I tubi riscaldanti in titanio sono rinomati per la loro eccellente resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti con acqua di mare e cloruro. Tuttavia, l’infragilimento da idrogeno è un rischio di guasto nascosto che viene facilmente trascurato. In specifiche condizioni di lavoro, il titanio può assorbire una grande quantità di idrogeno, formando fragili fasi di idruro di titanio all'interno del materiale, che portano a un forte calo della plasticità e della tenacità e persino a un'improvvisa frattura fragile. Comprendere il meccanismo dell’infragilimento da idrogeno e padroneggiare le strategie scientifiche di prevenzione sono essenziali per l’uso sicuro dei tubi riscaldanti in titanio.
Il meccanismo dell’infragilimento da idrogeno del titanio è strettamente correlato alla forte affinità tra titanio e idrogeno. Il titanio ha una capacità di assorbimento dell'idrogeno molto elevata. Quando gli atomi di idrogeno entrano nella matrice di titanio, si combinano con il titanio per formare precipitati di idruro di titanio (TiH₂). Queste fasi di idruro sono fragili e dure, distribuite ai bordi dei grani o all'interno dei grani, distruggendo la continuità della matrice metallica. Quando il contenuto di idrogeno supera il valore critico, il materiale cambierà da frattura duttile a frattura fragile sotto stress e il processo di frattura è improvviso senza evidente deformazione plastica, il che è altamente pericoloso.
Esistono tre scenari principali in cui si verifica l’infragilimento da idrogeno nei tubi riscaldanti in titanio. Il primo è il decapaggio e il trattamento superficiale. Se la formula di decapaggio non è corretta o il tempo di decapaggio è troppo lungo, la superficie del titanio reagirà con la soluzione acida per generare idrogeno, che verrà assorbito dalla matrice di titanio. Il secondo è l'effetto di carica catodica. Quando il titanio è in contatto elettrico con metalli con carica negativa nell'elettrolita, o sotto una protezione catodica inadeguata, l'idrogeno precipiterà sulla superficie del titanio e verrà assorbito. Il terzo riguarda gli ambienti contenenti-idrogeno-ad alta temperatura. In condizioni di lavoro come l'idrogeno gassoso e l'idrogeno solforato ad alte temperature, la velocità di assorbimento dell'idrogeno da parte del titanio aumenterà in modo significativo.
La temperatura è il fattore più importante che influenza la velocità di assorbimento dell’idrogeno. Al di sotto degli 80 gradi, il tasso di assorbimento dell'idrogeno del titanio è molto lento e il rischio di infragilimento da idrogeno è basso; tra 80 e 160 gradi, il tasso di assorbimento dell'idrogeno aumenta gradualmente e occorre prestare attenzione all'uso a lungo termine-; sopra i 160 gradi, il tasso di assorbimento dell'idrogeno aumenta notevolmente e l'infragilimento da idrogeno diventa un rischio grave. Inoltre, lo stress da trazione accelererà il processo di infragilimento da idrogeno e anche i danni e i difetti superficiali diventeranno canali preferenziali per la penetrazione dell’idrogeno.
La prevenzione dell’infragilimento da idrogeno dovrebbe iniziare da molteplici collegamenti. Innanzitutto, controlla il processo di decapaggio. Utilizzare la formula di acido nitrico + acido fluoridrico per il decapaggio, controllare rigorosamente il tempo di decapaggio ed eseguire un trattamento di ossidazione dopo il decapaggio per riparare la pellicola di ossido superficiale. In secondo luogo, evitare l'accoppiamento galvanico con metalli attivi e non applicare la protezione catodica alle apparecchiature in titanio - la pellicola di ossido naturale del titanio è sufficiente per la protezione dalla corrosione e la protezione catodica causerà invece la carica di idrogeno. In terzo luogo, controllare la temperatura di lavoro. Negli ambienti contenenti idrogeno-, cerca di evitare l'uso a lungo termine-a temperature superiori a 160 gradi. In quarto luogo, l'ossidazione superficiale o il trattamento di anodizzazione possono formare una pellicola di ossido più spessa sulla superficie, che funge da barriera alla penetrazione dell'idrogeno.
Tabella 1 Livelli di rischio di infragilimento da idrogeno e misure di prevenzione per i tubi in titanio
表格
| Livello di rischio | Condizioni di lavoro tipiche | Tasso di assorbimento dell'idrogeno | Misura di prevenzione chiave |
|---|---|---|---|
| Basso rischio | Temperatura ambiente, soluzione acquosa neutra, senza carica catodica | Molto lento, quasi trascurabile | Manutenzione ordinaria, nessun trattamento particolare |
| Rischio medio | 80–160 gradi, decapaggio con acido debole, contatto galvanico occasionale | Effetto lento e cumulativo a lungo termine | Controllare il tempo di decapaggio, evitare l'accoppiamento galvanico |
| Alto rischio | Oltre 160 gradi, decapaggio acido a lungo-termine, protezione catodica | Infragilimento rapido ed evidente | Proibire la protezione catodica, aggiungere un rivestimento barriera all'idrogeno |
| Rischio grave | Ambiente con idrogeno solforato ad alta-temperatura e alta-pressione | Guasto molto veloce e rapido | Seleziona una speciale lega di titanio resistente all'idrogeno- |
La comprensione scientifica e la prevenzione dell’infragilimento da idrogeno possono sfruttare appieno i vantaggi della resistenza alla corrosione dei tubi riscaldanti in titanio, evitando rischi di guasti improvvisi.
