Titan rostet nicht, und es korrodiert. Das sind zwei unterschiedliche Aussagen, und beide sind wahr. Rosten ist eine Reaktion des Eisens, und in Titan gibt es keine Eisenphase, an der dies geschehen könnte, sodass der orangefarbene Belag, der Kohlenstoffstahl zerfrisst, hier keinen Mechanismus hat. Korrosion ist der weiter gefasste Begriff, und Titan hat eine kurze Liste von Umgebungen, die seinen passiven Film durchdringen. Der nützliche Teil der Antwort ist, dass diese Liste kurz ist und die Grenzwerte Zahlen tragen.
Warum Titan überhaupt korrosionsbeständig ist
Titan ist ein reaktives Metall. Unbeschichtet oxidiert es fast augenblicklich, und das ist der entscheidende Punkt: Die Reaktion erzeugt einen dünnen, fest haftenden Titandioxidfilm, der die Reaktion stoppt. Wird er in Gegenwart von Sauerstoff oder Wasser verkratzt, bildet er sich fast sofort neu. Jede der folgenden Korrosionsantworten ist im Grunde eine Frage danach, ob die Umgebung es diesem Film erlaubt, sich selbst zu reparieren.
Das erklärt auch das eine Verhalten, das überrascht. Titan verhält sich am besten unter oxidierenden Bedingungen und am schlechtesten in heißen reduzierenden Säuren, wo weniger Sauerstoff zum Wiederaufbau des Films zur Verfügung steht. Korrosionsbeständigkeit von Titan ist somit keine Eigenschaft mit einem einzigen Wert; sie ist das Verhalten dieses Films in einer benannten Umgebung.
Die drei Umgebungen, die Titan tatsächlich angreifen
| Umgebung | Was passiert | Wo die Grenze liegt | Das Grade, das die Antwort liefert |
|---|---|---|---|
| Reduzierende Säuren, wie Salzsäure und Schwefelsäure | Der Film kann sich nicht reparieren, und es kommt zu allgemeiner Korrosion | Abhängig von Konzentration und Temperatur; hemmende Metallionen verschieben die Grenze deutlich, siehe unten | Grade 7, Titan mit Palladium |
| Heißes Chlorid in einem engen Spalt | Die chemische Zusammensetzung im Spalt wird sauer, und der Film bricht lokal zusammen, während die offene Oberfläche blank bleibt | Temperatur in Bändern in der untenstehenden Tabelle | Grade 12 für heiße Sole, Grade 7, wo der Spalt zusätzlich sauer ist |
| Flusssäure sowie saure Lösungen mit freiem Fluorid | Greift den passiven Film direkt an, selbst bei sehr geringer Konzentration | In der Regel kein Problem der Grade-Wahl; die Fluoridspeziierung und jede nachgewiesene Hemmwirkung müssen verifiziert werden | In der Regel keines der Titan-Grades; entweder der Werkstoff oder das Fluorid muss geändert werden |
Diese drei decken die meisten Korrosionsfragen ab, die einen Anfrageschalter erreichen. Meerwasser, nasses Chlor, Chloride in offener Umgebung und die meisten Prozesswässer sind Bereiche, in denen Titan gerade deshalb gewählt wird, weil es nicht korrodiert. Ein auf dieser Seite nicht genanntes Medium muss anhand von Korrosionsdaten geprüft werden, anstatt es einer dieser Zeilen zuzuordnen.
Spaltkorrosion, Band für Band
Dies ist der Fall, den es richtig zu erfassen gilt, denn das Versagen ist lokal, und der Rest des Teils sieht einwandfrei aus. Die untenstehenden Werte gelten für unlegiertes Titan in scharfen Spalten in nahezu neutraler gesättigter Natriumchloridsole. Die Geometrieangabe ist keine Verzierung; sie legt fest, worauf sich der Wert bezieht.
| Temperatur | Was die Quelle für unlegiertes Titan in scharfen Spalten angibt |
|---|---|
| Unter 70 °C (158 °F) | Spaltangriff ist unwahrscheinlich |
| Etwa 93 °C (200 °F) und darüber | Spaltangriff wird möglich |
Die Quelle nennt zwischen diesen beiden Punkten keinen Wert, und wir werden keinen erfinden. Was wir sagen können, ist, wo die Grade-Entscheidung zu greifen beginnt: unsere Seite zu Grade 12 setzt den praktischen Einsetzpunkt für enge Spalten bei etwa 70 bis 80 °C an, sodass oberhalb von 70 °C in einem engen Spalt die chemische Zusammensetzung geprüft werden muss, statt Grade 2 anzunehmen.
Zwei Dinge können die Einsetztemperatur senken, und beide sind im realen Einsatz häufig: ein niedrigerer pH-Wert und hohe Konzentrationen an Calcium- oder Magnesiumionen. Eine Sole, die allein anhand der Temperatur innerhalb des Bereichs zu liegen scheint, kann außerhalb liegen, sobald pH-Wert und Härte bekannt sind, weshalb eine Anfrage die chemische Zusammensetzung und nicht nur die Betriebstemperatur benötigt.
An diesem Punkt teilt sich die Grade-Antwort. Grade 12 erweitert die nutzbare Spaltbeständigkeit deutlich über den Punkt hinaus, an dem Grade 2 versagt, mit Berichten in der Korrosionsliteratur über nutzbare Spaltbeständigkeit über 250 °C in Hochtemperatursole hinaus. Das ist ein Orientierungswert aus der Literatur, keine Auslegungsgarantie. Grade 12 ist jedoch kein Grade für reduzierende Säuren: Unterhalb von etwa pH 3 verringert sich sein Vorteil, und Grade 7 wird zur richtigen Wahl. Heiß und sauer ist ein anderes Problem als heiß und neutral, und beide erfordern unterschiedliche Grades.
Die Hemmwirkung, wo die Zahlen nützlich werden
Der Einsatz in reduzierenden Säuren ist kein feststehendes Urteil, denn geringe Mengen mehrwertiger Metallionen hemmen die Titankorrosion in Salzsäure, und Stoffströme enthalten sie häufig bereits. In den TIMET-Tests bei 200 °F (93 °C) mit Zugabe von 2 g/l Eisen(III)-chlorid ergibt verdünnte Salzsäure Korrosionsraten, die bei zwei der drei Grade im Einsatz akzeptabel wären.
| Zustand | Unlegiert, Grade 2 | Grade 12 | Palladiumhaltig, Grade 7 |
|---|---|---|---|
| 3 Prozent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0,2 mpy | 1,0 mpy | 0,1 mpy |
| 4 Prozent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0,4 mpy | 2,0 mpy | 0,3 mpy |
Lesen Sie die Spalte zu Grade 12, bevor Sie annehmen, dass die Grade in einer festen Reihenfolge rangieren. In dieser Säure ist Grade 12 fünfmal schlechter als einfaches Grade 2, nicht besser. Grade 12 erkauft Spaltbeständigkeit in heißer neutraler Sole; es ist kein Grade für reduzierende Säuren, und eine Auswahlregel, die die Grade als eine einzige Leiter von Grade 2 bis Grade 7 behandelt, wählt hier das falsche aus.
Das sind Korrosionsraten in dem Bereich, der normalerweise als vernachlässigbar gilt, in einer Säure, die andernfalls ein klarer Ausschlussgrund wäre. Die praktische Folge ist, dass eine Stoffstromanalyse, die Eisen(III)- oder Kupfer(II)-Ionen zeigt, die Grade-Entscheidung ändern kann und manchmal ändert, ob Titan überhaupt ein Kandidat ist.
Die Quelle bildet diese Hemmwirkung gegenüber dem Eisen(III)-Ionengehalt ab, daher sind die Entsprechungen beim Lesen einer Stoffstromanalyse wichtig:
| Eisen(III)-Ionengehalt | Entsprechendes Eisen(III)-chlorid |
|---|---|
| 30 ppm | 0,0087 Prozent |
| 60 ppm | 0,0174 Prozent |
| 75 ppm | 0,0218 Prozent |
| 125 ppm | 0,0362 Prozent |
Häufige Anschlussfragen
Rostet Titan nun oder nicht? Nicht im wörtlichen Sinn des Wortes. ASTM B348 begrenzt Eisen in Grade 2 als Rückstand auf maximal 0,30 Prozent, und auf diesem Niveau liegt es im Titan gelöst vor und nicht als die separate Eisenphase, die Rosten voraussetzt. Orangefarbene Verfärbung an einem Titanteil ist daher Verunreinigung und kein Rosten des Titans, aber sie ist nicht kosmetisch: In eine Titanoberfläche während der Handhabung eingeriebenes Eisen ist ein dokumentierter Ausgangspunkt für lokalen Angriff im Einsatz, weshalb Material von Kontakt mit Kohlenstoffstahl ferngehalten wird und weshalb die Abhilfe das Herausbeizen des Eisens ist, statt es zu ignorieren oder das Material zurückzuweisen.
Korrodiert Titan in Meerwasser? Nicht im offenen Meerwassereinsatz, der eine der Anwendungen ist, für die es vorgesehen ist. Die Einschränkung betrifft die Spaltgeometrie und nicht das Meerwasser selbst: Flanschverbindungen, Dichtflächen, Spalte zwischen Rohr und Rohrboden sowie Ablagerungen unter Belag sind die Stellen, an denen die obigen Temperaturbänder relevant werden.
Korrodiert Titan schneller als Edelstahl? Im Chlorid- und oxidierenden Einsatz, in dem Titan anstelle von Edelstahl vorgeschrieben wird, nein, und das ist üblicherweise der Grund, warum Titan auf der Zeichnung steht. In heißer reduzierender Säure ist keines von beiden eine Standardantwort, und der Grade muss anhand des Mediums gewählt werden. Der Vergleich ist dargelegt auf der Seite zu Titan im Vergleich zu Edelstahl.
Führt galvanischer Kontakt zu Korrosion an Titan? Nicht durch Korrosion des Titans. Titan ist in den meisten praktischen Paarungen das edlere Metall, sodass das andere Metall den verstärkten Angriff trägt. Das Flächenverhältnis entscheidet, wie schlimm das für das andere Metall ist, und ein kleines Teil aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, das an eine große Titanoberfläche angeschraubt ist, ist die Anordnung, die zu vermeiden ist.
Kann ein Zeugnis das Korrosionsverhalten bestätigen? Nein. ASTM B265, B338 und B348 legen die chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften und Abmessungen fest. Das Korrosionsverhalten ergibt sich aus dem Grade und der Umgebung, und wo eine Korrosionsprüfung erforderlich ist, wird sie auf der Bestellung vereinbart und nicht aus der Spezifikation angenommen.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Die oben angegebenen Spaltkorrosionsbänder sind die Werte, die Beiyu Titanium auf seiner Seite zu benetzten Titanteilen veröffentlicht, entnommen aus dem TIMET-Korrosionshandbuch: Spaltangriff auf unlegiertes Titan in scharfen Spalten in nahezu neutraler gesättigter Natriumchloridsole wird bei etwa 93 °C (200 °F) und darüber möglich und ist unterhalb von 70 °C (158 °F) unwahrscheinlich, wobei ein niedrigerer pH-Wert oder hohe Konzentrationen an Calcium- oder Magnesiumionen die Einsetztemperatur senken können. Die Salzsäureraten bei 200 °F mit 2 g/l Eisen(III)-chlorid, 0,2; 1,0 und 0,1 mpy bei 3 Prozent Säure sowie 0,4; 2,0 und 0,3 mpy bei 4 Prozent Säure für Grade 2, Grade 12 beziehungsweise Grade 7, sowie die Eisen(III)-Ionen-Entsprechungen von 30 ppm zu 0,0087 Prozent; 60 ppm zu 0,0174 Prozent; 75 ppm zu 0,0218 Prozent und 125 ppm zu 0,0362 Prozent, sind die TIMET-Werte, die auf der Grade-7-Seite zu reduzierenden Säuren stehen, wobei die Entsprechungen aus der 5-mpy-Isokorrosionslinie dieser Quelle für unlegiertes Titan stammen. Der Grade-12-Wert der berichteten nutzbaren Spaltbeständigkeit über 250 °C in Hochtemperatursole hinaus, den diese Seite selbst als Orientierungswert aus der Korrosionsliteratur und nicht als Auslegungsgarantie bezeichnet, sowie die pH-3-Grenze, unterhalb derer das Palladium-Grade zu bevorzugen ist, stehen auf der Grade-12-Seite zu heißer Sole. Die Zeile zu Flusssäure, einschließlich der Formulierung, dass Titan in der Regel nicht der richtige Werkstoff ist und dass die Fluoridspeziierung sowie jede nachgewiesene Hemmwirkung verifiziert werden müssen, ist die Zeile, die auf derselben Seite zu benetzten Teilen steht.
Was die Anfrage enthalten muss
Eine Korrosionsfrage kann nicht allein anhand des Grades beantwortet werden, und die fehlenden Angaben sind vorhersehbar. Geben Sie das Medium und dessen Konzentration, die Metalltemperatur statt der Bulktemperatur, den pH-Wert und den Chloridgehalt an, ob Calcium oder Magnesium in relevanter Menge vorhanden sind, ob sich hemmende Metallionen im Medium befinden und ob die Konstruktion enge Spalte wie Dichtflächen oder Rohr-zu-Rohrboden-Verbindungen enthält. Mit diesen Angaben folgt der Grade, und das Angebot kann darauf abgestimmt erstellt werden. Beiyu Titanium liefert Titan in Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 und 23 als Stab, Platte, Blech, Rohr und Schmiedeteile nach ASTM- und AMS-Spezifikationen, mit einem EN 10204 Abnahmeprüfzeugnis 3.1 gemäß Bestellumfang.