Il titanio è un metallo reattivo. A proteggerlo è un film di biossido di titanio spesso soltanto pochi nanometri che si forma nell'istante in cui il metallo incontra aria o acqua e si riforma in millisecondi dopo un danno, purché siano presenti ossigeno o umidità. Il film perde efficacia dove l'ossigeno è escluso o dove sono presenti fluoruri.
La reputazione del titanio per la resistenza alla corrosione è leggermente fuorviante. Il metallo stesso è reattivo, molto reattivo. A proteggerlo è un film spesso pochi nanometri che si forma nell'istante in cui il titanio entra in contatto con aria o acqua: uno strato di biossido di titanio (TiO₂) che aderisce così saldamente e si riforma così rapidamente da isolare efficacemente il metallo sottostante. Comprendere questo film, il suo funzionamento e i pochi casi in cui non funziona permette di scegliere il grado di titanio senza procedere per tentativi.
Il film passivo e perché è particolare
Il titanio nudo si ossida immediatamente. Può sembrare un problema; è l'intero meccanismo di difesa. L'ossido che si forma è denso, ben aderente e chimicamente stabile e, soprattutto, è autoriparante: graffiarlo, inciderlo o lavorarlo meccanicamente e, purché sia presente una traccia di ossigeno o acqua, si riforma in millisecondi. Non esiste un lento intervallo di “ripassivazione” che una cricca possa sfruttare, ed è per questo che il titanio resiste a condizioni che provocano corrosione per vaiolatura e corrosione interstiziale nell'acciaio inossidabile.
È grazie a questo film che il commercialmente puro Titanio Grade 2 resiste ad acqua di mare, cloro umido, acidi ossidanti e alla maggior parte delle acque naturali quasi indefinitamente, anche in ambienti in cui l'acciaio inossidabile 316 cede senza segnali evidenti. Per i dettagli sugli impieghi marini e in acqua di mare, vedere titanio per impieghi marini e in acqua di mare.
| Proprietà del film passivo | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Composizione | Biossido di titanio (TiO2) |
| Spessore | Pochi nanometri |
| Quando si forma | Nell'istante in cui il metallo entra in contatto con aria o acqua |
| Comportamento dopo un danneggiamento | Si riforma in millisecondi purché sia presente una traccia di ossigeno o acqua |
| Conseguenza per la criccatura | Non esiste un intervallo di ripassivazione lenta che una cricca possa sfruttare |
Le tre condizioni critiche per il film
Lo strato passivo richiede condizioni adeguate per formarsi e mantenersi. Tre situazioni eliminano tali condizioni:
| Stato | Cosa accade | Regola pratica |
|---|---|---|
| Acidi fortemente riducenti (HCl, H₂SO₄, fosforico) senza un ossidante, soprattutto a caldo | Assenza di ossigeno per mantenere TiO₂; il film si assottiglia e il metallo si corrode | Passare a Grade 7 o Grade 12; verificare il limite di temperatura/concentrazione |
| Acido fluoridrico (HF) o fluoruro libero in servizio acquoso acido | Anche HF diluito può attaccare rapidamente il titanio; il fluoruro libero in acido può formare HF | TIMET non raccomanda il titanio per soluzioni contenenti HF o fluoruro al di sotto di pH 7. Il fluoruro completamente complessato, o il servizio con fluoruro diluito e ioni inibitori documentati, richiede una revisione separata della corrosione |
| Interstizi stretti in cloruri caldi | L'ossigeno scarseggia all'interno dell'interstizio. Secondo il manuale di corrosione TIMET, la corrosione interstiziale nelle salamoie di cloruri è poco probabile sotto 70 °C (158 °F), e negli interstizi stretti in salamoia quasi neutra diventa possibile per il titanio non legato a circa 93 °C (200 °F) e oltre; salamoie concentrate di cloruro di calcio o magnesio possono attaccare al di sotto del valore di 70 °C | Grade 7/12 per salamoie calde; prestare attenzione alla progettazione di guarnizioni e giunti |
Come gli elementi di lega correggono i punti deboli
È proprio per questo che esistono i gradi resistenti alla corrosione. Non rendono il titanio “più forte” contro l'acido con la sola resistenza del metallo: mantengono stabile il film passivo dove il titanio puro non riesce.
- Grade 7 (Ti-0.15Pd): una piccola aggiunta di palladio sposta il potenziale di corrosione del titanio nell'intervallo passivo, così il film resiste ad acidi riducenti e cloruri caldi che rimuoverebbero quello del Grade 2. Il costo aggiuntivo consente un intervallo di utilizzo sicuro molto più ampio negli impieghi chimici aggressivi.
- Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni): il molibdeno e il nichel migliorano la resistenza alla corrosione interstiziale a temperatura elevata a un costo inferiore rispetto a Grade 7, una scelta comune per salamoia calda e apparecchiature di processo con cloruri.
La scelta del grado riguarda prima la corrosione e poi la resistenza meccanica. Scegliere Grade 2 per una linea con HCl diluito caldo perché “il titanio resiste agli acidi” è il modo in cui un componente in titanio può cedere. La risposta corretta è Grade 7. Forniamo tubo Grade 7 (Ti-0.15Pd) e barre e materiale Grade 12 proprio per questi impieghi.
| Grado | Aggiunta | Azione indicata dalla guida |
|---|---|---|
| Grade 7 | Ti-0.15Pd | Una minima aggiunta di palladio sposta il potenziale di corrosione del titanio nell'intervallo passivo, così il film resiste negli acidi riducenti e nei cloruri caldi che lo rimuoverebbero dal Grade 2 |
| Grade 12 | Ti-0.3Mo-0.8Ni | Molibdeno e nichel migliorano la resistenza alla corrosione interstiziale a temperatura elevata con un costo inferiore a Grade 7, una scelta comune per apparecchiature di processo con salamoia calda e cloruri |
Quali informazioni fornire al fornitore per scegliere il grado corretto
- La composizione chimica: quale acido/fluido, concentrazione e presenza di eventuali ossidanti.
- Temperatura: la variabile più importante; un grado adatto a 25 °C potrebbe non esserlo a 90 °C.
- Eventuali fluoruri: indicare concentrazione, pH, temperatura e se il fluoruro è libero o completamente complessato. TIMET non raccomanda il titanio per soluzioni contenenti HF o fluoruro al di sotto di pH 7; il servizio con fluoruro diluito complessato o specificamente inibito richiede una revisione separata della corrosione.
- Geometria: interstizi, guarnizioni e giunti stretti modificano il rischio di corrosione interstiziale.
| Informazioni da fornire al fornitore | Dettaglio |
|---|---|
| La composizione chimica | Quale acido o fluido, la concentrazione e l'eventuale presenza di un ossidante |
| Temperatura | La variabile di gran lunga più importante; un grado adatto a 25 C potrebbe non esserlo a 90 C |
| Eventuali fluoruri | Indicare concentrazione, pH, temperatura e se il fluoruro è libero o completamente complessato. Non considerare automaticamente il titanio per soluzioni contenenti HF o fluoruro al di sotto di pH 7; esaminare separatamente i casi complessati o specificamente inibiti |
| Geometria | Interstizi, guarnizioni e giunti stretti modificano il rischio di corrosione interstiziale |
Inviare questi dati con la propria Inviare una richiesta e la selezione del grado deriva dall'ambiente, non da uno slogan commerciale.
FAQ
Il titanio è completamente immune alla corrosione?
No. Offre prestazioni eccellenti in ambienti ossidanti, neutri e contenenti cloruri grazie al film di ossido passivo, ma si corrode negli acidi fortemente riducenti senza un ossidante ed è attaccato dall'acido fluoridrico. Il grado e la temperatura determinano il limite.
Perché il titanio supera l'acciaio inossidabile in acqua di mare?
L'acciaio inossidabile si affida a un film di ossido di cromo soggetto a corrosione per vaiolatura e interstiziale in presenza di cloruri; il film di TiO₂ del titanio è molto più stabile nei cloruri e si ripara istantaneamente, resistendo così alla corrosione per vaiolatura e all'attacco interstiziale che compromettono il 316.
Si può usare il titanio con acido cloridrico o solforico?
Talvolta: dipende da concentrazione, temperatura e grado. Grade 2 presenta limiti; Grade 7 (Ti-0.15Pd) estende considerevolmente l'intervallo di sicurezza. Verificare sempre un diagramma di corrosione per le condizioni esatte e non utilizzare mai titanio con HF.
Il film di ossido si consuma?
Può essere rimosso meccanicamente (graffi, lavorazione meccanica), ma si riforma immediatamente ovunque siano presenti ossigeno o acqua. L'abrasione continua in un fluido privo di ossigeno è il caso insolito in cui la passività non riesce a mantenersi.
Cosa spiega il film passivo e cosa non spiega
Il film di ossido spiega perché il titanio si comporta in un certo modo in un determinato ambiente. Non determina se un articolo consegnato è accettabile, perché l'accettazione si basa sulla composizione e su risultati meccanici misurati anziché dedotti.
| Spiegato dal film | Definito dalla misurazione e dall'ordine |
|---|---|
| Perché il metallo è stabile in condizioni ossidanti | Limiti di composizione, riportati per colata |
| Perché gli acidi riducenti richiedono un grado diverso | Quale grado indica l'ordine, con il relativo numero UNS |
| Perché il danneggiamento superficiale è rilevante | Stato superficiale, indicato separatamente dallo stato di fornitura |
Come si ottengono i valori riportati alla base della scelta del grado
| Cosa viene riportato | Metodo richiamato dalla specifica | Cosa chiarisce la sua indicazione |
|---|---|---|
| Ossigeno e azoto | ASTM E1409 | Elementi interstiziali riportati su una base dichiarata |
| Idrogeno | ASTM E1447 | Determinati con un metodo indicato esplicitamente |
| Composizione della lega | ASTM E539 e ASTM E2371 | I metodi spettrometrici indicati nei documenti richiamati |
Indicare un metodo chiarisce come è stato ottenuto un valore. Non aggiunge un esame non richiesto dall'ordine, e un meccanismo, per quanto ben compreso, non costituisce un criterio di accettazione.
Dettagli delle specifiche con fonti
Gli intervalli di composizione chimica dei gradi di titanio resistenti alla corrosione sono definiti nelle tabelle della serie B ASTM e sono ristretti. ASTM B348 e B265 specificano Grade 7 (UNS R52400) con palladio da 0.12 a 0.25 per cento e Grade 12 (UNS R53400) con molibdeno da 0.2 a 0.4 per cento e nichel da 0.6 a 0.9 per cento, mentre Grade 16 (UNS R52402) a basso tenore di palladio contiene palladio da 0.04 a 0.08 per cento per servizi in cui è specificata un'aggiunta minore. Queste aggiunte di frazioni di per cento costituiscono l'intera differenza ingegneristica tra un film passivo che resiste all'acido riducente caldo e uno che si assottiglia.
Beiyu Titanium fornisce questi gradi resistenti alla corrosione nelle forme di prodotto in cui si presenta solitamente la questione del film: il programma di tubi comprende 10 gradi di titanio quotati secondo ASTM B338 per tubi e ASTM B861 e B862 per tubi senza saldatura e saldati, con i tubi per scambiatori Grade 2, 7, 9 e 12 trattati nella guida B338 di Beiyu compresi in tale gamma e i gradi 16 e 17 disponibili quando è specificata una composizione a basso tenore di palladio. Il tubo senza saldatura va da 5 a 325 mm di diametro esterno e il tubo saldato da 6.35 a 1219 mm; un giunto di scambiatore di piccolo diametro soggetto a corrosione interstiziale e un collettore di grande diametro possono quindi essere quotati dalla stessa scelta di grado in un'unica richiesta.
Inviare una richiesta di offerta tecnica
Per le richieste di offerta di titanio destinato ad ambienti corrosivi, includere grado, norma ASTM, fluido, temperatura, condizioni relative a cloruri o interstizi, dimensioni e requisiti documentali.