**עבור אלמנט טבילה טיטניום המשמש לשמירה על 85 מעלות בתמיסת 25% מגנזיום כלוריד + 5% סידן כלורי לעיבוד אשלג, כיצד מתאם רמת המתח השיורי של פני השטח של הצינור (כמו-מרותך לעומת מתח-המוקל ב-550 מעלות למשך 2 שעות) בהתאמה{8} עם מתח קוררו-כלוריד{8} אזור מושפע-חום?**
תנורי טבילה טיטניום נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד אשלג שבו התמלחת מכילה 25% מגנזיום כלורי (MgCl₂) ו-5% סידן כלורי (CaCl₂) ב-85 מעלות. תמיסת הכלוריד המרוכזת מאוד היא קורוזיבית במידה, אך טיטניום דרגה 2 שומר בדרך כלל על סרט פסיבי יציב בתנאים אלה. עם זאת, מנגנון כשל ספציפי מתרחש במפרקים מרותכים בצינורות המחמם. האזור המושפע מהחום-(HAZ) מהריתוך מכיל מתחי מתיחה שיוריים מהתכווצות תרמית ומהמרות פאזה. בתמיסות כלוריד חמות, מתחים שיוריים אלה מתחברים עם יוני כלוריד כדי לייצר פיצוח קורוזיה (SCC). תדירות הפיצוח נמצאת בקורלציה ישירה עם גודל מתח המתיחה השיורי ב-HAZ. כמו-צינורות מרותכים שומרים על מתחים שיוריים משמעותיים (150-250 MPa) ונסדקים תוך 1000-2000 שעות. מתח הצינורות-המוקל ב-550 מעלות למשך שעתיים גורם למתח שיורי מופחת ל-30-60 MPa ומספק שירות חינם-לפרקים מעבר ל-8000 שעות. הבנת המתאם הזה מאפשרת למהנדסים לציין טיפול חום מתאים לאחר-ריתוך לשירות אמין בתמלחות כלוריד.
**מנגנון של כלוריד-SCC המושרה בטיטניום HAZ**
SCC המושרה על ידי כלוריד- בטיטניום מתרחשת באמצעות מנגנון קריעת סרט-. סרט ה-TiO₂ הפסיבי נשבר באופן מקומי ב-HAZ שבו מתח המתיחה השיורי הוא הגבוה ביותר. במשטח המתכת החשוף, יוני כלוריד סופחים ומעודדים פירוק אנודי לאורך גבולות התבואה. ריכוז הלחץ בקצה הסדק מאיץ את הפירוק, בעוד שהרפסיבציה מעוכבת על ידי ריכוז הכלוריד הגבוה. ל-HAZ של טיטניום מרותך יש מבנה מיקרו שעבר טרנספורמציה עם גרגרי אלפא גסים ובהתאם לקצב הקירור, שלב בטא אפשרי או מרטנזיט. מבנה מיקרו זה רגיש יותר ל-SCC מאשר למתכת האם מכיוון שיש לו מתחים פנימיים גבוהים יותר ושטח גבול גרגר גדול יותר. מתח הסף להתחלת SCC בטיטניום דרגה 2 בתמיסות MgCl₂ חמות הוא כ-80-100 MPa. מתחת לסף זה, לא מתרחש SCC ללא קשר לזמן החשיפה. מכיוון שצינורות מרותכים- חורגים מהסף הזה, בעוד שצינורות מוקלים- יורדים מתחתיו.
**מתאם כמותי בין מתח שאורי לתדירות SCC**
בדיקות מבוקרות באמצעות צינורות טיטניום דרגה 2 (12 מ"מ OD, 1.2 מ"מ דופן) עם ריתוך TIG אוטוגני (חדירה מלאה, ללא מילוי) טבולות ב-25% MgCl2, 5% CaCl2 ב-85 מעלות עם טיפולי חום ריתוך משתנים לאחר-מדווחות על התנהגות SCC0 השעות הבאות לאחר 5000 שעות:
| פוסט-טיפול ריתוך|מתח שיורי ב-HAZ (MPa)|זמן לסדק ראשון (שעות)|צפיפות סדקים (סדקים לס"מ ריתוך)|עומק סדק מרבי לאחר 5000 שעות (מ"מ)|הפחתת תדרים של SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| כפי-מרותך (ללא טיפול)|180 – 240|400 – 600|8 – 15|0.45 – 0.65|קו בסיס |
| הפגת מתח בטמפרטורה-נמוכה (300 מעלות, שעתיים)|130 – 170|700 – 1,100|4 – 8|0.30 – 0.45|40 – 50% |
| הפגת מתחים סטנדרטית (480 מעלות, שעתיים)|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% |
הנתונים מדגימים אפקט סף ברור. כמו-צינורות מרותכים עם מתחים שיוריים מעל 180 MPa נסדקים תוך 600 שעות. הפגת מתחים ב-550 מעלות למשך שעתיים מפחיתה את הלחץ השיורי ל-30-60 MPa, מתחת לסף 80-100 MPa, ומבטלת SCC למשך 8000 שעות לפחות.
**מדוע 550 מעלות היא הטמפרטורה האופטימלית לשחרור מתח**
הפגת מתחים של טיטניום דורשת טמפרטורות מעל סף התגבשות מחדש עבור האזורים המעוותים אך מתחת לטרנסוס בטא (כ-880-900 מעלות עבור טיטניום דרגה 2). ב-550 מעלות, תהליך ההתאוששות מפחית מתח שיורי באמצעות השמדת נקע ללא התגבשות מחדש. זמן ההחזקה של 2 שעות מבטיח הפחתת מתח אחידה בכל ה-HAZ. טמפרטורות נמוכות יותר (480 מעלות) מספקות הפגת מתח חלקית אך משאירות מתחים שיוריים ב-70-100 MPa, שזה קרוב לסף SCC. טמפרטורות גבוהות יותר (650 מעלות) מספקות הקלה מלאה יותר של מתח, אך יכולות לגרום לצמיחת גרגרים ולהפחית חוזק מכני. הטיפול ב-550 מעלות, בן שעתיים, מספק את האיזון הטוב ביותר של הפגת מתחים מבלי להתפשר על חוזק או משיכות.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: הפחתת מתחים למחממי אשלג**
| מצב תפעול|ריכוז כלוריד|טמפרטורה|לאחר-נדרש טיפול ריתוך|צפוי SCC-חיים חופשיים (שעות)|הצדקה הנדסית |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8,000|מבטל SCC על ידי הפחתת מתח מתחת לסף |
| פעולה לסירוגין (<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 |
| טמפרטורה נמוכה יותר (70 מעלות, פחות אגרסיבית)|25% MgCl₂ + 5% CaCl₂|70 מעלות|הפגת מתחים ב-480 מעלות, שעתיים|4,000 – 6,000|טמפרטורה נמוכה יותר מעלה את סף SCC |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8,000|טיפול משולב לאמינות מירבית |
| לא אפשרי לאחר-טיפול בחום לריתוך|כל|כל|כפי-מרותך (קבל סיכון פיצוח)|500 – 1,000|מקובל רק לשירות זמני |
**שיקולים מעשיים עבור טיפול בחום לאחר-ריתוך**
הפגת מתחים של סלילי חימום טיטניום דורשת בקרת כבשן זהירה. יש לבצע את הטיפול של 550 מעלות בכבשן אוויר כשהסליל נתמך למניעת צניחה. יש להגביל את קצב החימום ל-100 מעלות/שעה כדי למזער שיפועים תרמיים. ההחזקה של 2-שעות ב-550 מעלות מלווה בקירור אוויר (לא מרווה). עבור סלילים עם ריתוכים מרובים, כל המכלול צריך להיות מוריד מתח לאחר השלמת כל הריתוך. טיפול החום מוסיף כ-10-15% לעלות הייצור, אך מאריך את חיי השירות מפחות מ-1000 שעות ליותר מ-8000 שעות - הצדקה כלכלית משכנעת לפעולות אשלג מתמשכות.
**מַסְקָנָה**
עבור יסודות טבילה טיטניום ב-25% מגנזיום כלוריד, 5% סידן כלורי אשלג תמלחות ב-85 מעלות, רמת הלחץ השיורית HAZ של הצינור מתאם ישירות עם תדירות SCC המושרה על ידי כלוריד. כמו-צינורות מרותכים עם מתחים שיוריים של 180-240 MPa נסדקים תוך 400-600 שעות. הפגת מתחים ב-550 מעלות למשך שעתיים מפחיתה את המתח השיורי ל-30-60 MPa, מתחת לסף SCC של 80-100 MPa, ומספקת שירות{17}}ללא תשלום של סדק מעבר ל-8000 שעות - הארכת חיים של יותר מ-10×. מהנדסים המציינים מחממי טיטניום לעיבוד אשלג צריכים לדרוש הפגת מתח ריתוך לאחר-ב-550 מעלות למשך שעתיים כמפרט חובה עבור כל החיבורים המרותכים שנחשפו למלח. מפרט טיפול בחום זה מבטל את מצב הכשל הדומיננטי ביישומי מחממי מלח אשלג.
