
가성 농도(궁극적 효과) 11 140 보통 한계 7등급 또는 12등급으로 업그레이드
부식성 농도(궁극적 효과) 11 150 보통 나쁨 2등급 권장되지 않음
펄프 분해기(백액) 12 165 높음(열 응력) 부적합한 니켈 합금(예: 합금 600)
알루미나 정제소(바이엘 주류) 13 150 보통 부적합라이너가 있는 탄소강
황화물(환원) 부식성 11 150 보통 매우 나쁨 티타늄에는 적합하지 않음
가성 SCC의 엔지니어링 완화
pH > 10.5 및 온도 > 130도에서 부식성 서비스에 티타늄 히터를 사용해야 하는 경우 세 가지 완화 조치를 통해 SCC의 위험을 낮출 수 있습니다. 주요 완화 방법은 잔류 응력을 낮추는 것입니다. 용접 후 열처리(1시간 동안 540도)는 용접 또는 구부러진 부분의 잔류 응력을 줄여줍니다. 최대 서비스 응력은 100MPa(수율의 약 36%)로 제한되어야 합니다. 두 번째 완화는 티타늄 등급 12(Ti-0.3 Mo-0.8 Ni)로 업그레이드됩니다. 몰리브덴을 사용하면 고온에서 부동태 피막의 안정성이 향상되고 등급 12에 더 나은 부식성 SCC 저항성이 제공됩니다. 12등급은 pH 11 및 150도에서 최대 200MPa의 압력에서 SCC가 없음을 보여줍니다. 세 번째 완화 방법은 온도를 10~20도 낮추는 것입니다(예: 150도 대신 130도에서 작동). 이는 부식성 SCC 위험을 10~100배 감소시킵니다. 공정 제한으로 인해 온도를 낮추는 것이 불가능한 경우 등급 12 또는 니켈 합금이 필요합니다.

결론: 2등급 Ti의 경우 임계 가성 SCC 조합 pH가 10.5 이상 및 T가 130도 이상
At the combination of pH 11 and temperature 150°C, grade 2 titanium is susceptible to caustic stress corrosion cracking. The essential values are pH > 10.5 and temperature ≥ 130°C. The most severe cracking occurs at pH 11-12 and 150-200°C. Caustic SCC is unusual below 130°C. Titanium is passive at temperatures below pH 10. Under the condition of pH 11 and 150°C, Grade 2 titanium with tensile stress >100MPa는 100~1,000시간 범위에서 균열이 발생합니다. 메커니즘은 농축된 수산화물에서 부동태 피막이 용해되고 이어서 양극 균열이 전파되는 것입니다. 12등급 티타늄(Ti-0.3Mo-0.8Ni)으로 업그레이드하거나 130도 이상의 부식성 서비스에 대해 작동 온도를 130도 미만으로 낮추십시오. 고온 부식성 적용을 위한 티타늄 히터를 주문할 때 공급업체에 pH, 온도 및 예상 응력을 제공하면 적절한 등급 선택(2등급 대 12등급)이 가능하고 가성 SCC 파손을 방지하기 위한 열처리가 필요합니다.