In der chemischen Verfahrenstechnik richtet sich die Grade-Auswahl danach, ob das Medium oxidierend oder reduzierend ist. Grade 2 (UNS R50400) eignet sich für oxidierende Säuren, feuchtes Chlor, Chloride und die meisten organischen Säuren sehr gut. Bei reduzierenden Säuren wie Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure, besonders bei höheren Temperaturen, ist Grade 7 (UNS R52400) einzusetzen; sein Palladium hält Titan dort passiv, wo Grade 2 korrodiert. Für heiße, konzentrierte Chloridlösungen und Sole unter Spaltbedingungen ist Grade 12 (UNS R53400) die wirtschaftlich ausgewogene Wahl. Eine feste Grenze gilt: Titan wird nicht in Flusssäure eingesetzt, da diese den Werkstoff selbst in verdünnter Form angreift.
Beiyu Titanium liefert Grade 2, Grade 7 und Grade 12 je nach bestellter Produktform nach ASTM B265, B338 und B348. Geben Sie in der Anfrage an, ob ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 benötigt wird und welche Ergebnisse darin auszuweisen sind.
Eine falsche Auswahl führt entweder zu unnötigen Mehrkosten oder zu Korrosionsschäden. Wird ein für das Medium nicht ausreichend beständiger Grade spezifiziert, kann die Anlage im Betrieb durchkorrodieren; Ausfall und Stillstand kosten dann weit mehr als der Werkstoff. Wird dagegen unnötig hoch spezifiziert, bezahlen Sie den Aufpreis für den palladiumhaltigen Grade 7 bei einem Einsatz, den Grade 2 wesentlich günstiger bewältigt hätte. Dieser Leitfaden soll zum passenden Grade für das tatsächliche Prozessmedium führen, damit es weder zum Versagen im Betrieb noch zu unnötigen Beschaffungskosten kommt.
Das Grundprinzip der gesamten Auswahl: oxidierend oder reduzierend
Titan schützt sich durch eine Passivschicht aus Titandioxid. Diese Schicht bildet sich durch Sauerstoff oder andere oxidierende Spezies im Medium und bleibt dadurch erhalten. Daraus ergibt sich die Regel, die jede Grade-Auswahl für den Chemieeinsatz bestimmt:
- In oxidierenden oder neutralen Medien (Salpetersäure, feuchtes Chlor, Chlordioxid, Hypochlorit, Chloridsalze, Meerwasser und die meisten organischen Säuren) bleibt die Passivschicht intakt, und Reintitan weist eine sehr hohe Beständigkeit auf.
- In reduzierenden Medien (Salzsäure, heiße oder konzentrierte Schwefelsäure, Phosphorsäure und sauerstoffarme Spalte) bleibt die Passivschicht nicht zuverlässig erhalten, sodass Reintitan korrodieren kann.
Die erste Frage für einen chemischen Einsatz lautet daher nicht: „Wie stark ist die Säure?“, sondern: „Wirkt das Medium oxidierend oder reduzierend?“ Die Antwort führt zum passenden Grade.
Was Grade 2 abdeckt und wo die Grenze liegt
Reintitan Grade 2 ist der Standardwerkstoff für Chemieanlagen, weil es ein breites Einsatzspektrum abdeckt:
| Service |
|---|
| Salpetersäure über die meisten Konzentrationen und Temperaturen hinweg (Titan ist ein klassischer Werkstoff für Salpetersäureanwendungen). |
| Nasses Chlor, Chlordioxid und Hypochlorit, weshalb Titan in Chloralkali- und Bleichanlagen dominiert. |
| Chloridsalze, Sole und Meerwasser bei Umgebungs- und mäßigen Temperaturen. |
| Die meisten organischen Säuren (Essig-, Ameisen-, Zitronensäure und ähnliche) unter typischen Bedingungen. |
Grade 2 stößt an seine Grenze bei:
| Aussage des Leitfadens |
|---|
| Salzsäure bei mehr als verdünnten und kühlen Bedingungen. |
| Schwefelsäure, sobald sie heiß oder konzentriert ist. |
| Phosphorsäure bei hohen Temperaturen. |
| Heiße, enge, sauerstoffarme Spalte in Chloridanwendungen, bei denen Spaltkorrosion beginnen kann, wenn die Metalltemperatur auf über etwa 70 bis 80 C steigt. |
Die ASTM-Mindestwerte für Grade 2 betragen 345 MPa Zugfestigkeit und 275 MPa Streckgrenze; sofern ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 bestellt wird, werden die tatsächlichen Chargenwerte darin ausgewiesen.
Grade 7: der Grade für reduzierende Säuren
Grade 7 ist Reintitan mit einem geringen Palladiumzusatz von etwa 0,12 bis 0,25 %. Seine mechanischen Kennwerte entsprechen Grade 2 (mindestens 345 MPa Zugfestigkeit und 275 MPa Streckgrenze); er wird daher ausschließlich wegen der Korrosionsbeständigkeit spezifiziert. Das Palladium erzeugt eine kathodische Wirkung, die Titan unter reduzierenden Bedingungen im Passivbereich hält, also genau dort, wo Grade 2 versagt.
In der Praxis erweitert das den Titaneinsatz auf:
| Aussage des Leitfadens |
|---|
| Verdünnte bis mäßig konzentrierte Salzsäure bei Temperaturen, bei denen Grade 2 korrodieren würde. |
| Reduzierende oder verunreinigte Anwendungen mit Schwefel- und Phosphorsäure. |
| Heiße Sole und konzentriertes Chlorid mit Spalten, bei denen Grade 7 die Einsatztemperatur für Spaltkorrosion deutlich über Grade 2 anhebt. |
Grade 7 ist wegen des Palladiumzusatzes üblicherweise teurer als gängige Alternativen für Korrosionsanwendungen. Deshalb wird er Anwendungen vorbehalten, die ihn tatsächlich benötigen, statt ihn pauschal einzusetzen.
Grade 12: heißes Chlorid zu geringeren Kosten
Grade 12 ist eine niedriglegierte Titanlegierung mit etwa 0,3 % Molybdän und 0,8 % Nickel. Die ASTM-Mindestwerte betragen 483 MPa Zugfestigkeit und 345 MPa Streckgrenze. Damit ist der Grade fester als Grade 2 und beständiger gegen Spaltkorrosion in heißen Chloridlösungen und heißer Sole. In stark reduzierenden Säuren erreicht er nicht die Beständigkeit von Grade 7; bei heißen chloridhaltigen Prozessmedien, Soleanwendungen und in der Entsalzung bietet er jedoch einen großen Teil der Spaltkorrosionsbeständigkeit zu geringeren Kosten als der Palladium-Grade. Für viele Wärmetauscher und Verdampfer mit heißen Chloridmedien ist Grade 12 die praktische Zwischenlösung zwischen Grade 2 und Grade 7.
Wenn auch die Festigkeit zählt: Grade 5 und Grade 23
Wenn ein Teil für chemische Anwendungen mechanische Last tragen muss, beispielsweise Pumpen- und Ventilinnenteile, Wellen, Verbindungselemente und Rührwerkskomponenten, kommen die Legierungs-Grade zum Einsatz. Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) bietet mindestens 895 MPa Zugfestigkeit und 828 MPa Streckgrenze bei guter allgemeiner Korrosionsbeständigkeit, ist jedoch in heißem Chlorid nicht so beständig gegen Spaltkorrosion wie Grade 7 oder Grade 12. Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56407 nach der ASTM-B-Reihe; R56401 nach ASTM F136) ist die hochzähe, interstitialarme Variante, die eingesetzt wird, wenn Bruchzähigkeit oder Ermüdung relevant sind. Beide werden primär wegen ihrer Festigkeit ausgewählt, während die Korrosionsbeständigkeit durch die Konstruktion und nicht allein durch den Grade berücksichtigt wird.
Isokorrosionsdaten: wie weit jeder Grade in HCl trägt
Die Auswahl lässt sich nicht auf „reduzierende Säure bedeutet Grade 7“ verkürzen. Veröffentlichte Isokorrosionsdaten zeigen, bis zu welcher Konzentration jeder Grade in Salzsäure eingesetzt werden kann, wenn die Korrosionsrate bei Raumtemperatur unter etwa 0,13 mm pro Jahr (5 mil pro Jahr) bleibt:
| Aspekt | Aussage des Leitfadens |
|---|---|
| Grade 2 (Reintitan) | beständig gegen etwa 7 Prozent HCl bei Raumtemperatur. |
| Grade 12 | etwa 9 Prozent HCl bei Raumtemperatur. |
| Grade 7 (Palladium) | etwa 27 Prozent HCl bei Raumtemperatur. |
Korrosionsraten steigen sowohl mit der Temperatur als auch mit der Konzentration stark an; mit zunehmender Säuretemperatur sinken daher die zulässigen Konzentrationsgrenzen gegenüber den genannten Raumtemperaturwerten. Verwenden Sie die Werte als Ausgangspunkt und gleichen Sie sie anschließend mit einem Isokorrosionsdiagramm für die tatsächliche Temperatur und Konzentration ab. Bei kritischen Einsatzbedingungen ist zusätzlich eine eigene Korrosionsprüfung mit Coupons erforderlich.
Die Palladium-Familie: Grade 7, 11, 16 und 17
Grade 7 ist nicht der einzige Palladium-Grade. Wer die Familie der Palladium-Grades kennt, kann Kosten und Festigkeit gegeneinander abwägen, statt automatisch die teuerste Variante zu wählen:
| Aspekt | Aussage des Leitfadens |
|---|---|
| Grade 7 (UNS R52400) | Basis Grade 2 plus 0,12 bis 0,25 Prozent Palladium. |
| Grade 11 (UNS R52250) | Basis Grade 1 plus derselbe Palladiumbereich, für Anwendungen, bei denen Umformbarkeit wichtiger ist als Festigkeit. |
| Grade 16 (UNS R52402) | Basis Grade 2 mit einem geringeren Palladiumgehalt von 0,04 bis 0,08 Prozent, der den Großteil der Beständigkeit gegen reduzierende Säuren bei niedrigeren Palladiumkosten erhält. |
| Grade 17 (UNS R52252) | die Grade 1-Basisversion des palladiumarmen Ansatzes. |
Bei vielen Anwendungen mit reduzierenden Säuren bietet der palladiumärmere Grade 16 einen Großteil des Nutzens von Grade 7 zu geringeren Kosten. Er sollte daher als Alternative zu Grade 7 mit vollem Palladiumgehalt mit angefragt werden, statt Grade 7 als einzige Möglichkeit vorauszusetzen.
Die harte Grenze: Flusssäure
Titan wird selbst bei niedriger Konzentration von Flusssäure und von Fluoridionen in saurer Lösung angegriffen. Kein Titan-Grade löst dieses Problem. Enthält ein Prozessmedium HF oder Fluoridionen unter sauren Bedingungen, ist Titan der falsche Werkstoff und es muss eine andere Legierung eingesetzt werden. Diese Ausnahme muss klar benannt werden, weil sie der häufigste Grund dafür ist, dass Titanapparaturen für Bedingungen spezifiziert werden, denen sie nicht standhalten können.
Schnellreferenz Medium zu Grade
| Medium | Charakter | Ausgangs-Grade |
|---|---|---|
| Salpetersäure | Oxidierend | Grade 2 |
| Feuchtes Chlor, ClO2, Hypochlorit | Oxidierend | Grade 2 |
| Chloridsalze, Sole, Meerwasser (Umgebungstemperatur) | Neutrale Chloride | Grade 2 |
| Salzsäure (verdünnt, heiß) | Reduzierend | Grade 7 |
| Schwefelsäure (heiß oder konzentriert) | Reduzierend | Grade 7 |
| Heißes konzentriertes Chlorid oder Sole, Spalte | Reduzierender Spalt | Grade 12, dann Grade 7 |
| Organische Säuren | Überwiegend oxidierend oder mild | Grade 2 |
| Flusssäure oder saure Fluoride | Greift Titan an | Kein Titan |
Verwenden Sie dies als Ausgangspunkt und bestätigen Sie es dann anhand der tatsächlichen Konzentration, Temperatur und Verunreinigungsprofil des Stoffstroms, bevor Sie die Spezifikation festlegen. Wenn die Grade-Entscheidung auf Prozessausrüstung statt auf Rohmaterial fällt, wird die Titan-Rohrbündelwärmetauscher aus denselben Einsatzdaten angeboten.
Vergleichstabelle
| Güte | UNS | ASTM Mindest-Zugfestigkeit / Streckgrenze | Am besten geeignet für | Schwach bei |
|---|---|---|---|---|
| Grade 2 | R50400 | 345 / 275 MPa | Oxidierende Säuren, feuchtes Chlor, Chloride, organische Medien | Heiße reduzierende Säuren, heiße Spalte |
| Grade 7 | R52400 | 345 / 275 MPa | Reduzierende Säuren (HCl, H2SO4), heiße Spalte | Kosten; für oxidierende Medien nicht erforderlich |
| Grade 12 | R53400 | 483 / 345 MPa | Heißes Chlorid und Sole, Spalte | Stark reduzierende Säuren |
| Grade 5 | R56400 | 895 / 828 MPa | Tragende Teile | Spaltkorrosion in heißem Chlorid |
| Grade 23 | R56401 | 828 / 759 MPa | Tragend, hohe Zähigkeit | Spaltkorrosion in heißem Chlorid |
Die mechanischen Kennwerte sind ASTM-Mindestwerte; sofern ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 bestellt wird, werden die tatsächlichen Chargenwerte darin ausgewiesen. Kein Titan-Grade ist gegen Flusssäure beständig.
Formen und Normen für chemische Apparate
| Anzugebendes Feld |
|---|
| Blech und Platte nach ASTM B265 für Reaktoren, Kolonnen, Tanks, Behälterauskleidungen und Rohrböden. |
| Rohr nach ASTM B338 für Wärmetauscher und Kondensatoren, mit Prozessrohrleitungen nach ASTM B861 (nahtlos) oder B862 (geschweißt). |
| Stab nach ASTM B348 für zerspante Ventil-, Pumpen- und Fittingteile. |
| Bei Druckgeräten kann das Projekt auf die ASME-Entsprechung verweisen, beispielsweise ASME SB-265 für Platten. Geben Sie dies in der Anfrage an, wenn es in der Zeichnung gefordert wird. |
Beschaffungs-Checkliste für Titan im Chemieeinsatz
Wenn Sie eine Anfrage für Chemie-Titan senden, nennen Sie:
- Das genaue Medium, die Konzentration und die Temperatur einschließlich etwaiger Verunreinigungen wie Fluoride, Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel.
- Ob die Umgebung oxidierend oder reduzierend ist und ob Spalte vorhanden sind.
- Grade und UNS-Nummer sowie die maßgebende Norm.
- Produktform und Abmessungen: Dicke bei Platten, Außendurchmesser und Wanddicke bei Rohren, Durchmesser bei Stabmaterial.
- Prüf- und Dokumentationsumfang: Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 sowie gegebenenfalls Ultraschallprüfung (UT), Wirbelstromprüfung oder Wasserdruckprüfung bei Rohren.
Wenn Sie die tatsächliche Zusammensetzung des Prozessmediums mitteilen, kann der Grade vor der Angebotserstellung bestätigt werden. Das ist wesentlich günstiger, als eine falsche Grade-Auswahl erst nach einem Ausfall festzustellen.
Wie Beiyu Titanium Chemie-Grade liefert
Beiyu Titanium liefert Titan Grade 2, Grade 7 und Grade 12 für die chemische Verfahrenstechnik in folgenden Produktformen: Blech und Platte nach ASTM B265, rohr nach ASTM B338, mit Prozessrohrleitungen nach ASTM B861 oder B862, und Stäbe nach ASTM B348. Für Material für chemische Anwendungen geben Sie in der Anfrage das erforderliche EN 10204 3.1 Dokument, die Chemie, mechanische Ergebnisse sowie die Chargen- oder Losrückverfolgbarkeit an, damit der verfügbare Dokumentenumfang vor der Bestellfreigabe bestätigt werden kann. Senden Sie Medium, Konzentration, Temperatur und Form, und der korrekte Grade kann vor dem Angebot bestätigt werden.
Verwandte Leitfäden und Werkzeuge
- Titan-Grade für Meerwasser- und Marineanwendungen
- Medizinisches Titan (ASTM F136, Grade 23 ELI)
- Titan-Grade-Auswahlwerkzeug
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
ASTM B265 und die zugehörigen Rohr- und Stabstandards führen eine Stufe von Grades für den Chemieeinsatz auf, die in den meisten Auswahltabellen fehlt: die H-Varianten. Grade 2H und Grade 7H behalten die chemische Zusammensetzung des Basis-Grade und seine Mindeststreckgrenze von 275 MPa bei, erhöhen jedoch den Mindestwert der Zugfestigkeit von 345 MPa (50 ksi) auf 400 MPa (58 ksi), eine Bezeichnung, die geschaffen wurde, damit Ausleger von Druckgeräten, die nach dem ASME-Code arbeiten, eine höhere zulässige Spannung aus demselben Metall ansetzen können. Wenn ein Titanreaktor oder Kolonnenmantel eher durch Spannung als durch Korrosion in der Dicke begrenzt ist, erhöht die Angebotsabgabe für Grade 2H gegenüber Grade 2 den spezifizierten Mindestwert der Zugfestigkeit um 55 MPa bei 0 Änderung des Palladiumgehalts oder Korrosionsverhaltens.
Beiyu Titanium bietet alle 4 Palladium-Grade in der Staffelung dieser Seite an, Grades 7, 11, 16 und 17, in den drei Produktformen, die Chemieanlagen kaufen: Platte mit 0,5 bis 70 mm Dicke, nahtloses Rohr mit 5 bis 325 mm Außendurchmesser und Stab mit 1 bis 500 mm Durchmesser. Diese Abdeckung ermöglicht die Preisstellung für eine palladiumarme Grade 16-Alternative neben vollständigem Grade 7 im selben Angebot, in derselben Form und Größe, wodurch Beiyu die auf dieser Seite beschriebene Kostenentscheidung darstellt.
Für den Einsatz in oxidierenden Säuren insbesondere finden sich die veröffentlichten Korrosionsraten nach Konzentration und Temperatur in Titan in Salpetersäure.