Ketika Elemen Pemanas Listrik Titanium Digunakan untuk Memanaskan Minuman Keras Acar Asam Campuran (Hidroklorik 8% + Hidrofluorik 2%) pada suhu 85 derajat, Mengapa Titanium Kelas 12 Diperlukan Terlepas dari Ketebalan Dinding?

Pengorbanan-yang mendasar dalam pemilihan kadar titanium untuk pengawetan asam campuran
Minuman keras acar bekas dari produksi baja tahan karat terdiri dari 8% asam klorida (HCl) dan 2% asam fluorida (HF) pada suhu 85 derajat. Dalam campuran ini, HF menyerang lapisan TiO 2 pasif dan membentuk titanium fluorida yang larut, sedangkan ion klorida agresif disediakan oleh HCl, sehingga titanium kelas 2 (murni komersial) terkorosi dengan cepat. 3-8 mm/tahun laju korosi untuk Kelas 2 dalam 8% HCl + 2% HF pada 85 derajat akan melubangi dinding 2,0 mm dalam 3-8 bulan. Molibdenum dan nikel dalam titanium kelas 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) menstabilkan lapisan pasif dalam kondisi asam reduksi dan pengkompleks. Laju korosi Kelas 12 dalam larutan yang sama adalah 0,05-0,15 mm per tahun, yaitu 50-100 kali lebih rendah dibandingkan Kelas 2. Penelitian ini menggambarkan tidak adanya ketebalan dinding Kelas 2 yang layak dengan umur yang dapat diterima dan kebutuhan untuk Kelas 12 terlepas dari ketebalan dinding.

Mekanisme Serangan HF: Dampak pada Integritas Mekanik
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Reaksi ini bukan reaksi difusi-terbatas tetapi merupakan reaksi kimia, dan laju korosi tidak bergantung pada film pasif tetapi hanya pada permukaan logam yang terbuka. Uji perendaman ASTM G31 menunjukkan bahwa titanium Kelas 2 memiliki laju korosi dalam 8% HCl + 2% HF pada 85 derajat 5 mm per tahun (khas). Kinetika linier berlaku. d=k * t. Untuk masa pakai 5 tahun, ketebalan dinding yang diperlukan adalah 25 mm-yang tidak dapat dilakukan untuk produksi tabung pemanas.

Titanium kelas 12 memiliki 0,3% molibdenum dan 0,8% nikel. Molibdenum meningkatkan ketahanan lapisan pasif dalam mereduksi asam dengan menghasilkan oksida molibdenum (MoO 2 , MoO 3 ) yang tidak rentan terhadap kompleksasi fluorida. Nikel meningkatkan rekombinasi hidrogen katodik, yang meminimalkan penyerapan hidrogen dan menghindari penggetasan hidrida. Untuk asam campuran yang sama laju korosi Grade 12 adalah 0,10 mm per tahun. Untuk umur 5 tahun, ketebalan dinding sebesar 1,0 mm (kelonggaran korosi 0,5 mm + 0.5 mm struktural) diperlukan dan dapat dicapai sepenuhnya.

Efek pada Kinerja Termal: Seragam di Seluruh Kelas
Konduktivitas Termal Tingkat 2 dan Tingkat 12 memiliki konduktivitas termal yang serupa (Kelas 2: 17 W/m·K; Tingkat 12: 14,5 W/m·K pada 85 derajat). Konduktivitas 15% yang lebih rendah pada Kelas 12 meningkatkan kehilangan suhu konduktif sekitar 0,3 derajat untuk dinding 1,5 mm, yang dapat diabaikan. Oleh karena itu, tidak ada penalti termal dalam peningkatan ke Kelas 12.

Pengorbanan-Sintesis: Diperlukan Kelas 12
Tingkat Tingkat Korosi (8% HCl + 2% HF, 85 derajat ) Diperlukan Dinding untuk Umur 5 Tahun Kelayakan Manufaktur Direkomendasikan?
Kelas 2 (Ti-CP) 5,0 mm/tahun 25 mm Tidak memungkinkan Tidak
Kelas 2 (Ti-CP) dengan faktor keamanan 3x5,0 mm/tahun 75 mm Tidak Mungkin
Grade 7 (Ti-0,15% Pd) 2,0 mm/tahun 10 mm Tidak Mungkin (tidak dapat menekuk dinding 10 mm) Tidak
Kelas 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/tahun 1,0 – 1,2 mm Ya Ya
Kelas 12 (lebih tebal untuk margin) 0,10 mm/tahun 1,5 mm Ya Ya (disarankan)
Bahkan kelas 7 (Ti-Pd) yang bagus terkorosi dalam HF-yang mengandung kombinasi dengan kecepatan 2,0 mm per tahun, karena paladium tidak tahan terhadap kompleksasi fluorida. Hanya paduan molibdenum-yang mengandung (Grade 12 atau lebih tinggi) yang memberikan ketahanan yang cukup.

Pasca-Perawatan Las dan Rekayasa Kondisi Permukaan Lebih dari Satu Tingkat
Permukaan harus bebas dari kontaminasi besi dan warna panas untuk mencapai ketahanan korosi terukur Kelas 12 dalam kombinasi asam HCl-HF. Lapisan teroksidasi dapat dihilangkan dan ketahanan korosi dipulihkan dengan pengawetan pasca las dalam 10 % HNO₃ + 2 % larutan HF (campuran asam yang sama) selama 5 hingga 10 menit. Kelas 12 memerlukan perhatian ekstra pada zona pengelasan, zona yang terkena dampak panas (HAZ) dapat sedikit mengurangi kandungan molibdenum yang disebabkan oleh segregasi. HAZ dipulihkan hingga ketahanan korosi penuhnya dan struktur mikro dihomogenisasi dengan pasca anil las pada 650 derajat selama 1 jam. Tanpa anil, HAZ dapat terkorosi 2–3 kali lebih cepat dibandingkan logam dasar, sehingga meninggalkan dinding berukuran 1,5 mm dengan umur efektif 3–4 tahun, bukan 15+.

Kesimpulan: Ketebalan Dinding yang Dibutuhkan untuk Kelas 12
Jika Anda memanaskan cairan acar bekas asam campuran (8% HCl + 2% HF) pada suhu 85 derajat dengan elemen pemanas listrik titanium, Anda harus menggunakan titanium Kelas 12, berapa pun ketebalan dinding yang Anda miliki. Baik Grade 2 maupun Grade 7 akan mengalami korosi dengan kecepatan 2 hingga 8 mm per tahun, sehingga ketebalan dinding praktis apa pun (di bawah 5 mm) tidak akan cocok untuk penggunaan jangka panjang. Kelas 12, 0,3% molibdenum, 0,8% nikel terkorosi pada 0,05–0,15 mm per tahun, oleh karena itu dinding normal 1,2–1,5 mm akan memiliki masa pakai 8–15 tahun. Spesifikasi yang direkomendasikan adalah untuk pipa titanium mulus Kelas 12, dengan ketebalan dinding 1,5 mm, dan pengawetan pasca las dan anil pasca las pada semua sambungan las. Berikan kepada produsen konsentrasi HF dan HCl spesifik untuk memeriksa laju korosi. Setelah grade yang sesuai dipilih (Grade 12), ketebalan dinding menjadi variabel sekunder. HF-mengandung asam tidak boleh terdaftar sebagai Kelas 2 tidak peduli seberapa tebal dindingnya.