1. ASTM B348 Gr11 โดยพื้นฐานแล้วคือไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ที่มีการเติมแพลเลเดียม (Pd) เล็กน้อย กลไกทางเคมีไฟฟ้าพื้นฐานที่ใช้แพลเลเดียมเพียง 0.15% เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการไม่-ออกซิไดซ์หรือกรดรีดิวซ์ในกรณีที่ไทเทเนียม CP มาตรฐานล้มเหลว
กลไกพื้นฐานคือการดัดแปลงแบบแคโทด หรือที่เรียกว่าขั้วบวกขั้วบวก การเติม Pd เล็กน้อยนี้จะเปลี่ยนพฤติกรรมเคมีไฟฟ้าของวัสดุในสภาพแวดล้อมที่ฟิล์มเฉื่อย TiO₂ ที่ป้องกันไม่เสถียร
ปัญหาเกี่ยวกับ CP Ti มาตรฐานในการลดกรด: ในกรดที่ไม่-ออกซิไดซ์ (เช่น HCl, H₂SO₄) ศักยภาพของไทเทเนียมจะลดลงในบริเวณที่ "แอคทีฟ" ซึ่งฟิล์มแฝงจะละลาย และโลหะจะกัดกร่อนอย่างสม่ำเสมอในอัตราที่สูง มีพลังงานออกซิไดซ์ไม่เพียงพอที่จะรักษาชั้นพาสซีฟไว้
โซลูชันแพลเลเดียม:
การตกตะกอนมีตระกูล: แพลเลเดียมซึ่งเป็นโลหะที่มีตระกูลสูงไม่ละลายสม่ำเสมอ มันมีแนวโน้มที่จะตกตะกอนเป็นอนุภาคละเอียดที่แยกจากกันของเฟสระหว่างโลหะ Ti-Pd (เช่น Ti₄Pd) ภายในโครงสร้างจุลภาค
ไซต์แคโทด: อนุภาคอุดมด้วย Pd- เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นไซต์แคโทดิกที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งกระจายไปทั่วขั้วบวกไทเทเนียม
การเปลี่ยนโพลาไรเซชัน: ในสถานะการกัดกร่อนที่ใช้งานอยู่ ปฏิกิริยาแคโทด (วิวัฒนาการของไฮโดรเจน) จะถูกเร่งบนไซต์ Pd เหล่านี้ กิจกรรมแคโทดิกเฉพาะที่ที่รุนแรงนี้ขับเคลื่อนศักย์ไฟฟ้าเคมีของพื้นผิวไทเทเนียมทั้งหมดไปในทิศทางที่สูงส่ง (บวก)
การเกิดฟิล์ม: การเปลี่ยนแปลงนี้จะทำให้ขั้วบวกของไทเทเนียมกลายเป็นบริเวณที่มีศักยภาพ "แฝง" ที่เสถียร ซึ่งฟิล์มป้องกัน TiO₂ สามารถสร้างและรักษาไว้ได้ แม้ว่าจะไม่มีตัวออกซิไดเซอร์อื่นๆ ก็ตาม
โดยพื้นฐานแล้ว อนุภาคแพลเลเดียมทำหน้าที่เป็น-ตัวเร่งปฏิกิริยาระดับจุลภาคในตัวที่บังคับให้ไททาเนียมแยกตัวออกไป กลไกนี้สามารถลดอัตราการกัดกร่อนในกรดไฮโดรคลอริกร้อนได้หลายขนาดเมื่อเทียบกับไทเทเนียม CP มาตรฐาน
2. สำหรับโรงงานเคมีที่ออกแบบเพลากวนเครื่องปฏิกรณ์ที่จัดการกับคลอไรด์ที่ร้อนและไม่ออกซิไดซ์- เหตุใดจึงต้องกำหนดแท่งกลมเกรด 11 ไว้เหนือเกรด 2 ที่ใช้กันทั่วไปและราคาถูกกว่า ทั้งๆ ที่ทั้งสองมีความแข็งแรงเชิงกลใกล้เคียงกัน
การตัดสินใจครั้งนี้ถือเป็นกรณีคลาสสิกของการจ่ายเบี้ยประกันภัยเพื่อความน่าเชื่อถือและการลดความเสี่ยงในการใช้งานที่สำคัญ
สภาพแวดล้อมในการให้บริการ: เพลากวนเครื่องปฏิกรณ์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญด้านความปลอดภัย- ความล้มเหลวจะนำไปสู่การปิดโรงงานอย่างเต็มรูปแบบ การสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่อาจเกิดขึ้น และสภาวะที่เป็นอันตราย สภาพแวดล้อมของ "คลอไรด์ที่ร้อนและไม่ออกซิไดซ์" นั้นเป็นบริเวณที่เกรด 2 มาตรฐานมีความเสี่ยงมากที่สุด ร่องรอยของสารรีดิวซ์ ค่า pH ต่ำ หรืออุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถทำลายฟิล์มพาสซีฟของมันได้ ทำให้เกิดการกัดกร่อนสม่ำเสมอสูงอย่างไม่คาดคิดและอาจก่อให้เกิดหายนะ
ข้อได้เปรียบเกรด 11: ความคลาดเคลื่อนต่อกระบวนการ
เหตุผลหลักสำหรับเกรด 11 คือความแข็งแกร่งในการประมวลผลความปั่นป่วนและความแปรผันทางเคมีเล็กน้อย
เพลาเกรด 2 อาจทำงานได้เพียงพอหากสภาวะของกระบวนการได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์และออกซิไดซ์อยู่เสมอ
อย่างไรก็ตาม หากวัตถุดิบเปลี่ยนแปลง ปั๊มไม่สามารถป้อนออกซิเจน-ของไหลที่ขาดออกซิเจน หรืออุณหภูมิสูงขึ้นโดยไม่ตั้งใจ เพลาเกรด 2 อาจประสบกับอัตราการกัดกร่อนที่รวดเร็วและรุนแรง
ก้านเกรด 11 ที่มีการดัดแปลงแบบแคโทดิก จะคงค่าความเฉื่อยไว้ตลอดช่วงศักยภาพที่กว้างกว่ามาก สามารถทนต่อกระบวนการพลิกผันเหล่านี้ได้โดยไม่เพิ่มอัตราการกัดกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งให้ความปลอดภัยที่สำคัญ
ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้นของเหล็กเส้นกลมเกรด 11 คือกรมธรรม์ประกันภัยสำหรับต้นทุนมหาศาลของการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน การปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ และการเปลี่ยนส่วนประกอบที่สำคัญ{1}}}ยากต่อ-ในการเข้าถึง
3. การเชื่อมเหล็กเส้นกลมเกรด 11 ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษในการเลือกโลหะตัวเติม เหตุใดจึงถือเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานในการใช้โลหะเติมที่ "เกิน-ตรงกัน" ในส่วนประกอบของแพลเลเดียม เช่น ลวดเกรด 7 (Ti-0.2Pd) และแนวทางปฏิบัตินี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อป้องกันข้อบกพร่องในการเชื่อมแบบใดโดยเฉพาะ
แนวทางปฏิบัตินี้ใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนเฉพาะที่ในรูปแบบเฉพาะและเป็นอันตราย: การกัดกร่อนที่ต้องการจากการเชื่อม
ความเสี่ยง: การกัดกร่อนของกัลวานิกใน HAZ: ในระหว่างการเชื่อม ความร้อนจัดของกระบวนการอาจทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การอพยพของแพลเลเดียม" ในโลหะฐานที่อยู่ติดกับแนวเชื่อม หรือที่เรียกว่าโซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน (HAZ) แพลเลเดียมสามารถแพร่กระจายออกไปจากขอบเขตของเกรนใน HAZ ทำให้พื้นที่เหล่านี้หมดลงใน Pd
เซลล์กัลวานิกขนาดจิ๋วที่เป็นผลลัพธ์: สิ่งนี้จะสร้างคู่กัลวานิกที่ละเอียดอ่อนแต่มีความสำคัญ:
แอโนด: Pd-หมดสิ้น HAZ (มีเกียรติน้อยกว่า มีความกระฉับกระเฉงมากกว่า)
แคโทด: โลหะฐานอุดมด้วย Pd- และโลหะเชื่อม (มีเกียรติมากกว่า)
ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เซลล์นี้สามารถทำให้เกิดการโจมตีแบบเฉพาะจุดและเร่งความเร็วในโซน Pd{0}} ที่แคบลง ซึ่งจะช่วย "เซาะร่อง" รอยเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ นี่เป็นโหมดความล้มเหลวขั้นรุนแรงเนื่องจากจะลดความแรงของหน้าตัด-ลงอย่างมาก
วิธีแก้ปัญหา: โลหะตัวเติมที่ตรงกัน-มากเกินไป: การใช้ลวดตัวเติมเกรด 7 (Ti-0.2Pd) ตัวโลหะเชื่อมเองจะมีปริมาณ Pd ที่สูงกว่าโลหะฐานเกรด 11 (0.15Pd) เพื่อให้แน่ใจว่าโลหะเชื่อมยังคงเป็นบริเวณที่เป็นแคโทด (สูงส่ง) ที่สุดของข้อต่อ โดยจะป้องกันไม่ให้ HAZ กลายเป็นขั้วบวกในกัลวานิกคู่ ซึ่งจะช่วยขจัดแรงผลักดันสำหรับการโจมตีพิเศษ ข้อต่อทั้งหมดจะสึกกร่อนในอัตราที่เท่ากันและต่ำมาก โดยคงความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้
4. ในการวิเคราะห์-ต้นทุนวงจรชีวิตสำหรับโรงแยกน้ำทะเลขนาดใหญ่- ท่อในส่วนกันความร้อนถือเป็นค่าใช้จ่ายหลัก ภายใต้สภาวะการทำงานเฉพาะใด การเลือกแผ่นท่อเกรด 11 (กลึงจากแท่งกลมขนาดใหญ่) มากกว่าเกรด 2 จะมีความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจ
เหตุผลสำหรับเกรด 11 ในการสมัครนี้ขึ้นอยู่กับการกัดกร่อนของรอยแยกใต้สิ่งสะสมและตะกรันที่เกิดขึ้นในน้ำทะเลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
The Crevice Corrosion Mechanism in Seawater: While titanium is generally immune to pitting in free-flowing seawater, it can be susceptible to crevice corrosion in tight, shielded areas (under gaskets, deposits, or biological growth) in hot (>70-80 องศา ) น้ำทะเลนิ่ง ภายในรอยแยก สภาพแวดล้อมจะถูกกำจัดออกซิเจนและเป็นกรด (ค่า pH ลดลง) ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ลดลงซึ่งสามารถสลายฟิล์มพาสซีฟบนไทเทเนียม CP มาตรฐานได้
สภาพการใช้งานที่สมเหตุสมผลเกรด 11:
อุณหภูมิในการทำงานสูง: ส่วนการปฏิเสธความร้อนมักจะทำงานที่จุดที่ร้อนที่สุดในโรงงาน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จลนพลศาสตร์ของการกัดกร่อนตามรอยแยกจะเร่งความเร็วขึ้นอย่างมาก
สภาพการไหลนิ่งหรือต่ำ-: ในระหว่างการปิดโรงงาน การบำรุงรักษา หรือในพื้นที่ที่มีการชะล้างไม่ดี น้ำทะเลอาจนิ่ง ทำให้เกิดสภาวะรอยแยกได้เต็มที่
คลอรีนสูง: เพื่อควบคุมการเกิดคราบจุลินทรีย์ พืชคลอรีนในน้ำทะเล ในขณะที่ออกซิไดซ์ คลอรีนสามารถเพิ่มศักยภาพในการกัดกร่อน ซึ่งจริงๆ แล้วสามารถเพิ่มแนวโน้มในการกัดกร่อนตามรอยแยกในเกรดมาตรฐานได้
เหตุผลทางเศรษฐกิจ: ปริมาณแพลเลเดียมของเกรด 11 ให้ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยกได้ดีกว่าในสภาวะที่แน่นอนเหล่านี้ กลไกการปรับเปลี่ยนแคโทดิกช่วยให้แน่ใจว่าฟิล์มพาสซีฟยังคงความเสถียรแม้อยู่ภายในรอยแยกที่เป็นกรดและออกซิเจน-หมดลง การระบุเกรด 11 สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญและไม่สามารถเปลี่ยนได้- เช่น แผ่นท่อ-ซึ่งมีหลอดหลายพันหลอด- ช่วยป้องกันจุดล้มเหลวจุดเดียวที่อาจนำไปสู่การ-ปิดโรงงานทั้งโรงงานและโครงการต่อท่อใหม่มูลค่าหลาย- ล้านดอลลาร์ ต้นทุนของการหยุดทำงานที่ไม่ได้กำหนดไว้นั้นมีมากกว่าค่าพรีเมียมสำหรับวัสดุเกรด 11 มาก
5. เมื่อตัดเฉือนส่วนประกอบจากแท่งกลมเกรด 11 ลักษณะการทำงานของมันจะคล้ายกับไทเทเนียม CP มาตรฐานมาก อย่างไรก็ตาม เราต้องพิจารณาสภาพพื้นผิวหลังการตัดเฉือน-ด้วย เหตุใดพื้นผิวเครื่องจักรที่ "สะอาด" ปราศจากรอยเปื้อนหรือชั้นแข็ง-จึงมีความสำคัญสำหรับเกรด 11 มากกว่าเกรด 2 ที่จะตระหนักถึงประสิทธิภาพการกัดกร่อนทั้งหมด
ข้อกำหนดสำหรับพื้นผิวที่สะอาดและเป็นโลหะเป็นสิ่งสำคัญยิ่งสำหรับเกรด 11 เนื่องจากชั้นที่ทาหรือ-ชุบแข็งแล้วสามารถปกปิดอนุภาคแพลเลเดียม-ที่อุดมไปด้วย และสร้างคู่กัลวานิกในระดับไมโคร-
ปัญหาเกี่ยวกับการมีรอยเปื้อน: การตัดเฉือนที่รุนแรงหรือไม่เหมาะสมอาจทำให้เมทริกซ์ไทเทเนียมที่มีความเหนียวเปลี่ยนรูปทางพลาสติกและ "เปื้อน" เหนือพื้นผิวได้ สิ่งนี้สามารถฝังอนุภาคแพลเลเดียมที่สำคัญและกระจัดกระจายอย่างประณีตไว้ใต้ชั้นของไทเทเนียมงานเย็น-Pd{1}}ที่หมดสิ้นลง
ความเสี่ยงจากกระแสไฟฟ้าระดับไมโคร-: ในการใช้งาน ชั้นที่ทาป้ายนี้จะกลายเป็นจุดแรกที่สัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เนื่องจาก Pd หมดลงแล้ว จึงมีสมบัติทางเคมีไฟฟ้าน้อยกว่าวัสดุที่มีปริมาณ Pd{2}} อยู่มาก ซึ่งจะสร้างเซลล์กัลวานิกขนาดเล็ก-โดยที่พื้นผิวที่ทาป้ายจะกลายเป็นขั้วบวกเฉพาะที่ และวัสดุจำนวนมากจะกลายเป็นแคโทดเฉพาะที่ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การโจมตีพิเศษของชั้นที่ทาป้าย ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือสม่ำเสมอซึ่งจะไม่เกิดขึ้นบนพื้นผิวที่เตรียมไว้อย่างเหมาะสม
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับเกรด 11:
เครื่องมือที่คมและมุมคายเชิงบวก: เพื่อการตัดวัสดุอย่างหมดจดแทนที่จะฉีกและทา
อัตราน้ำหล่อเย็นและอัตราป้อนที่เพียงพอ: เพื่อป้องกันไม่ให้งานแข็งตัวมากเกินไปและการสะสมความร้อน
การกัดด้วยเครื่องจักรหลัง-: สำหรับการใช้งานที่สำคัญที่สุด จะใช้การกัดด้วยสารเคมีเล็กน้อย (เช่น ด้วยกรดไนตริก-กรดไฮโดรฟลูออริก) เพื่อละลายงาน-ชั้นแข็งตัว และเผยให้เห็นโครงสร้างจุลภาคของ Pd{5}} ที่เสถียร ซึ่งจะทำให้แน่ใจได้ว่าพื้นผิวที่ทนทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะทาง-จะทำงานได้อย่างเต็มที่ และแสดงสถานะเคมีไฟฟ้าที่เป็นเนื้อเดียวกันต่อสิ่งแวดล้อม
