Scheda tecnica del titanio Grade 2 (CP, UNS R50400): proprietà e specifiche

Grade 2 commercially pure titanium round bar, UNS R50400, ASTM B348

Il titanio Grade 2 è titanio commercialmente puro (non legato), UNS R50400, Werkstoffnummer 3.7035. ASTM B265 e B348 prevedono una resistenza minima a trazione di 345 MPa (50 ksi) con un allungamento minimo del 20 per cento. È il più utilizzato dei quattro gradi commercialmente puri, poiché mantiene resistenza in esercizio e resistenza alla corrosione in acqua di mare, rimanendo formabile e saldabile.

Composizione chimica del titanio Grade 2

Questi limiti sono identici in ASTM B265 (nastro, lamiera sottile, lamiera spessa) e ASTM B348 (barra e billetta). Ogni valore è un massimo e il titanio non viene mai analizzato direttamente: le norme lo determinano per differenza. L'ossigeno distingue i gradi commercialmente puri, quindi 0,25 per cento è il valore caratterizzante.

Elemento Limite, percentuale in peso Ruolo
Azoto (N) 0.03 max Riduce la duttilità
Carbonio (C) 0.08 max Limita la formabilità
Idrogeno (H) 0.015 max Controllo dell'infragilimento
Ferro (Fe) 0.30 max Stabilizzante beta
Ossigeno (O) 0.25 max Determina la resistenza del grado CP
Residui, ciascuno 0.10 max Non intenzionale
Residui, totale 0.40 max Non intenzionale
Titanio (Ti) Resto Per differenza

Norma citata: ASTM B348 Tabella 1 e B265 Tabella 2, pubblicate in ASME SB-348 e SB-265. L'idrogeno viene riportato sul prodotto finito, non sul lingotto, e un limite più restrittivo di 0,015 per cento può essere concordato con lo stabilimento produttore.

Proprietà meccaniche del titanio Grade 2

Grade 2 prevede un intervallo specificato di carico di snervamento anziché un solo limite minimo, e soltanto per i prodotti piani. ASTM B265 impone un massimo per ogni grado commercialmente puro; ASTM B348 non lo prevede. ASTM B265 stabilisce un carico di snervamento allo 0,2 per cento da 275 a 450 MPa (40 a 65 ksi), con un limite superiore che il certificato del materiale deve rispettare. ASTM B348 per barre e billette mantiene il minimo di 275 MPa, non pubblica alcun massimo e aggiunge una strizione minima del 30 per cento che B265 non richiede. Anche la lunghezza di riferimento cambia: 2 in. (50 mm) in B265, 4D in B348.

Proprietà ASTM B265 (nastro, lamiera sottile, lamiera spessa) ASTM B348 (barra, billetta)
Resistenza a trazione, min 345 MPa / 50 ksi 345 MPa / 50 ksi
Carico di snervamento, allo 0,2% da 275 a 450 MPa / 40 a 65 ksi (intervallo) 275 MPa / 40 ksi min (nessun massimo)
Allungamento, min 20% su 2 in. (50 mm) 20% su 4D
Strizione, min Non specificato 30%
Prova di piegatura, raggio del mandrino 2T sotto 1.8 mm; 2.5T per 1.8 a 4.75 mm Non applicabile
Limite della tabella Condizione non ricotta o lamiera spessa oltre 25 mm previo accordo Sezioni longitudinali fino a 76 mm e 64,5 cm²; maggiori previo accordo

Grade 2H è lo stesso materiale certificato con una resistenza minima a trazione garantita superiore, pari a 400 MPa (58 ksi), per recipienti a pressione. Oltre le dimensioni di sezione della tabella, le proprietà sono oggetto di accordo tra stabilimento produttore e acquirente, quindi una billetta forgiata massiccia viene quotata diversamente da una barra da 20 mm. I dettagli sono nella guida alle barre e billette ASTM B348 e Guida alle lamiere sottili e alle lamiere spesse ASTM B265.

I minimi specificati non corrispondono a ciò che uno stabilimento produttore fornisce. I valori riportati a temperatura ambiente per Grade 2 ricotto sono prossimi a 483 MPa (70 ksi) di resistenza a trazione, 352 MPa (51 ksi) di carico di snervamento e 28 per cento di allungamento. La resistenza cala nettamente con il calore: Rolled Alloys pubblica una resistenza a trazione di 283 MPa a 200 degrees C e 186 MPa a 400 degrees C.

Proprietà fisiche del titanio Grade 2

Proprietà Metrico Imperiale
Densità 4,51 g/cm³ 0.163 lb/in³
Punto di fusione circa 1660 C (le fonti indicano da 1649 a 1671 C) circa 3020 F (3000 a 3040 F)
Modulo di elasticità 105 GPa 15.2 x 10&sup6; psi
Coefficiente di Poisson 0.32 0.32
Conducibilità termica a 20 C da 20 a 22 W/m·K da 11.6 a 12.7 BTU/hr·ft·F
Capacità termica specifica 520 J/kg·K 0.124 BTU/lb·F
Coefficiente di dilatazione termica 8.6 x 10⁻&sup6; /K (0 a 100 C) 4.8 µin/in·F (68 a 212 F)
Resistività elettrica da 0.48 a 0.53 µΩ·m da 19 a 21 µΩ·in
Durezza Non è un requisito di B265 o B348. I valori tipici pubblicati sono prossimi a 150 HB o 160 a 200 HV.

Due voci richiedono una cautela, non un numero ordinato. La conducibilità termica pubblicata si distribuisce da circa 16 a 22 W/m·K a seconda della fonte e della base di temperatura, e la resistività elettrica mostra la stessa dispersione, quindi il dimensionamento deve usare il valore che il codice di progetto adottato sostiene. La durezza è la trappola più comune: né la B265 né la B348 hanno una colonna per la durezza, quindi un valore di durezza non può essere respinto in base a quelle norme e richiede una prova supplementare nell’ordine. I valori per ogni qualità si trovano su durezza del titanio per qualità.

Per approfondire: Il titanio è magnetico? presenta i valori di permeabilità per grado e spiega perché ASTM B265 e B348 non li verificano.

Resistenza alla corrosione del titanio Grade 2

Grade 2 deve il proprio comportamento a una pellicola di biossido di titanio che si riforma quasi istantaneamente ovunque sia presente una traccia di umidità o ossigeno, offrendo un'immunità quasi totale nei cloruri e nei mezzi ossidanti e prestazioni soltanto moderate negli acidi riducenti. I valori seguenti provengono dal manuale di corrosione TIMET, che elenca il titanio non legato come TIMETAL 50A.

Mezzo e condizione Comportamento di Grade 2 Commento
Acqua di mare a temperatura ambiente, a bassa profondità 3.15 x 10⁻⁵ mpy (0.8 x 10⁻⁶ mm/y) Inferiore a qualsiasi sovraspessore di corrosione
Acqua di mare profonda, 720 a 2070 m inferiore a 0.010 mpy (0.00025 mm/y) Nessun attacco misurabile
Limite di temperatura dell'acqua di mare Resiste fino a 260 C (500 F) Riferito alla corrosione generalizzata
Velocità dell'acqua di mare Nulla fino a 7.6 m/s; 0.3 mpy a 36.6 m/s Impiego in condensatori e circuiti di acqua di servizio
Acido nitrico al 90% in ebollizione, superficie metallica a 116 C da 1.1 a 6.6 mpy (0.03 a 0.17 mm/y) Type 304L nella stessa prova: 150 a 518 mpy
Cloro umido, 10 a 88 C Da nulla a 0.02 mpy (0.001 mm/y) Il contenuto d'acqua protegge la pellicola
Cloro secco, 30 C Attacco rapido e ignizione Esclusione assoluta
Salamoia satura di NaCl, da 21 C all'ebollizione Nulla Solo corrosione generalizzata
Acido cloridrico, temperatura ambiente Utilizzabile fino a circa 7% HCl Grade 12 circa 9%, Grade 7 circa 27%
Acido solforico, temperatura ambiente Utilizzabile fino a circa 5% (circa 20% a 0 C) Grade 7 circa 45%
Acido solforico in ebollizione Velocità elevate già a partire da 0,5% Grade 12 circa 1%, Grade 7 circa 7%
Acido fluoridrico Attacca la pellicola di ossido Non idoneo

Questi limiti per gli acidi si collocano sulle curve di isocorrosione a 5 mpy (0,127 mm/y). Gli ioni disciolti ferrici, rameici, di nichel e di molibdeno passivano il titanio nei confronti dell'acido cloridrico, quindi i fluidi di processo reali sono spesso meno aggressivi di quanto suggeriscano i dati sull'acido puro.

Grade 2, Grade 12 and Grade 7 titanium acid concentration limits on the 5 mpy iso-corrosion line, and the crevice corrosion thresholds in brine and seawater
Limiti di concentrazione sulla curva di isocorrosione a 5 mpy e soglia di corrosione interstiziale che determina il passaggio da Grade 2 a Grade 12 o Grade 7.

Quando passare da Grade 2 a Grade 7 o Grade 12

Il punto di passaggio è la corrosione interstiziale, non quella generalizzata. In salamoia quasi neutra, l'attacco interstiziale sul titanio non legato diventa possibile a circa 93 degrees C (200 F) ed è improbabile sotto 70 degrees C (158 F); in acqua di mare la soglia è superiore a 82 degrees C (180 F). Un pH inferiore e concentrazioni elevate di calcio o magnesio abbassano la temperatura di innesco.

  • Grade 12 (UNS R53400, 0,3% Mo, 0,8% Ni): nessun attacco in salamoie sature neutre sopra 316 degrees C (600 F) nelle prove di laboratorio, resistenza alla corrosione interstiziale fino a circa pH 3. La scelta per salamoie calde e impieghi geotermici.
  • Grade 7 (UNS R52400, Grade 2 con aggiunta di 0.12 a 0.25% Pd): migliore di Grade 12 sotto pH 3 e soluzione per gli acidi riducenti a circa 27% HCl e 45% di acido solforico a temperatura ambiente.
  • Mantenere Grade 2 per l'impiego in acqua di mare e negli scambiatori di calore al di sotto delle soglie di corrosione interstiziale, per acidi ossidanti come il nitrico e il cromico e per cloro umido e cloruri neutri.

Grade 1 e Grade 2 sono sostanzialmente immuni alla tensocorrosione in acqua di mare, anche se i gradi non legati con ossigeno superiore a 0,2 per cento possono esserne suscettibili. Non è stato segnalato alcun caso di attacco microbiologicamente influenzato sul titanio, eliminando una modalità di cedimento alla base di molte scelte relative alle tubazioni inossidabili.

Grade 2 titanium sheet and plate to ASTM B265 for chemical and marine service
I prodotti piani ASTM B265 e le barre ASTM B348 non hanno requisiti di accettazione identici; la forma determina quale tabella applicare.

Norme e forme di prodotto

Grade 2 viene specificato in base alla forma del prodotto, non al materiale. Indicare una norma ASTM errata è una causa comune di rifiuto del certificato del materiale: le prove di accettazione differiscono tra le norme per lamiere spesse e barre anche quando la composizione chimica è identica.

Forma del prodotto ASTM ASME Altro
Nastro, lamiera sottile, lamiera spessa B265 SB-265 AMS 4902
Barra e billetta B348 SB-348 –
Tubo, senza saldatura e saldato B338 SB-338 AMS 4941 saldato, AMS 4942 senza saldatura
Tubo senza saldatura B861 SB-861 –
Tubo saldato B862 SB-862 –
Pezzi forgiati B381 SB-381 –
Filo B863 – AMS 4951, filo per saldatura AWS A5.16 ERTi-2
Raccordi B363 SB-363 –
Getti B367 SB-367 –
Materiale per impianti chirurgici F67 – ISO 5832-2
Designazione europea Werkstoffnummer 3.7035, indicato come Ti2 o Titan Grade 2

Designazione francese: Un disegno francese può indicare questo grado come T40, il codice francese del grado scritto UNS R50400 in ASTM e Werkstoffnummer 3.7035 in EN e DIN.

I numeri ASME SB contano quando il componente rientra in un codice per apparecchi a pressione: SB-265, SB-338, SB-348, SB-363, SB-367, SB-381, SB-861 e SB-862 sono le versioni della Section II Part B delle corrispondenti specifiche ASTM, mentre il filo B863 non ha un equivalente SB e un recipiente con marcatura del codice richiede il numero SB.

Grade 2 rispetto a Grade 5 e Grade 1

Proprietà (riferimento ASTM B265) Grade 1 (R50250) Grade 2 (R50400) Grade 5 (R56400)
Resistenza a trazione, min 240 MPa / 35 ksi 345 MPa / 50 ksi 895 MPa / 130 ksi
Carico di snervamento allo 0,2% 138 a 310 MPa da 275 a 450 MPa 828 MPa min
Allungamento, min 24% 20% 10%
Ossigeno, max 0.18% 0.25% 0.20%
Ferro, max 0.20% 0.30% 0.40%
Elementi di lega Nessuno Nessuno 5.5 a 6.75% Al, 3.5 a 4.5% V
Densità 4,51 g/cm³ 4,51 g/cm³ 4,43 g/cm³

Grade 1 ottiene duttilità con meno ossigeno, 24 per cento di allungamento rispetto a 20, a fronte di 105 MPa in meno di resistenza minima a trazione. È adatto all'imbutitura profonda e alla placcatura per esplosione, non alle sezioni strutturali. Grade 5 appartiene a una classe di materiali diversa: Ti-6Al-4V offre circa 2.6 volte la resistenza minima a trazione, ma scende al 10 per cento di allungamento, è più difficile da saldare e non migliora la resistenza alla corrosione negli acidi riducenti, dove TIMET lo colloca al di sotto del titanio non legato. Vedere Titanio Grade 2 e Grade 5 a confronto e la guida al confronto dei gradi di titanio. Regola pratica: i componenti sotto carico passano a Grade 5, quelli a contatto con il fluido restano in Grade 2, passando se necessario a Grade 7 o 12.

Applicazioni

Grade 2 è la scelta predefinita quando l'esigenza riguarda la corrosione anziché il carico: scambiatori di calore a fascio tubiero, rivestimenti di reattori, colonne, tubazioni e corpi valvola negli impianti chimici; tubi per condensatori, tubazioni per acqua di servizio e componenti interni di dissalazione per linee flash multistadio e a osmosi inversa; piastre tubiere per centrali elettriche, spesso come lamiera spessa placcata su acciaio al carbonio. Altri impieghi comprendono lo sbiancamento con biossido di cloro nell'industria della cellulosa e della carta, cestelli anodici e telai galvanici, componenti offshore per idrocarburi e superfici di processo farmaceutico. Grade 2 viene utilizzato anche per strumenti chirurgici e parti implantari non portanti secondo ASTM F67 e ISO 5832-2.

Per serbatoi, tubazioni, valvole e ugelli a contatto con il prodotto, la guida alle parti in titanio a contatto con il fluido mostra come liquido, ciclo di lavaggio, geometria degli interstizi e giunti tra metalli diversi delimitano la scelta del materiale.

Come specificare il titanio Grade 2 in un ordine

Una richiesta contenente questi otto elementi consente di formulare l'offerta e la certificazione in un unico passaggio. Una voce che riporti soltanto “barra di titanio Grade 2” non lo consente: lo stabilimento produttore non sa quale norma il certificato debba soddisfare.

  1. Grado e numero UNS. Grade 2, UNS R50400. Aggiungere 3.7035 su un disegno europeo e indicare Grade 2H se un componente a pressione richiede il minimo garantito di 400 MPa.
  2. Norma. Il numero ASTM o ASME corrispondente alla forma, ad esempio ASTM B348 per la barra o ASME SB-265 per la lamiera spessa conforme al codice. Questo determina se si applicano il limite superiore di snervamento di 450 MPa e la strizione del 30 per cento.
  3. Forma del prodotto. Barra tonda, blocco forgiato, lamiera spessa, lamiera sottile, tubo senza saldatura, tubo saldato, filo o anello.
  4. Dimensioni. Diametro o spessore, larghezza, lunghezza a misura. Per il tubo indicare diametro esterno e spessore di parete, non la dimensione nominale del tubo.
  5. Tolleranza. Tolleranza ordinaria dello stabilimento produttore secondo la tabella ASTM, oppure un valore più restrittivo come h9 o con scostamento superiore nullo.
  6. Condizione. Ricotto è la normale condizione di fornitura. Indicarla e aggiungere la distensione per i componenti ricavati mediante lavorazione meccanica da sezioni massicce.
  7. Superficie. Laminata a caldo e disossidata, decapata, rettificata, tornita, rettificata senza centri o lucidata.
  8. Certificato. EN 10204 3.1 con tracciabilità tramite il numero di colata, oltre agli eventuali requisiti supplementari non previsti dalla norma di base: durezza, controllo a ultrasuoni, limite più restrittivo dell'idrogeno.

Beiyu Titanium fornisce Grade 2 secondo specifiche ASTM e AMS. Quando sono richieste documentazione EN 10204 3.1 e tracciabilità della colata o del lotto, indicare nella richiesta di offerta i risultati richiesti e i campi di tracciabilità; Beiyu conferma quanto disponibile nell'offerta e nell'ordine d'acquisto. Le dimensioni e il formato della richiesta sono nella Barra di titanio Grade 2 pagina.

Il titanio Grade 2 arrugginisce?

No. La ruggine è ossido di ferro e Grade 2 contiene al massimo 0,30 per cento di ferro. Si forma invece una pellicola di biossido di titanio che si ripristina quasi istantaneamente ovunque sia presente una traccia di umidità o ossigeno, quindi un graffio non diventa un punto di corrosione. La pellicola ha dei limiti: l'acido fluoridrico la attacca direttamente, il cloro secco provoca attacco rapido e ignizione a 30 degrees C e gli interstizi in acqua di mare sopra circa 82 degrees C ne causano la degradazione locale.

Il titanio Grade 2 è magnetico?

Il titanio Grade 2 è paramagnetico, con permeabilità magnetica relativa solo marginalmente superiore a 1.0, quindi la prassi ingegneristica lo considera non magnetico. Non trattiene un magnete e non altera i campi vicini in misura rilevante per strumentazione, ambienti MRI o alloggiamenti di sensori. La permeabilità non viene verificata da B265 o B348, quindi un limite dichiarato richiede una prova supplementare nell'ordine.

Il titanio Grade 2 è titanio puro?

È commercialmente puro, non chimicamente puro. Le norme non analizzano mai direttamente il titanio: limitano gli elementi interstiziali e il ferro, quindi determinano il titanio per differenza, collocandolo sopra 98,9 per cento secondo i limiti ASTM B265. L'ossigeno svolge il ruolo principale nella progressione dei gradi: Grade 1 è limitato a 0,18 per cento, Grade 2 a 0,25 per cento e Grade 3 a 0,35 per cento, motivo per cui i minimi di resistenza a trazione salgono da 240 a 345 a 450 MPa.

Come si confronta il titanio Grade 2 con l'acciaio inossidabile 316L?

Grade 2 è circa il 44 per cento più leggero, con 4,51 g/cm³ rispetto a circa 7,98 g/cm³, e parte da un carico di snervamento specificato superiore, 275 MPa minimo rispetto a 170 MPa per la lamiera spessa 316L secondo ASTM A240. La differenza decisiva è il comportamento nei cloruri: Grade 2 non mostra sostanzialmente corrosione misurabile in acqua di mare a temperatura ambiente, mentre l'inossidabile austenitico è soggetto a corrosione per vaiolatura e tensocorrosione da cloruri. Negli acidi riducenti l'ordine si inverte, poiché Grade 2 si ferma a circa il 7 per cento di acido cloridrico e la soluzione in titanio in tale caso è Grade 7.

Dettagli delle specifiche con fonti

In condizione ricotta, Grade 2 (UNS R50400) deve soddisfare una resistenza a trazione minima di 345 MPa (50 ksi), un carico di snervamento tra 275 e 450 MPa e un allungamento minimo del 20%, secondo ASTM B265, Table 2; ASTM B348 applica lo stesso minimo di trazione di 345 MPa a barra e billetta.

I limiti degli interstiziali definiscono il grado: l'ossigeno è limitato a 0,25% e il ferro a 0,30% secondo ASTM B265, Tabella 1. La densità è 4,51 g/cm³ (ASM Handbook, Vol. 2), e la designazione europea Werkstoff 3.7035 nella DIN 17850 comprende la composizione non legata equivalente.

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