1. Hỏi: Sự khác biệt cơ bản giữa ký hiệu "CP" và "GR" trong ASME B348 là gì và CP2, CP4, GR1 và GR2 tương quan với nhau như thế nào về thành phần hóa học và tính chất cơ học?
Trả lời: Sự khác biệt giữa ký hiệu "CP" và "GR" trong ASME B348 phản ánh sự phát triển của các tiêu chuẩn phân loại titan trong các khuôn khổ quy định khác nhau. Trong lịch sử, ký hiệu "CP" (Tinh khiết thương mại) bắt nguồn từ các thông số kỹ thuật quân sự và hàng không vũ trụ cũ hơn, đặc biệt là các tiêu chuẩn AMS và MIL{2}}T, trong đó CP1 đến CP4 biểu thị hàm lượng oxy ngày càng tăng và mức độ bền tương ứng. Trong ASME B348 hiện đại (phiên bản ASME của ASTM B348), tiêu chuẩn này phần lớn đã áp dụng danh pháp "GR" (Cấp), đây là hệ thống được công nhận rộng rãi hơn theo mã ASTM và ASME.
CP2tương quan trực tiếp vớiLớp 2 (GR2). Đây là loại titan tinh khiết thương mại được chỉ định rộng rãi nhất, được đặc trưng bởi hàm lượng oxy tối đa 0,25%, độ bền kéo tối thiểu 345 MPa (50 ksi) và khả năng chống ăn mòn đặc biệt kết hợp với độ dẻo và khả năng hàn tốt.CP4, ngược lại, tương quan vớiLớp 4 (GR4), độ bền cao nhất trong số các loại tinh khiết về mặt thương mại, với hàm lượng oxy lên tới 0,40% và độ bền kéo tối thiểu là 550 MPa (80 ksi).
GR1(không có CP trực tiếp tương đương trong hệ thống bốn{0}}cấp cũ hơn) đại diện cho loại tinh khiết về mặt thương mại có độ bền thấp nhất, với hàm lượng oxy tối đa là 0,18% và độ bền kéo tối thiểu là 240 MPa (35 ksi). Nó được chỉ định khi cần có khả năng tạo hình tối đa và độ dẻo đặc biệt, chẳng hạn như trong các bộ phận được vẽ sâu hoặc chế tạo kim loại tấm phức tạp.
Từ góc độ mua sắm, hiểu được mối tương quan này là rất quan trọng. ASME B348 GR2 có thể đáp ứng thông số kỹ thuật yêu cầu "CP2", nhưng người mua phải xác minh rằng vật liệu đáp ứng các giới hạn oxy cụ thể và các yêu cầu cơ học của mã dự kiến. Ngược lại, "CP4" không phải là tên gọi được công nhận trong tiêu chuẩn ASME B348 hiện hành; thông số kỹ thuật hiện đại chính xác sẽ là ASME B348 Cấp 4. Các kỹ sư chỉ định các vật liệu này nên tham khảo ký hiệu cấp ASME hoặc ASTM hiện tại để tránh nhầm lẫn khi mua sắm.
2. Hỏi: Sự khác biệt chính về khả năng định hình, khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn giữa ASME B348 GR1, GR2 và GR4 là gì và các đặc tính này hướng dẫn việc lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng bình chịu áp lực và bộ trao đổi nhiệt như thế nào?
Trả lời: Việc lựa chọn giữa ASME B348 GR1, GR2 và GR4 cho các ứng dụng bình chịu áp lực và bộ trao đổi nhiệt bị chi phối bởi mối quan hệ nghịch đảo giữa độ bền và khả năng định dạng, cũng như môi trường ăn mòn cụ thể. Ba loại này đại diện cho nhiều đặc tính titan tinh khiết về mặt thương mại, mỗi loại được tối ưu hóa cho các ưu tiên thiết kế khác nhau.
GR1mang lại khả năng định hình và độ dẻo cao nhất. Với độ bền kéo tối thiểu là 240 MPa và hàm lượng oxy tối đa là 0,18%, GR1 thể hiện độ giãn dài đặc biệt (thường là 24% hoặc cao hơn) và có thể nguội-được tạo thành các hình dạng phức tạp mà không bị nứt. Đây là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng yêu cầu uốn cong, gấp mép hoặc kéo sâu nghiêm trọng, chẳng hạn như các tấm ống, đầu bình phức tạp và ống xếp giãn nở. Khả năng hàn của nó cũng vượt trội hơn, với nguy cơ bị giòn ở mức tối thiểu ở vùng ảnh hưởng nhiệt-. Tuy nhiên, cường độ thấp hơn có nghĩa là có thể cần phải có các phần dày hơn để đạt được mức áp suất tương đương.
GR2đại diện cho sự cân bằng tối ưu cho phần lớn các ứng dụng bình chịu áp lực. Với độ bền kéo tối thiểu 345 MPa và hàm lượng oxy 0,25%, nó cung cấp cường độ phù hợp cho việc xây dựng bình áp lực ASME Phần VIII, Phân khu 1 trong khi vẫn duy trì khả năng định dạng và khả năng hàn tuyệt vời. GR2 là lựa chọn mặc định cho bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ-và-ống, bình phản ứng và hệ thống đường ống trong xử lý hóa học, đặc biệt đối với dịch vụ liên quan đến clorua, clo ướt và axit oxy hóa. Khả năng chống ăn mòn của nó gần giống với GR1, vì màng oxit thụ động ổn định như nhau đối với tất cả các loại tinh khiết thương mại.
GR4ưu tiên sức mạnh hơn khả năng định hình. Với độ bền kéo tối thiểu 550 MPa, nó cho phép các phần tường mỏng hơn, giảm trọng lượng và tiêu thụ vật liệu. Tuy nhiên, sự tăng cường sức mạnh này phải trả giá bằng việc giảm độ dẻo và tăng độ khó khi tạo hình nguội. GR4 thường được chỉ định cho các ứng dụng có tải trọng cơ học cao, chẳng hạn như trục bơm áp suất cao, ốc vít và các bộ phận kết cấu trong hệ thống ranh giới áp suất. Khả năng hàn của nó vẫn ở mức chấp nhận được nhưng có thể cần phải gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt sau mối hàn-đối với các phần dày hơn để tránh nứt.
3. Hỏi: Các yêu cầu quan trọng về sản xuất và kiểm soát chất lượng đối với các thanh tròn ASME B348 dành cho việc chế tạo bình chịu áp lực ASME Phần VIII là gì?
Đáp: Khi mua các thanh tròn ASME B348 để sử dụng trong kết cấu bình chịu áp lực ASME Phần VIII{1}}chẳng hạn như bu lông mặt bích, vòi phun hoặc giá đỡ bên trong-các yêu cầu về chứng nhận và kiểm soát chất lượng vượt ra ngoài đặc điểm kỹ thuật của vật liệu cơ bản. Vật liệu phải tuân theo Bộ luật về Nồi hơi và Bình áp suất ASME, trong đó đặt ra các yêu cầu bổ sung về khả năng truy xuất nguồn gốc, thử nghiệm và lập tài liệu.
Đầu tiên, vật liệu phải được sản xuất bởi một nhà máy có công suấtGiấy chứng nhận ủy quyền của ASMEvà duy trì một hệ thống chất lượng phù hợp vớiASME Phần II, Phần A(Thông số kỹ thuật vật liệu sắt). Vật liệu phải chịu đượcTem ASME "N"hoặc có thể truy nguyên tới cơ sở được ủy quyền sản xuất vật liệu để xây dựng quy chuẩn. Mỗi thanh phải có giấy chứng nhận kèm theoBáo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR)không chỉ bao gồm phân tích hóa học và tính chất cơ học theo ASME B348 mà còn bao gồm tuyên bố tuân thủ thông số kỹ thuật ASME Phần II cụ thể.
Thứ hai,thử nghiệm không{0}}phá hủy (NDT)yêu cầu thường khắt khe hơn. Đối với các ứng dụng-giữ áp suất tới hạn, kiểm tra siêu âm (UT) 100% là bắt buộc để đảm bảo không có sai sót bên trong như lỗ rỗng, tạp chất hoặc lớp tách lớp. Tiêu chí chấp nhận thường tham khảoASME Phần V(Kiểm tra không phá hủy), với các tiêu chuẩn hiệu chuẩn chẳng hạn như các lỗ đáy phẳng có đường kính xác định.
Thứ ba,xác nhận xử lý nhiệtlà điều cần thiết. Mặc dù các loại tinh khiết về mặt thương mại thường được cung cấp ở trạng thái ủ, quá trình ủ phải được ghi lại và kiểm soát để đảm bảo cấu trúc vi mô nhất quán. Đối với các thanh được sử dụng trong các ứng dụng bắt vít, các yêu cầu bổ sung có thể bao gồm kiểm tra độ cứng (để đảm bảo tính đồng nhất) và đối với dịch vụ ở nhiệt độ cao, kiểm tra độ đứt do ứng suất.
Cuối cùng,nhận dạng vật liệu tích cực (PMI)thường được yêu cầu ở giai đoạn tiếp nhận để xác minh rằng vật liệu được giao phù hợp với chứng nhận. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại tinh khiết về mặt thương mại, trong đó bề ngoài giống hệt nhau và chỉ phân tích hóa học mới có thể phân biệt GR1 với GR2 hoặc GR4.
4. Hỏi: Khả năng chống ăn mòn của thanh titan nguyên chất thương mại ASME B348 hoạt động như thế nào trong các môi trường hóa học cụ thể như nước biển, clo ướt và axit khử và những hạn chế là gì?
Trả lời: Các loại titan tinh khiết về mặt thương mại ASME B348 (GR1, GR2, GR4) nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn đặc biệt, xuất phát từ việc hình thành màng thụ động titan dioxide (TiO₂) ổn định, bám dính và tự{4}}tự phục hồi. Tuy nhiên, hiệu suất thay đổi đáng kể tùy thuộc vào môi trường hóa học cụ thể.
Trong môi trường nước biển và biển, tất cả các loại titan CP đều thể hiện khả năng miễn dịch gần như hoàn toàn với sự ăn mòn. Chúng có khả năng chống rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt ăn mòn ứng suất (SCC) trong nước biển ở nhiệt độ khoảng 120 độ (250 độ F). Điều này làm cho chúng trở thành vật liệu được lựa chọn cho các nền tảng ngoài khơi, nhà máy khử muối và bộ trao đổi nhiệt biển. Sự hiện diện của clorua không phá vỡ màng thụ động, không giống như thép không gỉ austenit.
Trong khí clo ướt và axit oxy hóa(chẳng hạn như axit nitric), titan thể hiện sức đề kháng vượt trội. Bản chất oxy hóa của những môi trường này thực sự thúc đẩy và ổn định màng oxit thụ động. GR2 được sử dụng rộng rãi trong tháp tẩy trắng clo dioxide trong các nhà máy giấy và bột giấy, cũng như trong thiết bị xử lý axit nitric.
Hạn chế của CP titan xảy ra trong môi trường axit khử, chẳng hạn như axit clohydric (HCl) hoặc axit sulfuric (H₂SO₄), đặc biệt ở nhiệt độ cao và khi không có chất oxy hóa. Trong những điều kiện này, màng thụ động có thể bị phá vỡ, dẫn đến sự ăn mòn đồng đều nhanh chóng. Ví dụ, trong axit clohydric 5% ở nhiệt độ phòng, CP titan có thể có tốc độ ăn mòn chấp nhận được, nhưng ở nhiệt độ 60 độ trở lên, tốc độ ăn mòn trở nên cao đến mức không thể chấp nhận được. Tương tự, trong axit sulfuric đã khử khí, titan không được khuyến khích sử dụng.
Để giải quyết những hạn chế này, các nhà thiết kế sử dụng một số chiến lược:
hợp kim- nâng cấp lên hợp kim titan như Lớp 7 (Ti-Pd) hoặc Lớp 12 (Ti-Mo-Ni) để tăng cường khả năng kháng axit giảm
Kiểm soát quá trình- đảm bảo sự có mặt của các chất oxy hóa (ví dụ: oxy hòa tan, sắt
