1. ASME SB348 navodi nekoliko CP razreda (npr. CP2/GR2, CP4/GR4). Primarna razlika je njihov intersticijski sadržaj. Koji je osnovni metalurški mehanizam pomoću kojeg elementi kao što su kisik i željezo povećavaju snagu, i koji je direktan kompromis-koji dizajner mora prihvatiti kada specificira jači CP4 u odnosu na CP2?
Osnovni mehanizam je jačanje intersticijalnog čvrstog rastvora. Za razliku od legiranja koje zamjenjuje bazne atome, međuprostorni elementi poput kisika (O), dušika (N) i ugljika (C) dovoljno su mali da stanu u prostore (međuprostore) između većih atoma titana u kristalnoj rešetki.
Metalurški mehanizam: Prisustvo ovih stranih atoma stvara polje deformacije rešetke. Ova deformacija djeluje kao snažna barijera kretanju dislokacija-linijskih defekata u kristalnoj strukturi koji omogućavaju plastičnu deformaciju. Ometanje kretanja dislokacije čini metal tvrđim i jačim.
Direktni kompromis-: duktilnost i čvrstina na lom za čvrstoću
Ovo je ključni inženjerski kompromis. Ista deformacija rešetke koja daje čvrstoću također smanjuje sposobnost materijala da se podvrgne plastičnoj deformaciji prije loma. posljedično:
CP2 (niži O, Fe): veća duktilnost (izduženje ~20%), bolja udarna žilavost i superiorna sposobnost hladnog oblikovanja.
CP4 (veći O, Fe): Veći popuštanje i vlačna čvrstoća (Prinos: ~480 MPa naspram ~275 MPa za CP2), ali znatno niža duktilnost (Elongation ~15%) i smanjena žilavost loma.
Dizajner koji specificira CP4 dobija mogućnost da podnese veća opterećenja u manjem poprečnom-presjeku, ali gubi "oprost" i lakoću izrade svojstvene CP2. Korištenje CP4 u jakom hladno-aplikaciji savijanja može dovesti do pucanja, dok bi CP2 uspješno deformirao.
2. Za cevovodni sistem postrojenja za hemijsku preradu, okrugle šipke od CP2 i CP4 titanijuma se koriste za kovane armature, ventile i pričvršćivače. Uprkos njihovoj različitoj snazi, njihova otpornost na koroziju u većini okruženja smatra se ekvivalentnom. Koje je elektrohemijsko svojstvo njihovog pasivnog filma koje ih oboje čini praktički imunim na hloridne rupice, i u kojem specifičnom okruženju bi se njihove performanse zapravo razlikovale?
Ključno svojstvo je nevjerovatno visok ekvivalent otpornosti na točenje (PRE) koji pruža pasivni film od titanijum dioksida (TiO₂), iako se formalni PRE proračun (Cr + 3.3Mo + 16N) ne koristi za Ti. TiO₂ sloj je:
Visoko stabilan i prianjajući: formira se trenutno i snažno se vezuje za podlogu.
Samoizlječenje: Ako je oštećeno, odmah se obnavlja u prisustvu vlage ili kiseonika u tragovima.
Plemeniti potencijal raspada: Elektrohemijski potencijal potreban za razbijanje ovog filma (potencijal pitinga) veći je od potencijala za evoluciju kiseonika u vodi. To znači da se u većini gaziranih okruženja{1}}bogatih hloridima, poput morske vode, jednostavno ne mogu postići uslovi za pokretanje jame.
Okruženje za divergenciju performansi: vrući, koncentrirani hloridi s nedostatkom oksidatora
Iako je njihova otpornost slična, neznatno različito elektrohemijsko ponašanje ova dva razreda može postati očigledno u ekstremno agresivnim, vrućim, koncentriranim hloridnim slanicima koji se istovremeno de-deaeriraju ili redukuju. U ovom scenariju, stabilnost pasivnog filma može biti dovedena u pitanje. CP4 veće čvrstoće, sa većim sadržajem intersticija i malo drugačijom energijom rešetke, može pokazati neznatno drugačiju stopu korozije u odnosu na CP2. Međutim, za više od 99% primjena (npr. morska voda, oksidirajuće kiseline), oni su specificirani naizmjenično na osnovu mehaničkih, a ne korozivnih zahtjeva.
3. Proizvođač treba da proizvede veliku količinu prilagođenih vijaka od titanijumske okrugle šipke kako bi se izbjegla galvanska korozija u sistemu morske vode. Zašto bi odabrali CP2 umjesto CP4 za proizvodni proces hladnog{4}}kola, i koji specifični mikrostrukturni fenomen čini CP4 manje prikladnim?
Odabir CP2 je vođen njegovom superiornom duktilnošću i eksponentom stvrdnjavanja deformacijom-koji su kritični za hladno-sastavljanje.
Hladno{0}}Proces hladne vode i prednost CP2:
Hladno{0}}namjeravanje uključuje plastično deformiranje metalnog sloja na sobnoj temperaturi u oblik vijka s formiranom glavom. Ovaj proces zahtijeva da materijal izdrži ekstremne deformacije bez pucanja.
CP2 (idealno): Njegov niži intersticijski sadržaj daje mu veću inherentnu duktilnost. Može se podvrgnuti masivnom plastičnom naprezanju hladnog-tečenja u složenu geometriju glave vijka bez iniciranja unutrašnjih ili površinskih mikro-pukotina.
CP4 (manje pogodan): Veći sadržaj intersticija koji daje CP4 njegovu snagu čini ga krhkim. Za vrijeme hladnog-navođenja, ima mnogo veću sklonost pucanju ili cijepanju, posebno na oštrim uglovima glave vijka ili ispod glave gdje su koncentracije naprezanja najveće. To bi dovelo do visoke stope otpada i nepouzdanog integriteta zatvarača.
Mikrostrukturni fenomen: ograničena pokretljivost dislokacija
Intersticijali u CP4 pin dislokacije efikasnije. Iako je ovo dobro za snagu, to znači da se tokom jakog hladnog rada dislokacije ne mogu pomjerati i lako se umnožavaju kako bi se prilagodile naprezanju. To dovodi do stvaranja naprezanja iznad čvrstoće materijala na lom na tačkama koncentracije naprezanja, što rezultira krhkim lomom umjesto plastičnog tečenja.
4. U analizi troškova životnog{1}}ciklusa za offshore platformu, početni trošak CP4 titanijumske okrugle šipke je veći od CP2. Osim jednostavnog troška materijala, koja tri faktora troškova životnog{4}}životnog ciklusa mogu opravdati odabir jačeg CP4 za strukturne komponente kao -šipke ili potporne konzole?
Opravdanje za CP4 leži u ukupnim troškovima vlasništva (TCO), vođenom inženjerskom optimizacijom i smanjenjem rizika.
Smanjenje težine i optimizacija dizajna: Veća granica popuštanja CP4 (~480 MPa naspram ~275 MPa) omogućava dizajneru da koristi šipku manjeg prečnika za nošenje istog opterećenja. Ovo smanjuje težinu komponente i cjelokupne strukture, što je kritično važno na moru. Lakše strukture smanjuju opterećenje na potpornim elementima i mogu dovesti do uštede u transportu i montaži.
Povećana sigurnosna granica i pouzdanost: Okruženje na moru izlaže komponente dinamičkim opterećenjima od valova i vjetra. Veća čvrstoća CP4 pruža mnogo veći faktor sigurnosti od slučajnih preopterećenja, zamora i udarnih opterećenja (npr. od udara). Ova poboljšana pouzdanost smanjuje rizik od katastrofalnog kvara, koji nosi ogromne troškove vezane za zaustavljanje proizvodnje, sanaciju okoliša i sigurnosne incidente.
Smanjeni intervali održavanja i pregleda: Komponenta napravljena od CP4, zbog svoje veće čvrstoće i veće otpornosti na deformacije, manje je vjerovatno da će razviti probleme poput opuštanja naprezanja u vijčanim spojevima ili izobličenja pod stalnim opterećenjem. Ovo se prevodi u duže servisne intervale između inspekcija i održavanja, smanjujući previsoke troškove slanja posade za obavljanje poslova na moru.
Veći početni materijalni trošak CP4 je često manji zbog ušteda od ova tri faktora tokom 20-30 godina vijeka trajanja platforme na moru.
5. Prilikom zavarivanja konstrukcije izrađene od okruglih šipki CP2 i CP4, najveći rizik je krhkost zone zavara. Šta je osnovni uzrok ove krhkosti i koja je specifična, o kojoj se ne može pregovarati proceduralna kontrola izvan standardne zaštite argonom, potrebna da bi se to spriječilo, posebno kada se pravi prolaz korijena na debeloj šipki?
Osnovni uzrok je atmosferska kontaminacija koja dovodi do krtosti intersticija.
Na temperaturama zavarivanja iznad 500 stepeni (930 stepeni F), titanijum žustro reaguje sa kiseonikom, azotom i vodonikom iz vazduha.
Kiseonik i dušik se rastvaraju intersticijsko u kristalnoj rešetki, uzrokujući dramatično povećanje tvrdoće i katastrofalan gubitak duktilnosti i žilavosti.
Vodik može formirati krhke titanijum-hidride.
Ne-Proceduralna kontrola o kojoj se ne može pregovarati: Visok-Povratno čišćenje visokog integriteta.
Standardna zaštita baklje nije dovoljna. Zadnja strana vara (korijen), koja je također zagrijana na visoku temperaturu, mora biti zaštićena.
Procedura: Zapečaćena komora se mora stvoriti na stražnjoj strani zavarenog spoja, koja se zatim temeljito pročišćava argonom visoke{0}}čistoće kako bi se istisnuo sav zrak. Za okruglu šipku, ovo može uključivati izgradnju privremene kutije za čišćenje oko spoja.
Provera: Čistoća atmosfere gasa za pročišćavanje se često verifikuje pomoću merača kiseonika, koji zahteva nivoe ispod 50-100 ppm O₂ pre pokretanja luka.
Posljedica kvara: šav koji nije pravilno-očišćen imat će krhko, oksidirano korijensko zrno. Ova kontaminacija je često vidljiva kao plava, siva ili bijela promjena boje. Takav zavar se smatra neispravnim i mora se izbrusiti i ponovo -zavariti, jer ne posjeduje duktilnost i predstavlja glavno mjesto za nastanak pukotine. Ova kontrola je apsolutno kritična za osiguravanje da zavareni spoj zadrži otpornost na koroziju i mehanička svojstva osnovnog metala.
