In siedender 90-prozentiger Salpetersäure an einer Heizfläche weisen die von TIMET veröffentlichten Versuche unlegiertes Titan mit 1.0 bis 6.6 mpy (0.03 bis 0.17 mm/y) aus, während Edelstahl Typ 304L in denselben TIMET-Versuchen 150 bis 2900 mpy (3.8 bis 73.7 mm/y) erreichte. Dieser Unterschied von zwei bis drei Größenordnungen ist der Grund, weshalb der Einsatz in Salpetersäure zu den stärksten Anwendungsfällen für Titan zählt. Dieselben Daten zeigen jedoch zwei Punkte, die ein Konstrukteur kennen muss: Die Korrosionsrate erreicht ihr Maximum in der Mitte des Konzentrationsbereichs und nicht am oberen Ende, und rotrauchende Salpetersäure ist ein striktes Ausschlusskriterium.
Titan gegenüber Edelstahl an einer Heizfläche
| Metalltemperatur | Unlegiertes Titan | Edelstahl Typ 304L |
|---|---|---|
| 240 F (116 C) | 1,1 bis 6,6 mpy (0,03 bis 0,17 mm/y) | 150 bis 518 mpy (3,8 bis 13,2 mm/y) |
| 275 F (135 C) | 1.6 bis 6.1 mpy (0.04 bis 0.15 mm/y) | 676 bis 2900 mpy (17,2 bis 73,7 mm/y) |
| 310 F (154 C) | 1.0 bis 2.3 mpy (0.03 bis 0.06 mm/y) | 722 bis 2900 mpy (18,3 bis 73,7 mm/y) |
Lesen Sie die Edelstahlspalte als den Grund dafür, dass die Ausrüstung überhaupt in Titan spezifiziert wird. Zwei ehrliche Einschränkungen zu diesem Vergleich. Typ 304L ist nicht das, was eine Salpetersäureanlage bei dieser Temperatur tatsächlich spezifizieren würde: Die realen Wettbewerber sind die siliziumhaltigen austenitischen Werkstoffe wie UNS S30600 und, oberhalb von etwa 80 Prozent Säure, Aluminium. Und lesen Sie die Titanspalte als das, was sie ist: ein Zustand an der Heizfläche, siedend, bei einer Konzentration, der schärfer ist als der Betrieb in der Flüssigkeit bei derselben Temperatur.
Der kontraintuitive Teil: Die ungünstigste Konzentration liegt in der Mitte
Ingenieure, die neu mit Titan arbeiten, nehmen häufig an, dass eine stärkere Säure einen schnelleren Angriff bedeutet. In siedender reiner Salpetersäure, Flüssigphase, verhält sich die veröffentlichte Kurve umgekehrt. Die Korrosionsrate steigt von nahe null bei 10 Prozent an und fällt gegen 70 Prozent wieder ab, mit dem Maximum dazwischen. In der TIMET-Kurve erreichen die unlegierten und die palladiumhaltigen Grades ihren Höchstwert bei etwa 24 bis 26 mpy (0,61 bis 0,66 mm/y) im Bereich um 40 bis 50 Gewichtsprozent, während Grade 12 sein Maximum früher und niedriger erreicht, bei etwa 15 mpy (0,38 mm/y), und über den gesamten mittleren Bereich niedriger bleibt.
Die praktische Konsequenz: Auf dieser Siedekurve für reine Säure steht eine Kolonne oder ein Reboiler, die ihre Lebensdauer bei 35 Prozent Säure verbringen, unter einer härteren Beanspruchung als bei 65 Prozent, und ein Prozess, der durch das mittlere Band schwingt, ist härter als beide. Geben Sie den Konzentrationsbereich an, nicht nur den Maximalwert.
Die Kennzahl, auf die die Wanddicke ausgelegt wird
Bevor wir weitergehen, sollte klar gesagt werden, worin die veröffentlichten Daten übereinstimmen und worin nicht, denn diese Seite nennt zwei Werte für einen scheinbar identischen Betriebsfall. Für unlegiertes Titan in siedender Säure bei etwa 68 bis 70 Prozent:
| Quelle innerhalb desselben Handbuchs | Rate |
|---|---|
| Die Siedekonzentrationskurve für reine Säure, abgelesen bei 70 Prozent. Siedende Flüssigkeit, unbeheizte Probe; die Expositionsdauer ist in der zitierten Quelle nicht angegeben | Etwa 5 mpy (0,13 mm/y) |
| Die Tabelle zu gelöstem Titan, 68 Prozent siedende Flüssigkeit ohne vorhandene Titanionen, 24-Stunden-Versuch | 31.8 mpy (0.81 mm/y) |
Dies sind unterschiedliche Versuchsreferenzen, und die Streuung ist bei keiner von beiden ein Fehler. Sie ist die tatsächliche Streuung in diesem Einsatzfall, und die eigenen Daten des Handbuchs an anderer Stelle setzen siedende 70-prozentige Säure in einen Bereich von etwa 2.5 bis 37 mpy (0.064 bis 0.94 mm/y), ebenfalls ohne angegebene Expositionsdauer. Die daraus folgende Auslegungsregel ist der wichtige Teil dieser Seite: Legen Sie die Wanddicke auf die uninhibierte Rate in reiner Säure aus, in der Größenordnung von 0,8 mm pro Jahr bei der ungünstigsten Konzentration, und behandeln Sie die Inhibierung durch Metallionen als Reserve und nicht als Auslegungsgrundlage. Der Grund steht im nächsten Abschnitt: An mehreren Stellen einer realen Anlage tritt Säure auf, die überhaupt keine inhibierenden Ionen mit sich führt.
Gelöste Metallkationen wirken hemmend, andere Verunreinigungen bewirken das Gegenteil
Der Effekt ist spezifisch für gelöste Metallkationen. Das Handbuch nennt Silizium, Chrom, Eisen, Titan sowie Edelmetallionen wie Platin und Ruthenium als Inhibitoren in kleinsten Mengen. Es handelt sich nicht um eine allgemeine Regel zu Verunreinigungen: Chloridhaltige Salze erfordern eigene Daten, während eine hohe Belastung mit Nitratsalzen die Rate in die andere Richtung verschiebt und die ungünstigsten Werte für reine Salpetersäure im Handbuch erzeugt. Innerhalb dieser Grenze verschlechterte in siedender 68-prozentiger Salpetersäure eine geringe Chromverunreinigung den Typ 304L dramatisch, während Titan besser wurde:
| Chrom in Lösung | Typ 304L, geglüht | Unlegiertes Titan |
|---|---|---|
| 0,0 Prozent | 12 bis 18 mpy (0,30 bis 0,46 mm/y) | 3.5 bis 3.8 mpy (0.09 bis 0.10 mm/y) |
| 0,0005 Prozent | 12 bis 20 mpy (0,30 bis 0,51 mm/y) | Nicht angegeben |
| 0,005 Prozent | 60 bis 90 mpy (1,5 bis 2,3 mm/y) | 0.9 bis 1.6 mpy (0.022 bis 0.041 mm/y) |
| 0,05 Prozent | 980 bis 1600 mpy (24,9 bis 40,6 mm/y) | Nicht angegeben |
| 0,01 Prozent | Nicht angegeben | 0.1 bis 1.4 mpy (0.003 bis 0.036 mm/y) |
Gelöstes Titan selbst ist in diesem Einsatzfall ein noch stärkerer Inhibitor der Titankorrosion:
| Zugesetzte Titanionen | In 40 Prozent HNO3 | In 68 Prozent HNO3 |
|---|---|---|
| 0 mg/l | 29.5 mpy (0.75 mm/y) | 31.8 mpy (0.81 mm/y) |
| 10 mg/l | Nicht angegeben | 0.8 mpy (0.02 mm/y) |
| 20 mg/l | 8.6 mpy (0.22 mm/y) | 2.4 mpy (0.06 mm/y) |
| 40 mg/l | 1.9 mpy (0.05 mm/y) | 0.4 mpy (0.01 mm/y) |
| 80 mg/l | 0.8 mpy (0.02 mm/y) | 0.4 mpy (0.01 mm/y) |
Das Handbuch wendet dies auf rezirkulierende Stoffströme wie Abstreifer-Sumpfverdampferkreisläufe an, bei denen die Inhibierung durch das Erreichen eines gleichbleibenden Gehalts an gelöstem Titan entsteht. Dazu gehören zwei Einschränkungen. Erstens erfolgt das Erreichen nicht automatisch: Es hängt von benetzter Fläche, Korrosionsrate, Kreislaufvolumen und Nachspeiserate ab, und der Effekt ist selbstbegrenzend, weil das Metall bei 0.4 mpy weit weniger Titan freisetzt als bei 31.8 mpy. Ein Kreislauf mit hoher Nachspeiserate ähnelt eher einem Durchlaufsystem, als das Wort rezirkulierend vermuten lässt. Zweitens, und für die Sicherheit wichtiger, sehen mehrere Teile einer realen Anlage Säure ohne inhibierende Ionen: Durchlaufabschnitte, Anfahren, der Zeitraum nach einem Säurewechsel oder einer Wäsche sowie Kondensat, das durch denselben Mechanismus die reinste Säure im System ist. Verglichen mit einem im Gleichgewicht befindlichen rezirkulierenden Kreislauf kann eine Laborprobe in frischer, uninhibierter Säure schlechter ausfallen, nicht besser. Die eben aufgeführten Durchlauf- und Übergangsbereiche können diesem uninhibierten Fall ähneln, weshalb die obige Auslegungsgrundlage die uninhibierte Rate verwendet.
Die Dampfphase ist ein anderer Betriebsfall als die Flüssigphase
| Güte | Korrosionsrate |
|---|---|
| Unlegiertes Titan | 2.0 mpy (0.051 mm/y) |
| Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) | 0.8 mpy (0.020 mm/y) |
| Palladiumhaltig, unlegiert | 0.08 mpy (0.002 mm/y) |
Kondensierende Säure und herablaufendes Kondensat sind die klassische Schadensstelle im Salpetersäurebetrieb, und die Rangfolge der Grade ist dort nicht dieselbe wie in der Flüssigkeit. Für heiße, sehr reine Säure und für den Kondensationsbetrieb lautet die veröffentlichte Präferenz auf das unlegierte Grade 1 höherer Reinheit (UNS R50250), und der Grund liegt im Verhalten der Schweißverbindung und nicht in der Rate des Grundwerkstoffs in dieser Tabelle. Beachten Sie außerdem, was diese Tabelle ist und was nicht: Proben, die 144 Stunden lang im Dampf oberhalb des Azeotrops aufgehängt wurden. Es ist kein Versuch mit kondensierendem Film, und das Handbuch ordnet herablaufendem Kondensat an keiner Stelle eine Rate zu.
Wo Titan vollständig ausgeschlossen ist
| Zustand | Status |
|---|---|
| Rotrauchende Salpetersäure | Nicht verwenden. Der veröffentlichte Mechanismus ist keine einfache Korrosion: Der Angriff verläuft interkristallin und hinterlässt auf der Oberfläche einen Rückstand aus feinverteiltem metallischem Titan, das hochgradig pyrophor ist und in Gegenwart eines starken Oxidationsmittels detonieren kann. Das Handbuch nennt das Zusammensetzungsfenster, in dem sich die Reaktion entwickelt: Wassergehalt unter 1,34 Prozent und NO2 über 6 Prozent, und es weist ausdrücklich einen Unsicherheitsbereich zwischen den reagierenden und den nicht reagierenden Bereichen aus. Sein Anhang stuft rotrauchende Säure unterhalb von etwa 2 Prozent Wasser gesondert als zündempfindlich ein; dieser Ausschluss deckt daher den Unsicherheitsbereich bis zu dieser Linie von etwa 2 Prozent Wasser ab und nicht nur Zusammensetzungen unterhalb von 1,34 Prozent. Prüfen Sie Ihre Analyse gegen dieses Fenster und nicht gegen die Bezeichnung, denn ein Stoffstrom wird im Datenblatt nur selten als rotrauchend bezeichnet. |
| Weißrauchende Salpetersäure | Nach demselben Handbuch zulässig, bei etwa 0.1 mpy bei Raumtemperatur. Lesen Sie den Ausschluss für rotrauchende Säure nicht so, als gälte er für alle rauchenden Säuren. |
| Salpetersäure mit Chlorid, bis hin zu Königswasser | Quantifizierte Gefährdung, und sie kehrt die übliche Grade-Logik um. Im 96-Stunden-Siedeversuch des Handbuchs mit Königswasser, drei Teile Salzsäure auf einen Teil Salpetersäure, erreichten unlegiertes Titan und der palladiumhaltige Grade jeweils 44 mpy (1,12 mm/y), während Grade 12 bei 24 mpy (0,61 mm/y) lag. Das palladiumhaltige Grade bot damit keinen Vorteil gegenüber unlegiertem Titan, während Grade 12 der niedrigste der drei Werte war. Bei Raumtemperatur ist Titan gegenüber Königswasser praktisch immun. Die Raten in Säuregemischen steigen, wenn der Anteil der reduzierenden Säure oder die Temperatur steigt. |
| Salpetersäure mit Fluoriden | Prüfung erforderlich. Fluorid in der Säure kann Flusssäure bilden, die Titan schnell angreift. |
| Sehr reine heiße Säure und Dampfkondensat | Zulässig, aber Grade-abhängig. Die Raten steigen, Schweißverbindungen sind die exponierte Stelle, und unlegierte Grade höherer Reinheit sind die veröffentlichte Präferenz. |
Eine Lieferantenseite, die nur die günstigen Zeilen aufführt, ist für die Auslegung nicht verwendbar. Insbesondere der Ausschluss rotrauchender Säure ist ein Punkt der Prozesssicherheit und gehört in das erste Gespräch, nicht in eine Fußnote.
Was in die Bestellung gehört
| Bestellposition | Was anzugeben ist |
|---|---|
| Güte und Norm | Grade 2 (UNS R50400) nach ASTM B265 für Platten oder ASTM B338 für Rohre deckt den größten Teil des Salpetersäurebetriebs ab. Grade 12 (UNS R53400), wenn das siedende Band mittlerer Konzentration maßgebend ist. Nicht kondensierender Dampf: Grade 7 (UNS R52400). Heiße, sehr reine Säure und Kondensationsbetrieb, bei denen der Angriff an Schweißverbindungen im Vordergrund steht: Grade 1 (UNS R50250). Wo beides zutrifft, ist Grade 11 (UNS R52250) das Grade 1 mit dem Palladiumzusatz |
| Betriebsdaten | Konzentrationsbereich in Gewichtsprozent, nicht nur der Maximalwert; Temperatur; ob die Oberfläche beheizt ist; flüssig, dampfförmig oder kondensierend; umlaufend oder im Durchlauf |
| Verunreinigungen | Fluoride, Chloride und alle bereits im Stoffstrom vorhandenen Metallionen |
| Anforderungen an die Schweißnaht | Grade des Zusatzwerkstoffs und eine etwaige Schweißnahtprüfung, denn Schweißverbindungen sind in heißer reiner Säure die exponierte Stelle |
| Zertifikat | EN 10204 Typ 3.1 mit Chargen- und Schmelznummern |
Eine Anmerkung aus der Angebotsbearbeitung für diese Anwendungen: Die Frage, die die Antwort am häufigsten ändert, ist nicht die Säurestärke, sondern ob die benetzte Oberfläche beheizt ist. Eine Heizfläche in siedender 90-prozentiger Säure und eine Leitung mit derselben Konzentration im Flüssigkeitsvolumen sind unterschiedliche Betriebsfälle und können zu unterschiedlichen Grades führen.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Die vorstehenden Korrosionswerte stammen aus dem veröffentlichten Handbuch zur Korrosionsbeständigkeit von Titan von TIMET (Titanium Metals Corporation): Korrosion von Heizflächen aus Titan und Edelstahl in siedender 90-prozentiger Salpetersäure bei 240, 275 und 310 F; Einfluss von Chrom auf die Korrosion in siedender 68-prozentiger Säure über drei Perioden von je 48 Stunden; Einfluss von gelöstem Titan in 24-Stunden-Versuchen bei 40 und 68 Prozent; Beständigkeit gegen Salpetersäuredämpfe über eine Exposition von 144 Stunden oberhalb des siedenden 70-prozentigen Azeotrops; die Siedekonzentrationskurve für die drei Grade; der 96-stündige Siedeversuch in Königswasser; und der Warnhinweis zu rotrauchender Salpetersäure. Die Grade-Zuordnungen erfolgen nach ASTM: Grade 2 unter UNS R50400, Grade 7 unter UNS R52400 mit Palladium von 0,12 bis 0,25 Prozent und Grade 12 unter UNS R53400 mit Molybdän von 0,2 bis 0,4 Prozent und Nickel von 0,6 bis 0,9 Prozent.
Hinweis zur Reichweite dieser Zahlen: Jede Zeile ist ein bestimmter Versuch, keine Betriebsprognose. Die Zeilen zur Heizfläche betreffen eine Konzentration bei drei Metalltemperaturen; die Zeilen zur Verunreinigung sind Perioden von 48 Stunden mit jeweils erneuertem Säurewechsel; die Zeilen zu gelöstem Titan umfassen 24 Stunden; die Dampfzeilen 144 Stunden oberhalb eines Azeotrops. Kurzversuche in frischer Säure ergeben tendenziell ungünstigere Werte als ein eingefahrener Betriebskreislauf, was genau die Tabelle zu gelöstem Titan zeigt. Verwenden Sie diese Angaben, um Grades einzuordnen und die harten Grenzen zu kennen, und bestätigen Sie anschließend Ihren eigenen Betriebsfall mit den tatsächlichen Stoffstromdaten. Beiyu Titanium liefert die Platten, Rohre und Stäbe nach den oben genannten Normen mit einem Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 je nach Bestellumfang; die Korrosionsdaten sind veröffentlichte Prüfdaten Dritter und keine Prüfergebnisse von Beiyu.
Häufig gestellte Fragen
Welches Titan-Grade für den Einsatz in Salpetersäure? Der unlegierte Grade 2 deckt den größten Teil des Bereichs ab. Grade 12 ist der Grade, dessen veröffentlichte Siedekurve dort am niedrigsten bleibt, wo der Betriebsfall im mittleren Konzentrationsband liegt. Dampf und Kondensat sind zwei verschiedene Entscheidungen, und die Quelle beantwortet sie mit zwei verschiedenen Arten von Nachweisen. Bei nicht kondensierendem Dampf ist die Rate des Grundwerkstoffs maßgebend, und im 144-stündigen TIMET-Dampfversuch erreichte der palladiumhaltige Grade 7 (UNS R52400) 0.08 mpy gegenüber 0.8 für Grade 12 (UNS R53400) und 2.0 für unlegiertes Titan. Bei heißer, sehr reiner Säure und im Kondensationsbetrieb liegt das Problem nicht im Grundwerkstoff, sondern im beschleunigten Angriff an Schweißverbindungen, und dort lautet die veröffentlichte Präferenz auf den unlegierten Grade 1 höherer Reinheit (UNS R50250). Wo ein Stoffstrom beides ist, ist Grade 11 (UNS R52250) das Grade 1 mit demselben Palladiumzusatz; Grade 16 und Grade 17 sind die Varianten mit geringerem Palladiumgehalt.
Ist stärkere Säure immer ungünstiger? Nein, und das ist die häufigste falsche Annahme in diesem Einsatzfall. In siedender Salpetersäure erreicht die TIMET-Kurve für die unlegierten und die palladiumhaltigen Grades ihr Maximum im Bereich um 40 bis 50 Prozent und fällt gegen 70 Prozent ab, sodass ein Stoffstrom mittlerer Stärke eine härtere Beanspruchung darstellen kann als ein starker.
Kann Titan in rotrauchender Salpetersäure eingesetzt werden? Nein. Die veröffentlichten Hinweise schließen dies wegen der Gefahr einer pyrophoren Reaktion aus. Behandeln Sie dies als Ausschluss aus Gründen der Prozesssicherheit.
Warum ergab meine Laborprobe schlechtere Werte als die Anlage? Sehr wahrscheinlich durch den Effekt des gelösten Titans. In den 24-stündigen TIMET-Versuchen senkte der Übergang von 0 auf 40 mg/l Titanionen die Rate in 68-prozentiger Säure von 31.8 mpy auf 0.4 mpy. Frische Säure in einem Kurzversuch weist nichts von dieser Inhibierung auf.
Und reduzierende Säuren wie Salzsäure oder Schwefelsäure? Das ist der umgekehrte Fall und erfordert ein anderes Grade. Siehe Titan Grade 7 in reduzierenden Säuren.
Welche Norm gilt für den Werkstoff? Platten und Bleche laufen nach ASTM B265, Rohre nach ASTM B338, Stäbe nach ASTM B348. Der Leitfaden zu Platten findet sich unter dem Leitfaden zu Blechen und Platten nach ASTM B265.
Senden Sie die Stoffstromdaten mit der Anfrage
Senden Sie Säurekonzentrationsbereich, Temperatur, Angabe, ob die Oberfläche beheizt ist, Flüssig- oder Dampfphase, Umlaufführung, Verunreinigungen sowie Grade, Norm, Abmessungen und Menge an die Beiyu-RFQ-Seite. Geprüft von Penn Ma, 15 Jahre im Export von Titan-Halbzeugen. Zuletzt geprüft: 2026-09-02.