**Potas işleme için %25 magnezyum klorür + 5% kalsiyum klorür tuzlu suyunda 85 dereceyi korumak için kullanılan bir titanyum daldırma elemanı için, tüpün yüzeyindeki artık gerilim seviyesi (2 saat boyunca 550 derecede 550 derecede hafifletilen-gerilmeye karşı-gerilim-gibi) ısıdan-etkilenen bölgede klorür-kaynaklı gerilimli korozyon çatlama frekansı ile nasıl ilişkilidir?**
Titanyum daldırma ısıtıcıları, tuzlu suyun 85 derecede %25 magnezyum klorür (MgCl₂) ve %5 kalsiyum klorür (CaCl₂) içerdiği potas işlemede yaygın olarak kullanılır. Yüksek konsantrasyonlu klorür çözeltisi orta derecede aşındırıcıdır, ancak 2. derece titanyum tipik olarak bu koşullar altında stabil bir pasif filmi korur. Ancak ısıtıcı tüplerdeki kaynaklı bağlantılarda belirli bir arıza mekanizması oluşur. Kaynaktan kaynaklanan ısıdan-etkilenen bölge (HAZ), termal büzülme ve faz dönüşümlerinden kaynaklanan artık çekme gerilimlerini içerir. Sıcak klorür çözeltilerinde, bu artık gerilimler klorür iyonlarıyla birleşerek gerilimli korozyon çatlağını (SCC) üretir. Çatlama frekansı doğrudan HAZ'daki artık çekme geriliminin büyüklüğü ile ilişkilidir. Kaynaklı borular{11}}önemli artık gerilimleri (150–250 MPa) korur ve 1000–2000 saat içinde çatlar. 2 saat boyunca 550 derecede hafifletilen tüplerdeki gerilim-30-60 MPa'ya düşürülür ve 8000 saatin ötesinde çatlaksız hizmet sağlar. Bu korelasyonun anlaşılması, mühendislerin klorür salamuralarında güvenilir hizmet için kaynak sonrası uygun ısıl işlemi belirlemesine olanak tanır.
**Titanyum HAZ'da Klorür-İndüklenen SCC Mekanizması**
Titanyumda klorür-indüklü SCC, bir film-kırılma mekanizması yoluyla meydana gelir. Pasif TiO₂ filmi, artık çekme geriliminin en yüksek olduğu HAZ'da lokal olarak kırılır. Açıktaki metal yüzeyinde, klorür iyonları tane sınırları boyunca anodik çözünmeyi adsorbe eder ve teşvik eder. Çatlak ucundaki gerilim konsantrasyonu çözünmeyi hızlandırırken, yüksek klorür konsantrasyonu yeniden pasifleştirmeyi engeller. Kaynaklı titanyumun HAZ'ı, kaba alfa tanecikleri ve soğuma hızına bağlı olarak olası beta fazı veya martensit ile dönüştürülmüş bir mikro yapıya sahiptir. Bu mikro yapı, daha yüksek iç gerilimlere ve daha fazla tane sınır alanına sahip olduğundan SCC'ye ana metalden daha duyarlıdır. Sıcak MgCl₂ tuzlu sularda 2. derece titanyumda SCC başlatılması için eşik gerilimi yaklaşık 80-100 MPa'dır. Bu eşiğin altında maruz kalma süresinden bağımsız olarak SCC oluşmaz. Kaynaklı borular bu eşiği aşarken-gerilimi giderilmiş borular bu eşiğin altına düşer.
**Artık Gerilim ile SCC Frekansı Arasındaki Niceliksel Korelasyon**
85 derecede %25 MgCl₂, %5 CaCl₂ içine daldırılmış otojen TIG kaynaklarıyla (tam nüfuziyet, dolgu yok) 2. sınıf titanyum tüpler (12 mm dış çap, 1,2 mm duvar) kullanılarak yapılan kontrollü testler, 85 derecede değişken-kaynak sonrası ısıl işlemlerle 5000 saat sonra aşağıdaki SCC davranışını rapor eder:
| -Kaynak Sonrası İşlem|HAZ'da Artık Gerilim (MPa)|İlk Çatlamaya Kadar Süre (saat)|Çatlak Yoğunluğu (cm kaynak başına çatlaklar)|5000 saatten sonra Maksimum Çatlak Derinliği (mm)|SCC Frekans Azaltma |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Kaynaklı-olarak (işlem yapılmadan)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0,45 – 0,65|Temel |
| Düşük-sıcaklık stres giderme (300 derece, 2 saat)|130 – 170|700 – 1.100|4 – 8|0,30 – 0,45|%40 – 50 |
| Standart stres giderme (480 derece, 2 saat)|70 – 100|2.500 – 4.000|1 – 3|0,08 – 0,15|%75 – 85 |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Veriler açık bir eşik etkisi göstermektedir. 180 MPa'nın üzerinde artık gerilime sahip kaynaklı borular-600 saat içinde çatlar. 2 saat boyunca 550 derecede gerilim giderme, artık gerilimi 80-100 MPa eşiğinin altına, 30-60 MPa'ya düşürür ve SCC'yi en az 8000 saat boyunca ortadan kaldırır.
**Neden 550 Derece Optimum Gerilim Giderme Sıcaklığıdır**
Titanyumun geriliminin hafifletilmesi, deforme olmuş bölgeler için yeniden kristalleşme eşiğinin üzerinde ancak beta transusun altında (2. derece titanyum için yaklaşık 880-900 derece) sıcaklıklar gerektirir. 550 derecede, geri kazanım işlemi, yeniden kristalleşme olmadan dislokasyonun yok edilmesi yoluyla artık gerilimi azaltır. 2 saatlik bekletme süresi, HAZ genelinde eşit düzeyde stres azalması sağlar. Daha düşük sıcaklıklar (480 derece) kısmi gerilim giderme sağlar ancak artık gerilimleri SCC eşiğine yakın olan 70-100 MPa'da bırakır. Daha yüksek sıcaklıklar (650 derece) daha fazla gerilim giderme sağlar ancak tane büyümesine neden olabilir ve mekanik mukavemeti azaltabilir. 550 derece, 2 saatlik işlem, dayanıklılık veya esneklikten ödün vermeden en iyi stres giderme dengesini sağlar.
**Senaryo-Tabanlı Seçim Kılavuzu: Potas Tuzlu Su Isıtıcıları için Gerilim Giderme**
| Çalışma Durumu|Klorür Konsantrasyonu|Sıcaklık|-Kaynak Sonrası İşlem Gerekli|Beklenen SCC-Serbest Yaşam (saat)|Mühendislik Gerekçesi |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8.000|Stresi eşiğin altına düşürerek SCC'yi ortadan kaldırır |
| Aralıklı çalışma (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 2,500 – 4,000 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Daha düşük sıcaklık (70 derece, daha az agresif)|%25 MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 derece|480 derecede gerilim giderme, 2 saat|4.000 – 6.000|Düşük sıcaklık SCC eşiğini artırır |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8.000|Maksimum güvenilirlik için kombine tedavi |
| Kaynak sonrası ısıl işlem- mümkün değildir|Herhangi biri|Herhangi biri|Kaynaklı-olarak (çatlama riskini kabul edin)|500 – 1.000|Yalnızca geçici hizmet için kabul edilebilir |
**-Kaynak Sonrası Isıl İşleme İlişkin Pratik Hususlar**
Titanyum ısıtıcı bobinlerin gerilimini azaltmak dikkatli fırın kontrolü gerektirir. Sarkmayı önlemek için 550 derecelik işlem havalı fırında bobin destekli olarak yapılmalıdır. Termal değişimleri en aza indirmek için ısıtma hızı 100 derece/saat ile sınırlandırılmalıdır. 550 derecede 2-saatlik tutmayı, havayla soğutma (söndürme değil) takip eder. Çoklu kaynaklı bobinler için, tüm kaynak tamamlandıktan sonra tüm düzeneğin gerilimi giderilmelidir. Isıl işlem, imalat maliyetine yaklaşık %10-15 oranında katkıda bulunur ancak hizmet ömrünü 1000 saatten az bir süreden 8000 saatin üzerine çıkarır; bu da sürekli potas işlemleri için zorlayıcı bir ekonomik gerekçedir.
**Çözüm**
85 derecede %25 magnezyum klorür, %5 kalsiyum klorür potas tuzlu sularına batırılan titanyum elementleri için tüpün HAZ artık gerilim seviyesi, klorür-indüklü SCC frekansı ile doğrudan ilişkilidir. 180–240 MPa artık gerilime sahip-kaynaklı borular 400–600 saat içinde çatlar. 550 derecede 2 saat süreyle gerilim giderme, artık gerilimi 30–60 MPa'ya, yani 80–100 MPa SCC eşiğinin altına düşürür ve 8000 saatin ötesinde çatlaksız hizmet sağlar; bu da ömrü 10 kattan fazla uzatır. Potas işleme için titanyum ısıtıcılar belirleyen mühendisler, tuzlu suya maruz kalan tüm kaynaklı bağlantılar için zorunlu bir spesifikasyon olarak 2 saat boyunca 550 derecede kaynak sonrası gerilim gidermeyi zorunlu kılmalıdır. Bu ısıl işlem spesifikasyonu, potasyum tuzlu su ısıtıcı uygulamalarında baskın arıza modunu ortadan kaldırır.
