Il titanio non arrugginisce, ma si corrode. Sono due affermazioni diverse ed entrambe vere. L'arrugginimento è una reazione del ferro e nel titanio non esiste una fase ferrosa in cui possa avvenire, per cui qui manca il meccanismo che produce la scaglia arancione che consuma l'acciaio al carbonio. Corrosione è il termine più ampio, e per il titanio esiste un breve elenco di ambienti che superano il suo film passivo. La parte utile della risposta è che l'elenco è breve e i suoi limiti sono quantificati.
Perché il titanio resiste alla corrosione
Il titanio è un metallo reattivo. Lasciato scoperto si ossida quasi istantaneamente, ed è proprio questo il punto: la reazione produce un film sottile e fortemente aderente di biossido di titanio che arresta la reazione. Se viene graffiato in presenza di ossigeno o acqua, si riforma quasi subito. Ogni risposta sulla corrosione riportata sotto riguarda in realtà la possibilità che l'ambiente consenta a quel film di ripristinarsi.
Questo spiega anche il comportamento che sorprende. Il titanio si comporta meglio in condizioni ossidanti e peggio negli acidi riducenti caldi, dove è disponibile meno ossigeno per ricostruire il film. La resistenza alla corrosione del titanio non è quindi una singola proprietà con un solo valore; è il comportamento di quel film in un ambiente definito.
I tre ambienti che attaccano effettivamente il titanio
| Ambiente | Cosa accade | Dove si colloca il limite | Il grado adatto |
|---|---|---|---|
| Acidi riducenti, come cloridrico e solforico | Il film non riesce a ripristinarsi e la corrosione generalizzata procede | Dipende da concentrazione e temperatura; gli ioni metallici inibitori spostano notevolmente il limite, vedere sotto | Grade 7, titanio con palladio |
| Cloruri caldi in un interstizio stretto | La composizione chimica all'interno dell'interstizio diventa acida e il film si degrada localmente, mentre la superficie esposta rimane brillante | Temperatura suddivisa per fasce nella tabella sotto | Grade 12 per salamoia calda, Grade 7 quando l'interstizio è anche acido |
| Acido fluoridrico e soluzioni acide contenenti fluoruro libero | Attacca direttamente il film passivo, anche a concentrazione molto bassa | Generalmente non è un problema di selezione del grado; occorre verificare la speciazione del fluoruro e ogni effetto inibitore dimostrato | Generalmente nessuno dei gradi di titanio; occorre cambiare il materiale o il fluoruro |
Questi tre casi coprono la maggior parte delle domande sulla corrosione che arrivano all'ufficio richieste. Acqua di mare, cloro umido, cloruri su superfici esposte e la maggior parte delle acque di processo sono ambienti in cui il titanio viene scelto proprio perché non si corrode. Un mezzo non nominato in questa pagina va verificato rispetto ai dati di corrosione anziché essere assegnato per ipotesi a una di queste righe.
Corrosione interstiziale, fascia per fascia
Questo è il caso da comprendere correttamente, perché il cedimento è locale e il resto del pezzo appare perfetto. I valori sotto si riferiscono al titanio non legato in interstizi acuti in salamoia satura di cloruro di sodio prossima alla neutralità. La precisazione geometrica non è decorativa; è ciò a cui si applica il valore.
| Temperatura | Che cosa afferma la fonte per il titanio non legato in interstizi acuti |
|---|---|
| Sotto 70 °C (158 °F) | L'attacco interstiziale è improbabile |
| Circa 93 °C (200 °F) e oltre | L'attacco interstiziale diventa possibile |
La fonte non fornisce alcun valore tra questi due punti e non ne inventeremo uno. Possiamo indicare dove la scelta del grado inizia a essere determinante: la nostra pagina su Grade 12 colloca l'inizio pratico per gli interstizi stretti a circa 70-80 °C, per cui oltre 70 °C in un interstizio stretto occorre verificare la composizione chimica anziché presumere l'idoneità di Grade 2.
Due fattori possono abbassare la temperatura di inizio, ed entrambi sono comuni nell'esercizio reale: pH inferiore e alte concentrazioni di ioni calcio o magnesio. Una salamoia che sembra rientrare nei limiti considerando la sola temperatura può risultarne fuori una volta noti pH e durezza, motivo per cui una richiesta deve riportare la composizione chimica e non soltanto la temperatura di esercizio.
A quel punto la scelta del grado si biforca. Grade 12 estende la resistenza interstiziale utile ben oltre il limite di Grade 2, con segnalazioni nella letteratura sulla corrosione di resistenza interstiziale utile oltre 250 °C in salamoia ad alta temperatura. È un valore orientativo tratto dalla letteratura, non una garanzia di progetto. Ma Grade 12 non è un grado per acidi riducenti: sotto circa pH 3 il suo vantaggio si riduce e Grade 7 diventa la scelta corretta. Caldo e acido è un problema diverso da caldo e neutro, e richiedono gradi diversi.
L'effetto inibitore, dove i numeri diventano utili
L'impiego in acidi riducenti non comporta un verdetto fisso, perché piccole quantità di ioni metallici multivalenti inibiscono la corrosione del titanio nell'acido cloridrico, e i flussi di processo spesso li contengono già. Nelle prove TIMET a 200 °F (93 °C) con aggiunta di 2 g/l di cloruro ferrico, l'acido cloridrico diluito produce velocità di corrosione che sarebbero accettabili in esercizio per due dei tre gradi.
| Stato | Non legato, Grade 2 | Grade 12 | Contenente palladio, Grade 7 |
|---|---|---|---|
| 3 per cent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.2 mpy | 1.0 mpy | 0.1 mpy |
| 4 per cent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.4 mpy | 2.0 mpy | 0.3 mpy |
Leggere la colonna Grade 12 prima di presumere che i gradi seguano un ordine fisso. In questo acido Grade 12 è cinque volte peggiore del semplice Grade 2, non migliore. Grade 12 offre resistenza interstiziale nella salamoia calda neutra; non è un grado per acidi riducenti e una regola di selezione che tratti i gradi come un'unica scala da Grade 2 a Grade 7 porterà qui alla scelta sbagliata.
Si tratta di velocità di corrosione nell'intervallo normalmente considerato trascurabile, in un acido che altrimenti costituirebbe una chiara esclusione. La conseguenza pratica è che un'analisi del flusso che rilevi ioni ferrici o rameici può cambiare la scelta del grado e talvolta stabilire se il titanio sia ammissibile o meno.
La fonte mette in relazione tale effetto inibitore con il contenuto di ioni ferrici; pertanto, le equivalenze sono importanti nella lettura di un'analisi del flusso:
| Contenuto di ioni ferrici | Cloruro ferrico equivalente |
|---|---|
| 30 ppm | 0.0087 per cent |
| 60 ppm | 0.0174 per cent |
| 75 ppm | 0.0218 per cent |
| 125 ppm | 0.0362 per cent |
Domande di approfondimento comuni
Quindi il titanio arrugginisce oppure no? Non nel senso letterale del termine. ASTM B348 limita il ferro in Grade 2 a 0,30 per cento come residuo, e a quel livello è in soluzione nel titanio anziché presente come fase ferrosa separata necessaria all'arrugginimento. Le macchie arancioni su un pezzo in titanio sono quindi contaminazione anziché ruggine del titanio, ma non sono un problema estetico: il ferro trasferito su una superficie di titanio durante la movimentazione è un punto di partenza documentato per l'attacco localizzato in esercizio, motivo per cui si evita il contatto del materiale con l'acciaio al carbonio e il rimedio consiste nel rimuovere il ferro mediante decapaggio, anziché ignorarlo o rifiutare il materiale.
Il titanio si corrode in acqua di mare? Non nell'impiego in acqua di mare su superfici esposte, che è una delle applicazioni per cui viene specificato. La precisazione riguarda la geometria degli interstizi anziché l'acqua di mare stessa: giunti flangiati, superfici delle guarnizioni, interstizi tubo-piastra tubiera e depositi sotto incrostazioni sono i punti in cui le fasce di temperatura sopra diventano rilevanti.
Il titanio si corrode più rapidamente dell'acciaio inossidabile? Negli impieghi con cloruri e in condizioni ossidanti in cui il titanio viene specificato al posto dell'inossidabile, no, ed è di solito il motivo per cui il titanio compare sul disegno. Negli acidi riducenti caldi nessuno dei due è una risposta predefinita e il grado va scelto in base al flusso. Il confronto è illustrato nella pagina titanio e acciaio inossidabile a confronto.
Il contatto galvanico corrode il titanio? Non per corrosione del titanio. Il titanio è il metallo più nobile nella maggior parte delle coppie pratiche, per cui l'altro metallo subisce l'attacco maggiore. Il rapporto tra le aree determina la gravità per l'altro metallo, e un piccolo pezzo in acciaio al carbonio o inossidabile imbullonato a una grande superficie in titanio è la configurazione da evitare.
Un certificato può confermare il comportamento alla corrosione? No. ASTM B265, B338 e B348 stabiliscono composizione chimica, proprietà meccaniche e dimensioni. Il comportamento alla corrosione deriva dal grado e dall'ambiente e, quando è richiesta una prova di corrosione, questa viene concordata nell'ordine anziché dedotta dalla specifica.
Dettagli delle specifiche con fonti
Le fasce di corrosione interstiziale citate sopra sono i valori che Beiyu Titanium pubblica nella propria pagina sui componenti in titanio a contatto con il fluido, tratto dal manuale TIMET sulla corrosione: l'attacco interstiziale sul titanio non legato in interstizi stretti in salamoia satura di cloruro di sodio quasi neutra diventa possibile a circa 93 °C (200 °F) e oltre ed è improbabile sotto 70 °C (158 °F), mentre un pH inferiore o concentrazioni elevate di ioni calcio o magnesio possono abbassare la temperatura di innesco. Le velocità in acido cloridrico a 200 °F con 2 g/l di cloruro ferrico, 0.2, 1.0 e 0.1 mpy al 3 per cento di acido e 0.4, 2.0 e 0.3 mpy al 4 per cento di acido rispettivamente per Grade 2, Grade 12 e Grade 7, e le equivalenze degli ioni ferrici di 30 ppm a 0.0087 per cento, 60 ppm a 0.0174 per cento, 75 ppm a 0.0218 per cento e 125 ppm a 0.0362 per cento sono i dati TIMET riportati nella pagina sugli acidi riducenti per Grade 7, dove le equivalenze derivano dalla linea di isocorrosione a 5 mpy per il titanio non legato di quella fonte. Il dato di Grade 12 sulla resistenza interstiziale utile riportata oltre 250 °C in salamoia ad alta temperatura, che quella stessa pagina definisce un valore orientativo tratto dalla letteratura sulla corrosione anziché una garanzia di progetto, e il limite di pH 3 sotto il quale si preferisce il grado al palladio sono riportati nella pagina su Grade 12 in salamoia calda. La riga relativa all'acido fluoridrico, compresa l'indicazione che il titanio in genere non è il materiale adatto e che occorre verificare la speciazione dei fluoruri e qualsiasi effetto inibitore dimostrato, è quella riportata nella stessa pagina sulle parti a contatto con il fluido.
Che cosa deve contenere la richiesta
Non si può rispondere a una domanda sulla corrosione basandosi soltanto sul grado, e le informazioni mancanti sono prevedibili. Indicare il mezzo e la sua concentrazione, la temperatura del metallo anziché quella del fluido nel suo insieme, il pH, il livello di cloruri, l'eventuale presenza significativa di calcio o magnesio, l'eventuale presenza di ioni metallici inibitori nel flusso e la presenza nel progetto di interstizi stretti come superfici delle guarnizioni o giunzioni tubo-piastra tubiera. Con questi dati si determina il grado e si può costruire l'offerta. Beiyu Titanium fornisce titanio Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 e 23 sotto forma di barre, lamiere spesse, lamiere sottili, tubi e pezzi forgiati secondo specifiche ASTM e AMS, con certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 in base all'ambito dell'ordine.