Titaaniputki ei ole koskaan vain "putki". Samaa nimelliskokoa ja laatua voidaan toimittaa useissa metallurgisissa olomuodoissa, ja valtio määrää myötörajan, sitkeyden, hitsattavuuden ja korroosiokäyttäytymisen paljon enemmän kuin pelkkä kemia. Ostajat, jotka ilmoittavat vain ulkohalkaisijan ja seinämän paksuuden, saavat usein tuotteen, joka on mitoiltaan oikea, mutta metallurgisesti väärä. Alla kuvatut tilat kattavat suurimman osan lämmönvaihdin-, lauhdutin- ja prosessiputkistotilauksista.
Hehkutettu valtio
Täysin hehkutettu putki on oletusarvoinen toimitusehto kaupallisesti puhtaalle titaanille. Kylmätyöstöä putken pelkistyksen aikana seuraa hehkutus, joka kiteyttää rakenteen uudelleen, poistaa työkarkaisun ja palauttaa sitkeyden. Tuloksena on putki, jolla on kohtalainen lujuus, erinomainen muovattavuus ja ennakoitava käyttäytyminen hitsauksessa, minkä vuoksi hehkutettu materiaali hallitsee lauhduttimen ja lämmönvaihtimen palvelua lievästi syövyttävässä jäähdytysvedessä. Jännitys-kevennetty putki on kylmämuokatun ja täysin hehkutetun tilan välissä: riittävästi hehkutusta lieventämään jäännösjännitystä ja parantamaan mittojen vakautta, mutta ei tarpeeksi uudelleenkiteytyksen loppuun saattamiseksi, joten hyödyllinen osa kylmätyöstön lujuudesta säilyy.
Kylmätyöstötila
Kylmätyöstetty putki toimitetaan ilman täydellistä uudelleenkiteytyshehkutusta, ja siksi sillä on suurempi lujuus sitkeyden kustannuksella. Sitä käytetään, kun putken on kestettävä tietty paine tai tärinä ja missä taivutus- ja soihdutusvaatimukset ovat vaatimattomat. Haittapuolena on, että jäännösjännitys tekee putkesta herkemmän jännityskorroosiohalkeilulle tietyissä ympäristöissä, ja kaikki myöhemmät hitsaustoimenpiteet hehkuttavat osittain lämpövaikutteisen vyöhykkeen ja luovat lujuuden epäjatkuvuuden, joka on otettava huomioon suunnittelussa.
Supermuovi ja hieno{0}}rakeinen tila
Kun titaania käsitellään hienojakoiseksi, tyypillisesti muutaman mikrometrin suuruiseksi raerakenteeksi, hehkutettu materiaali kehittää superplastista käyttäytymistä: sitä voidaan venyttää useita satoja prosentteja korotetussa lämpötilassa ilman kaventumista tai murtumista. Titaaniputkelle tämä tila on arvokas kahdella tavalla. Se mahdollistaa monimutkaisten muovausoperaatioiden suorittamisen yhdessä vaiheessa suhteellisen alhaisella muovauspaineella, ja se antaa lujan, vaurioita-kestävän tuotteen, joka kestää halkeilua suuressa jännitysnopeudessa, mikä tekee siitä houkuttelevan lämmönvaihtomateriaalina vaativassa käytössä. Alfa-beeta-titaaniseosten, kuten Ti-6Al-4V, superplastinen muovaus suoritetaan normaalisti noin 870-950 asteen kulmassa hitailla venytysnopeuksilla.
Sadekarkaistu tila
Saostuskovettuminen, jota kutsutaan myös vanhenemiseksi, koskee titaaniseoksia, jotka reagoivat liuoskäsittelyyn, jota seuraa vanhentamiskäsittely. Putki liuoskäsitellään korkeassa lämpötilassa, sammutetaan ja vanhennetaan sitten alemmassa lämpötilassa niin, että hienoja sekundaarisia faaseja saostuu rakenteeseen. Vanhentuneella putkella on korkea lujuus ja kovuus huoneenlämmössä ja se säilyttää käyttökelpoisen lujuuden korotetussa lämpötilassa, minkä vuoksi saostuskarkaistu tuote valitaan lämmönvaihtimiin, jotka toimivat ankarissa korkean lämpötilan ja korkean paineen yhdistelmissä. Tyypilliset alfa-beeta- ja beeta-titaaniseosten ikääntymiskäsittelyt ovat noin 480–540 astetta, ja aika ja lämpötila valitaan tasapainottamaan lujuutta ja sitkeyttä.
Alfa-, alfa{0}}beta- ja betarakenteet
Titaaniputken tila liittyy läheisesti sen faasirakenteeseen. Alfa-lejeeringit, mukaan lukien kaupallisesti puhtaat laatulajit ja palladium-- tai molybdeeni-stabiloidut korroosiolaadut, ovat yksifaasisia, helposti hitsattavia ja kohtalaisen lujia. Alfa-beeta-lejeeringit, kuten Ti-6Al-4V, sisältävät molemmat faasit: ne tarjoavat keskilujuuden, hyvän plastisuuden ja hyvän hitsaussuorituskyvyn, ja niitä käytetään laajalti lämmönvaihtimissa keskilämpötilassa. Betaseokset voidaan vanhentaa erittäin lujiksi, mutta ne vaativat tiukempaa prosessinhallintaa ja ovat vähemmän yleisiä putkimuodossa yleisessä lämmönvaihtopalvelussa.
Valtion valinta tullille
Valinta alkaa palveluehdoista mieluummin kuin halutusta arvosanasta. Lämmönvaihdin kovassa korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa vaatii saostuskarkaistua tuotetta; muovattavuudesta, iskunkestävyydestä tai hitsattavuudesta riippuvainen sovellus vaatii hehkutettua tai superplastista materiaalia; putki, jonka täytyy kantaa suurta staattista kuormitusta ilman lämpövastuuta, voi oikeuttaa kylmätyöstön. Muut parametrit on sitten tarkistettava yhdessä tilan kanssa: materiaalin kemia ja laatu, putken mitat ja toleranssit, pinnan kunto, koepaine ja valmistuksessa käytettävä hitsausmenetelmä.
Käsittelyn vaikutus valtioon
Tila syntyy käsittelyreitillä, ei pelkästään ostotilauksen sanamuodolla. Kylmäpelkistyssuhde, hehkutuslämpötila ja -aika, jäähdytysnopeus, oikaisu ja lopullinen pintakäsittely muuttavat toimitettuja ominaisuuksia. Putkimyllyn vaihto, pelkistysjärjestyksen muutos tai hehkutusuunin kuormituksen muutos voi siirtää tuotteen pois alun perin hyväksytystä tilasta. Tästä syystä tilaspesifikaatio on aina sidottava viitattuun tuotestandardiin, yleisimmin ASTM B338 hitsatulle ja saumattomalle titaaniputkelle lauhduttimille ja lämmönvaihtimille tai ASTM B861 saumattomalle titaaniputkelle, sekä näiden standardien asettamat mekaaniset testivaatimukset.
Tyypilliset valtiot ja niiden sovellukset
| Osavaltio | Tyypillisiä ominaisuuksia | Tyypillinen sovellus |
|---|---|---|
| Hehkutettu | Hyvä sitkeys ja hitsattavuus, kohtalainen lujuus | Lauhduttimet ja lämmönvaihtimet, yleinen prosessiputki |
| Stressi helpottunut | Vähentynyt jäännösjännitys, osa kylmätyön lujuudesta säilyy | Mittastabiili putki, kohtalainen muotoilu |
| Kylmä työskennellyt | Suurempi lujuus, pienempi sitkeys, suurempi jäännösjännitys | Paine- ja tärinätehtävät rajoitetulla muovauksella |
| Superplastinen hienorakeinen | Erittäin suuri venymä korotetussa lämpötilassa, sitkeä | Monimutkainen muovaus, korkea jännitysnopeus lämmönvaihtovelvollisuus |
| Sade kovettunut | Korkea lujuus ja kovuus, hyödyllinen kuuma lujuus | Vaikeat korkean lämpötilan ja korkean paineen vaihtimet |
| Alfa{0}}beta-rakenne | Keskivahva tai suuri lujuus, hyvä plastisuus, hitsattava | Keskilämpötilaiset lämmönvaihtimet ja prosessiputki |
Vähimmäisvetolujuusvaatimukset vaihtelevat suuresti saman standardin mukaisten laatuluokkien välillä, noin 240 MPa:sta luokan 1 kaupallisesti puhtaalle materiaalille noin 895 MPa:iin luokan 5 titaaniseokselle, minkä vuoksi laatu ja tila on aina määritettävä yhdessä.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mitä titaaniputken "tila" itse asiassa kuvaa?
Se kuvaa viimeisten prosessointivaiheiden tuottamaa metallurgista tilaa, joka kattaa uudelleenkiteytyksen, jäännösjännityksen, faasirakenteen ja raekoon, sekä asettaa toimitetun lujuuden ja sitkeyden.
K: Mikä tila on paras merivesijäähdytteiselle lauhduttimelle?
Täysin hehkutetussa kaupallisesti puhtaassa putkessa tai hehkutetussa korroosionkestävässä-laadussa yhdistyvät putkien -putken-valmistukseen tarvittava hitsattavuus ja sitkeys sekä riittävä korroosiokyky.
K: Milloin saostuskarkaistu titaaniputki tulisi valita?
Kun vaihdin toimii ankarissa korkean lämpötilan ja korkean paineen olosuhteissa, joissa huoneenlämpötilan lujuus ja kovuuden säilyminen lämpötilassa ovat molemmat kriittisiä.
K: Miksi superplastinen titaaniputki on helpompi muodostaa?
Hieno, tasaakselinen raerakenne antaa hehkutetun materiaalin venyä useita satoja prosentteja korotetussa lämpötilassa ilman kaventumista, joten monimutkaisia muotoja voidaan muodostaa harvemmilla toimenpiteillä.
K: Parantaako kylmätyöstö titaaniputkea jokaisessa sovelluksessa?
Ei. Kylmätyöstetty putki on vahvempi, mutta vähemmän sitkeä ja alttiimpi jännityskorroosiohalkeilulle, ja hitsaus hehkuttaa osittain lämpövaikutteisen alueen.
K: Miksi sama laatu voi saapua eri ominaisuuksilla eri tehtailta?
Koska kylmäpelkistyssuhde, hehkutusjakso, jäähdytysnopeus ja oikaisu muodostavat lopullisen tilan, joten tila on sidottava viitattuun standardiin ja sen mekaanisiin testeihin.
