Warum weist Titan Grad 7 bei der Neutralisierung von Abfällen aus der Beizfabrik das Erhitzen von Natronlauge (10 %) auf 95 Grad auf?
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In der Beizfabrik wird saure Beizlauge (HCl und organische Säuren) mit Natronlauge (10 % NaOH) bei Temperaturen bis zu 95 Grad neutralisiert. Titan ist normalerweise beständig gegen ätzende Lösungen, jedoch wird handelsüblich reines Titan Grad 2 anfällig für ätzende Spannungsrisskorrosion (CSCC) über 80 Grad. Klasse 7 (Ti-0,15Pd) hat einen viel höheren spezifischen Widerstand. Dieser Artikel beschreibt die Mechanik der kaustischen Rissbildung und warum Palladium eine bessere Leistung erbringt.
Verfahren zum ätzenden Cracken
Titan ist in heißen konzentrierten Laugenlösungen anfällig für transkristalline Spannungsrisskorrosion. Der Mechanismus basiert auf der Bildung löslicher Titanatspezies an der Rissspitze unter Zugspannung: TiO₂ + 2OH⁻ → TiO₃²⁻ + H₂O. Der Passivfilm wird durch Hydroxylionen chemisch aufgelöst und der Riss breitet sich entlang der Gleitebenen aus.
Die kritische Temperatur für CSCC in Grad 2 in 10 %iger NaOH liegt bei etwa 80–85 Grad. Unterhalb dieser Temperatur findet keine Rissbildung statt. Bei Temperaturen über 85 Grad entstehen innerhalb von 100 bis 500 Stunden Risse in Bereichen mit Zugspannung (Schweißnähte, Biegungen, Rohrbodendehnungen). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt nach Beginn 0,1–1,0 mm pro Stunde.
Klasse 7 widersteht CSCC, weil Palladium das Korrosionspotential in edlere Potentiale verschiebt und so die treibende Kraft für die Titanatproduktion verringert. Palladium profitiert auch von der Bildung eines stabileren und hydroxidbeständigeren Passivfilms.
CSCC-Testvergleich 1
Spannungsrisskorrosionstest an U--Biegeproben (ASTM G30): Grad 2 und 7 in 10 % NaOH bei 95 Grad, gestreckt auf 300 MPa (ungefähre Ausbeute für Grad 2):
Grad 2: Risse treten innerhalb von 50–150 Stunden auf. Die Proben zeigen zahlreiche transgranulare Risse. Der vollständige Bruch erfolgt innerhalb von 200 bis 500 Stunden.
Note 7: Nach 1.000 Stunden sind keine Risse zu erkennen. Die Proben bleiben duktil und weisen keine Oberflächenrisse auf.
Die Schwellenspannung für CSCC in Grad 2 bei 95 Grad liegt bei etwa 100-150 MPa – deutlich unter den Eigenspannungen in Schweißnähten (150–250 MPa). Die 7. Klasse hat eine Nullschwelle. Es widersteht der Rissbildung auch bei Streckgrenze.
CSCC-Widerstand vs. Temperatur
Temperatur (Grad) CSCC-Widerstand der Klasse 2, CSCC-Widerstand der Klasse 7
80 Grad Keine Rissbildung (widersteht)Kristallisiert nach 500–1.000 Stunden. 85 Grad Widersteht 90 Grad Rissbildung, 200–500 Stunden95 Grad Rissbildung nach 50–150 Stunden Widersteht bis zu 120 Grad
100 Grad Rissbildung nach 20–50 Stunden. Leichte Rissbildung nach 1,{3}} Stunden
Anwendungsmatrix für ätzende Neutralisationsheizungen
Betriebsbedingung NaOH-Konzentration TemperaturEmpfohlene Sorte Voraussichtliche Lebensdauer (1,65 mm Wand)
Chargenneutralisation (intermittierend) 10 % 80 Grad Grad 2 5-8 Jahre
Kontinuierliche Neutralisierung 10 % 85 Grad Grad 7 10 + Jahre
Kontinuierliche Neutralisierung 10 % 95-Grad-Grad 7 10+ Jahre
Any service >90°C >10% >90-Grad-Klasse 7 erfordert 10+ Jahre
Any service with residual stress from welding Any >85 Grad Gr 7 10+ Jahre
Titan der Güteklasse 7 wird für die 10 %ige Natronlauge bei 95 Grad verwendet, die zur Neutralisierung von Abfällen in der Beizindustrie benötigt wird, da es eine bessere Beständigkeit gegen ätzende Risse aufweist. Klasse 2 versagt bei dieser Temperatur in 50-150 Stunden, unabhängig von der Wandstärke. Güteklasse 7 - 10+ Jahre zuverlässiger Dienst. Bitte wählen Sie bei der Bestellung Güteklasse 7 mit gebeizter Oberfläche und spannungsarmen Schweißnähten. Bei vorhandenen Systemen der Klasse 2, die über 85 Grad laufen, ersetzen Sie sie sofort durch Systeme der Klasse 7 oder senken Sie die Temperatur auf unter 80 Grad. Eine Erhöhung der Wandstärke oder eine Verringerung der Spannung verhindern keine Rissbildung – Klasse 2 wird trotzdem versagen. Die höheren Vorabkosten für Klasse 7 (30–40 % mehr als Klasse 2) werden durch die Beseitigung katastrophaler Crackfehler und unerwarteter Ausfallzeiten für Abfallneutralisierungssysteme ausgeglichen.
