El titanio no forma herrumbre y sí se corroe. Son dos afirmaciones distintas y ambas son ciertas. La formación de herrumbre es una reacción del hierro, y el titanio no contiene una fase de hierro en la que pueda ocurrir, por lo que la capa naranja que consume el acero al carbono no tiene aquí un mecanismo de formación. Corrosión es el término más amplio, y el titanio tiene una lista corta de entornos que atraviesan su película pasiva. La parte útil de la respuesta es que la lista es corta y sus límites tienen cifras.
Por qué el titanio resiste la corrosión
El titanio es un metal reactivo. Al quedar expuesto se oxida casi al instante, y esa es la clave: la reacción produce una película fina de dióxido de titanio, firmemente adherida, que detiene la reacción. Si se raya en presencia de oxígeno o agua, se regenera casi de inmediato. Cada respuesta sobre corrosión que sigue es en realidad una cuestión de si el entorno permite que esa película se repare.
Eso también explica el comportamiento que sorprende a muchas personas. El titanio se comporta mejor en condiciones oxidantes y peor en ácidos reductores calientes, donde hay menos oxígeno disponible para reconstruir la película. Por tanto, la resistencia a la corrosión del titanio no es una propiedad con un único valor; es el comportamiento de esa película en un entorno determinado.
Los tres entornos que realmente atacan al titanio
| Entorno | Qué sucede | Dónde se sitúa el límite | La calidad que responde al problema |
|---|---|---|---|
| Ácidos reductores, como el clorhídrico y el sulfúrico | La película no puede repararse y avanza la corrosión general | Depende de la concentración y la temperatura; los iones metálicos inhibidores desplazan mucho el límite, véase más abajo | Grade 7, titanio con paladio |
| Cloruro caliente en un resquicio estrecho | La composición química dentro del resquicio se vuelve ácida y la película se deteriora localmente, mientras la superficie abierta permanece brillante | Temperatura agrupada por intervalos en la tabla siguiente | Grade 12 para salmuera caliente, Grade 7 cuando el resquicio también es ácido |
| Ácido fluorhídrico y soluciones ácidas con fluoruro libre | Ataca directamente la película pasiva, incluso a concentraciones muy bajas | Generalmente no es un problema de selección de calidad; deben verificarse la especiación del fluoruro y cualquier efecto inhibidor demostrado | Generalmente ninguna de las calidades de titanio; debe cambiarse el material o el fluoruro |
Esos tres entornos cubren la mayoría de las preguntas sobre corrosión que llegan al departamento de consultas. El agua de mar, el cloro húmedo, los cloruros en superficies abiertas y la mayoría de las aguas de proceso son medios en los que se elige titanio precisamente porque no se corroe. Un medio que no se mencione en esta página debe comprobarse con datos de corrosión en lugar de asignarse por suposición a una de estas filas.
Corrosión por resquicio, intervalo por intervalo
Este es el caso que conviene acertar, porque el fallo es local y el resto de la pieza parece perfecto. Las cifras siguientes corresponden a titanio sin alear en resquicios agudos en salmuera saturada de cloruro sódico casi neutra. La condición geométrica no es decorativa; es aquello a lo que se aplica la cifra.
| Temperatura | Lo que indica la fuente para titanio sin alear en resquicios agudos |
|---|---|
| Por debajo de 70 °C (158 °F) | El ataque por resquicio es poco probable |
| Aproximadamente 93 °C (200 °F) y por encima | El ataque por resquicio pasa a ser posible |
La fuente no proporciona ninguna cifra entre esos dos puntos y no vamos a inventarla. Lo que podemos indicar es dónde empieza a importar la elección de calidad: nuestra página de Grade 12 sitúa el inicio práctico para resquicios estrechos en aproximadamente 70 a 80 °C, por lo que, por encima de 70 °C en un resquicio estrecho, debe comprobarse la composición química del medio en lugar de dar por válido Grade 2.
Dos factores pueden reducir la temperatura de inicio, y ambos son habituales en servicio real: un pH más bajo y concentraciones elevadas de iones de calcio o magnesio. Una salmuera que parece estar dentro del intervalo atendiendo solo a la temperatura puede quedar fuera una vez conocidos el pH y la dureza, por lo que una consulta necesita la composición química del medio y no solo la temperatura de servicio.
La respuesta sobre la calidad se divide en ese punto. Grade 12 amplía la resistencia útil a la corrosión por resquicio mucho más allá de donde Grade 2 deja de responder, con informes en la bibliografía de corrosión sobre resistencia útil por encima de 250 °C en salmuera a alta temperatura. Es una cifra orientativa de la bibliografía, no una garantía de diseño. Sin embargo, Grade 12 no es una calidad para ácidos reductores: por debajo de aproximadamente pH 3 su ventaja se reduce y Grade 7 pasa a ser la elección adecuada. Caliente y ácido es un problema distinto de caliente y neutro, y requieren calidades diferentes.
El efecto inhibidor, donde las cifras resultan útiles
El servicio con ácidos reductores no implica un veredicto fijo, porque pequeñas cantidades de iones metálicos multivalentes inhiben la corrosión del titanio en ácido clorhídrico, y las corrientes de proceso con frecuencia ya los contienen. En los ensayos de TIMET a 200 °F (93 °C) con 2 g/l de cloruro férrico añadido, el ácido clorhídrico diluido produce velocidades de corrosión que serían aceptables en servicio en dos de las tres calidades.
| Condición | Sin alear, Grade 2 | Grade 12 | Con paladio, Grade 7 |
|---|---|---|---|
| 3 por ciento HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.2 mpy | 1.0 mpy | 0.1 mpy |
| 4 por ciento HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.4 mpy | 2.0 mpy | 0.3 mpy |
Lea la columna de Grade 12 antes de suponer que las calidades siguen un orden fijo. En este ácido, Grade 12 es cinco veces peor que Grade 2 simple, no mejor. Grade 12 aporta resistencia a la corrosión por resquicio en salmuera neutra caliente; no es una calidad para ácidos reductores, y una regla de selección que trate las calidades como una única escala de Grade 2 a Grade 7 elegirá aquí la equivocada.
Son velocidades de corrosión dentro del intervalo que normalmente se considera insignificante, en un ácido que de otro modo sería una exclusión clara. La consecuencia práctica es que un análisis de la corriente que muestre iones férricos o cúpricos puede cambiar la decisión sobre la calidad y, en ocasiones, cambiar si el titanio es siquiera un candidato.
La fuente relaciona ese efecto inhibidor con el contenido de ion férrico, por lo que las equivalencias importan al interpretar un análisis de la corriente:
| Contenido de ion férrico | Cloruro férrico equivalente |
|---|---|
| 30 ppm | 0,0087 por ciento |
| 60 ppm | 0,0174 por ciento |
| 75 ppm | 0,0218 por ciento |
| 125 ppm | 0,0362 por ciento |
Preguntas complementarias habituales
Entonces, ¿el titanio forma herrumbre o no? No en el sentido literal de la palabra. ASTM B348 limita el hierro en Grade 2 a 0,30 por ciento como elemento residual y, a ese nivel, está en solución en el titanio en lugar de presentarse como la fase de hierro separada que requiere la formación de herrumbre. Por tanto, las manchas naranjas en una pieza de titanio son contaminación y no herrumbre del titanio, pero no se trata de algo meramente estético: el hierro transferido a una superficie de titanio durante la manipulación es un punto de inicio documentado de ataque localizado en servicio, por lo que se evita el contacto del material con acero al carbono y la solución consiste en eliminar el hierro por decapado, en lugar de ignorarlo o rechazar el material.
¿El titanio se corroe en agua de mar? No en servicio en agua de mar sin confinamiento, que es una de las aplicaciones para las que se especifica. La condición es la geometría del resquicio y no el agua de mar en sí: las uniones embridadas, las caras de juntas, los huecos entre tubo y placa tubular y los depósitos bajo incrustaciones son donde empiezan a importar los intervalos de temperatura anteriores.
¿Se corroe el titanio más rápido que el acero inoxidable? En servicio con cloruros y en condiciones oxidantes, donde se especifica titanio en lugar de acero inoxidable, no, y esa suele ser la razón por la que el titanio figura en el plano. En ácido reductor caliente, ninguno es una respuesta por defecto y la calidad debe elegirse según la corriente. La comparación se presenta en la página de titanio frente a acero inoxidable.
¿El contacto galvánico corroerá el titanio? No por corrosión del titanio. El titanio es el metal más noble en la mayoría de los pares prácticos, por lo que el otro metal sufre el aumento del ataque. La relación de áreas determina la gravedad para el otro metal, y conviene evitar una pieza pequeña de acero al carbono o inoxidable atornillada a una gran superficie de titanio.
¿Puede un certificado confirmar el comportamiento frente a la corrosión? No. ASTM B265, B338 y B348 establecen composición química, propiedades mecánicas y dimensiones. El comportamiento frente a la corrosión depende de la calidad y del entorno, y cuando se requiere un ensayo de corrosión se acuerda en el pedido en lugar de darse por supuesto a partir de la especificación.
Detalles de especificación con fuentes
Los intervalos de corrosión por resquicio citados anteriormente son las cifras que Beiyu Titanium publica en su página de piezas de titanio en contacto con el fluido, extraído del manual de corrosión de TIMET: el ataque por resquicio del titanio sin alear en resquicios estrechos en salmuera saturada de cloruro sódico casi neutra se vuelve posible a partir de unos 93 °C (200 °F) y no es probable por debajo de 70 °C (158 °F), aunque un pH menor o concentraciones elevadas de iones de calcio o magnesio pueden reducir la temperatura de inicio. Las velocidades de corrosión en ácido clorhídrico a 200 °F con 2 g/l de cloruro férrico, 0.2, 1.0 y 0.1 mpy con un 3 por ciento de ácido y 0.4, 2.0 y 0.3 mpy con un 4 por ciento de ácido para Grade 2, Grade 12 y Grade 7 respectivamente, y las equivalencias de iones férricos de 30 ppm a 0.0087 por ciento, 60 ppm a 0.0174 por ciento, 75 ppm a 0.0218 por ciento y 125 ppm a 0.0362 por ciento, son las cifras de TIMET recogidas en la página sobre Grade 7 en ácidos reductores, donde las equivalencias proceden de la línea de isocorrosión de 5 mpy de esa fuente para titanio sin alear. La cifra de Grade 12 de resistencia útil a la corrosión por resquicio documentada por encima de 250 °C en salmuera a alta temperatura, que esa misma página identifica como un valor orientativo de la bibliografía sobre corrosión y no como una garantía de diseño, y el límite de pH 3 por debajo del cual se prefiere la calidad con paladio, figuran en la página de Grade 12 en salmuera caliente. La fila de ácido fluorhídrico, incluida la indicación de que el titanio generalmente no es el material adecuado y de que deben verificarse la especiación del fluoruro y cualquier efecto inhibidor demostrado, es la que figura en esa misma página de piezas en contacto con el fluido.
Qué debe incluir la consulta
Una pregunta sobre corrosión no puede responderse solo con la calidad, y las carencias son previsibles. Indique el medio y su concentración, la temperatura del metal en lugar de la temperatura del fluido en masa, el pH, el nivel de cloruros, si hay calcio o magnesio en cantidad, si hay iones metálicos inhibidores en la corriente y si el diseño contiene resquicios estrechos, como caras de juntas o uniones entre tubo y placa tubular. Con esos datos se determina la calidad y puede prepararse la oferta conforme a ella. Beiyu Titanium suministra titanio en Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 y 23 en forma de barras, chapas gruesas, chapas finas, tubos y piezas forjadas conforme a especificaciones ASTM y AMS, con un certificado de inspección 3.1 según EN 10204 conforme al alcance del pedido.