التحكم في محتوى الهيدروجين، أساسيات عملية المعالجة الحرارية لتجهيزات أنابيب التيتانيوم

الهيدروجين هو الشوائب الضارة الأساسية التي تحد من موثوقية الخدمةتجهيزات أنابيب التيتانيوم. يؤدي امتصاص الهيدروجين المفرط إلى تكوين هيدريد التيتانيوم الهش بسهولة، مما يؤدي إلى تكسير تقصف الهيدروجين. المعالجة الحرارية هي العملية الأساسية لتنظيم البنية المعدنية للأنابيب، وإزالة الهيدروجين الزائد، وموازنة الخواص الميكانيكية.

 

 

1. الأضرار الناجمة عن الإفراط في الهيدروجين

يمتص التيتانيوم الهيدروجين بسهولة عند درجات حرارة أعلى من 300 درجة. يترسب الهيدروجين المفرط على شكل هيدريد التيتانيوم الهش، الذي يتوسع في الحجم ويولد إجهادًا داخليًا، مما يؤدي إلى حدوث شقوق صغيرة على الجدار الداخلي واللحامات ومناطق الإجهاد، ويتسبب في النهاية في كسر التقصف الهيدروجيني.

 

حدود التحكم في محتوى الهيدروجين: التيتانيوم الصناعي/Gr5: أقل من أو يساوي 0.015% بالوزن؛ تجهيزات أنابيب الفضاء الجوي: أقل من أو يساوي 0.010٪ بالوزن؛ طاقة الهيدروجين وأنابيب التيتانيوم-في أعماق البحار: أقل من أو يساوي 0.008% بالوزن.

 

2. التحكم في مصدر امتصاص الهيدروجين في العملية برمتها

• مراقبة المواد الخام: استخدام قوالب صهر القوس القابلة للاستهلاك بالفراغ،-وإعادة فحص محتوى الهيدروجين للمواد الواردة، والتحكم الصارم في بقع الماء وبقع الزيت والصدأ على المواد الخام لمنع الهيدروجين الأولي من المصدر.
• الحماية أثناء التشكيل والتجهيز

التخليل: قم بالتبديل إلى تركيبة حمض النيتريك-التي تحتوي على نسبة منخفضة من حمض الهيدروفلوريك، وتقصير وقت النقع، ثم غسلها وتجفيفها بالكامل بعد التخليل لمنع الحمض المتبقي-من تخلل الهيدروجين.

اللف والسحب على البارد: استخدم زيت تشحيم خاليًا من الهيدروجين، وتحكم بشكل صارم في الصدمات والخدوش أثناء المعالجة لتجنب إتلاف الطبقة الواقية من التيتانيوم وامتصاص الهيدروجين لاحقًا.

• التحكم في الرطوبة أثناء المعالجة الحرارية: تجفيف جسم الفرن والتأكد من إحكامه؛ يجب أن يكون محتوى بخار الماء والأكسجين في فرن الأرجون أقل من أو يساوي 10 جزء في المليون. قم بإزالة الشحوم من قطع العمل باستخدام الأسيتون والإيثانول اللامائي، وحظر استخدام الهيدروكربونات المهلجنة والميثانول لتجنب تطور الهيدروجين عند التسخين.

 

3. التدابير العلاجية للهيدروجين الزائد

• -تم اعتماد عملية نزع الهيدروجين بالتليين بدرجة حرارة عالية لأنابيب التيتانيوم ذات الهيدروجين الزائد: تحت فراغ<0.066 Pa, hold at 540–760°C for 2–4 hours followed by furnace slow cooling.
• تعمل درجة الحرارة المرتفعة على تعزيز انتشار الهيدروجين والترسيب لتلبية المعايير، وهي طريقة إعادة صياغة شائعة لأنابيب التيتانيوم الفضائية.

 

 

1. التيتانيوم النقي تجاريًا Gr1 وGr2

• الصلب تخفيف الإجهاد: احتفظ بدرجة حرارة 520-580 درجة لمدة 60-120 دقيقة، يليها التبريد البطيء بالفراغ/الأرجون. إنه يزيل إجهاد المعالجة المتبقي، ويتجنب التآكل الإجهادي-التكسير الناجم عن امتصاص الهيدروجين، ويحافظ على القوة والدقة، ويستخدم في أنابيب إمدادات المواد الكيميائية والمياه والصرف الصحي.
• التلدين الكامل: يُترك على درجة حرارة 650-720 درجة لمدة 90-180 دقيقة، ثم يُبرد بالفرن. فهو يزيل تصلب العمل، وينقي الحبوب متساوية المحاور، ويحسن اللدونة، ويسهل ثني الأنابيب وإشعالها، ويزيل بالمناسبة بقايا الهيدروجين الممتص.

 

2. سبائك التيتانيوم Gr5

• الصلب الكامل التقليدي: يتم الاحتفاظ به عند درجة حرارة 800-850 لمدة 1-2 ساعة متبوعًا بتبريد الهواء للحصول على بنية مجهرية متساوية + دقيقة ذات قوة وصلابة متوازنة ومقاومة التقصف الهيدروجيني، وتستخدم في الغالب لخطوط أنابيب النفط والغاز والتبادل الحراري.
• علاج الحل والشيخوخة: معالجة المحلول عند درجة 920-950 ثم التبريد بالماء ثم التعتيق عند 480-530 درجة لمدة 3-5 ساعات بقوة تزيد عن 900 ميجا باسكال. يحقق العلاج بفرن الفراغ تقوية متزامنة والتحكم في الهيدروجين / إزالة الهيدروجين.
• الصلب المزدوج: تبريد الهواء عند 920 درجة + التبريد البطيء عند 700 درجة، مما يمنع تكوين الهيدريد ومناسب لتركيبات الأنابيب ذات الضغط العالي -في البحار العميقة وطاقة الهيدروجين-.

 

3. منع الأكسدة وامتصاص الهيدروجين أثناء المعالجة الحرارية

• إعطاء الأولوية للمعالجة الحرارية فراغ فوق 540 درجة؛ تُستخدم أفران الهواء العادية فقط للأنابيب ذات الأطراف المنخفضة-، ويجب إزالة طبقة الأكسيد عن طريق المعالجة الآلية بعد ذلك.
• لا يجوز خلط الفولاذ الكربوني في الفرن لتجنب التآكل الجلفاني وتقصف امتصاص الهيدروجين لمواد التيتانيوم الناتجة عن شوائب الحديد.

 

 

1. الخواص الميكانيكية

• تبلغ قوة الشد للتيتانيوم النقي 350-500 ميجا باسكال، وقوة الشد لـ Gr5 الملدنة هي 830-900 ميجا باسكال، مع كثافة 60٪ فقط من الفولاذ، مما يتيح إنشاء أنابيب خفيفة الوزن. يتمتع Aged Gr5 بقوة تتجاوز 1000 ميجا باسكال، وهو مناسب لخطوط أنابيب الضغط العالي -الفضائية.
• أنابيب التيتانيوم ذات محتوى الهيدروجين المؤهل والتليين القياسي لها معدل استطالة أكبر من أو يساوي 15%، مما يسهل الثني البارد؛ يوفر الهيكل -الحبيبات الدقيقة مقاومة للتعب، وهو مناسب للمبادلات الحرارية. سيؤدي الهيدروجين الزائد إلى تقليل اللدونة بشكل كبير ويسبب تشققًا سهلاً أثناء ثني الأنابيب.

 

2. مقاومة التآكل والهيدروجين

• الطبقة السلبية TiO₂ السطحية مقاومة للتآكل بالأحماض والقلويات ومياه البحر، مع عمر خدمة يتراوح بين 5 إلى 10 أضعاف عمر الفولاذ الكربوني. يمكن للفيلم السلبي السليم أن يمنع تغلغل الهيدروجين.
• محتوى الهيدروجين أقل من أو يساوي 0.015% يمكن أن يتجنب درجة الحرارة العادية والضغط المتوسط ​​-تقصف الهيدروجين المنخفض؛ يكون الهيدروجين المفرط عرضة للتراكم وتكوين الهيدريدات تحت ضغط التآكل، مما يؤدي إلى كسر هش مفاجئ. تتطلب خطوط أنابيب-الضغط العالي في أعماق البحار-وخطوط أنابيب الطاقة الهيدروجينية تحكمًا صارمًا في محتوى الهيدروجين.

 

3. الخصائص الفيزيائية

غير مغناطيسي، ومعامل تمدد حراري منخفض، وبنية مجهرية مستقرة عند درجة حرارة عالية تبلغ 350 درجة، ومتانة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة-، ومناسب لخطوط الأنابيب الخاصة المبردة.

 

 

لمزيد من التفاصيل حول أنابيب التيتانيوم، أرسل لنا رسالة على البريد الإلكتروني:Sam.Rui@bjrh-titanium.com