Per la maggior parte degli impieghi in acqua di mare a temperatura ambiente, il titanio commercialmente puro Grade 2 (UNS R50400) è la scelta predefinita, perché il titanio forma un film passivo di ossido stabile che non si corrode in acqua contenente cloruri. Quando il servizio avviene a caldo (indicativamente oltre 70 a 80 C), comporta interstizi stretti o salamoia concentrata, passare a Grade 7 (UNS R52400) o Grade 12 (UNS R53400), che resistono alla corrosione interstiziale in tali condizioni. Quando il pezzo deve sostenere un carico strutturale, utilizzare Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) oppure, per pezzi critici rispetto alla frattura e di classe implantare, Grade 23 ELI (UNS R56407 secondo la serie ASTM B, R56401 secondo ASTM F136).
Beiyu Titanium fornisce questi gradi secondo ASTM B265, B338 e B348 in funzione della forma di prodotto ordinata. Quando sono richieste documentazione EN 10204 3.1 e tracciabilità tramite il numero di colata o del lotto, indicare nella richiesta di offerta l'ambito dei dati da riportare.
Perché si utilizza il titanio in acqua di mare
Il titanio resiste all'acqua di mare perché forma sulla superficie un film di ossido sottile e autoriparante (principalmente TiO2), non perché sia nobile. Il film si riforma quasi istantaneamente se viene graffiato, purché sia presente ossigeno. Nell'acqua di mare ossigenata il film rimane intatto nell'intero intervallo di pH e in un ampio intervallo di temperatura; per questo il titanio viene prescritto per condensatori, scambiatori di calore, impianti di dissalazione, riser offshore, pompe, valvole e tubazioni per acqua di mare dove le leghe di rame, gli acciai inossidabili e persino alcune leghe di nichel subiscono corrosione per vaiolatura o cedono.
Il film ha un limite: negli ambienti in cui l'ossigeno non può raggiungere la superficie per ripararlo, la protezione può venir meno localmente. Questo singolo fatto determina quasi tutte le scelte di grado riportate di seguito.
Le quattro variabili che determinano effettivamente il grado
Un grado di titanio per impiego marino non si sceglie in base a “quanto è corrosiva l'acqua”. Si sceglie in base a quattro variabili di esercizio:
| Servizio | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Temperatura | L'acqua di mare fredda e a temperatura ambiente non presenta difficoltà per nessun grado di titanio. Nell'acqua di mare calda e nella salamoia calda il titanio commercialmente puro inizia a mostrare attacchi interstiziali. |
| Interstizi | Le superfici delle guarnizioni, le giunzioni tubo-piastra tubiera, i giunti sovrapposti, i depositi, le incrostazioni biologiche e gli anelli di supporto della saldatura creano tutti interstizi poveri di ossigeno. La corrosione interstiziale, anziché la corrosione generale, è la modalità di cedimento abituale del titanio in presenza di cloruri. |
| Concentrazione di cloruri | L'acqua di mare aperta contiene circa 3,5 per cento di sali disciolti. Evaporatori, salamoia di scarico e stadi di dissalazione la concentrano ben oltre questo valore, abbassando la temperatura alla quale può iniziare l'attacco interstiziale. |
| Carico meccanico | Elementi di fissaggio, alberi, molle e componenti strutturali richiedono una resistenza che i gradi commercialmente puri non possiedono, rendendo necessario il ricorso ai gradi legati. |
Scegliere il grado in base alla combinazione peggiore di queste quattro variabili che il componente incontrerà effettivamente, non alla media.
I singoli gradi per impiego marino
Grade 2 (UNS R50400): la scelta predefinita
Titanio commercialmente puro, il materiale di uso più comune per l'acqua di mare. Eccellente resistenza alla corrosione generale in acqua ossigenata contenente cloruri, buona saldabilità e buona formabilità. I minimi ASTM sono 345 MPa di resistenza a trazione e 275 MPa di carico di snervamento (confermati nel certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 per ogni colata). Grade 2 è la scelta corretta per tubi di scambiatori di calore e condensatori ad acqua di mare a temperatura ambiente e moderata, lamiere sottili e lamiere spesse per serbatoi e rivestimenti, e tubazioni generiche. Il limite è costituito da cloruri concentrati caldi in condizioni favorevoli agli interstizi: negli interstizi stretti, Grade 2 può iniziare a subire corrosione interstiziale quando la temperatura del metallo supera indicativamente 70 a 80 C.
Grade 7 (UNS R52400): il grado resistente alla corrosione interstiziale
Grade 7 è titanio commercialmente puro con una piccola aggiunta di palladio (circa 0.12 a 0.25 per cento). Dal punto di vista meccanico corrisponde a Grade 2 (minimi di 345 MPa di resistenza a trazione e 275 MPa di carico di snervamento), quindi viene prescritto esclusivamente per la corrosione. Il palladio porta il metallo nella regione passiva in condizioni riducenti e povere di ossigeno, esattamente quelle create da un interstizio. Grade 7 innalza la temperatura di innesco della corrosione interstiziale in presenza di cloruri caldi e acidi riducenti ben oltre il limite di sicurezza di Grade 2. Utilizzarlo per salamoia calda, cloruri concentrati, contaminazione da acidi riducenti, e giunzioni con guarnizioni o tubo-piastra tubiera che operano a caldo. È il più costoso dei gradi resistenti alla corrosione a causa del palladio.
Grade 12 (UNS R53400): il grado con un equilibrio tra costo e resistenza interstiziale
Grade 12 è una lega di titanio a basso tenore di elementi di lega con circa 0,3 per cento di molibdeno e 0,8 per cento di nichel. I minimi ASTM sono 483 MPa di resistenza a trazione e 345 MPa di carico di snervamento, quindi offre sia maggiore resistenza meccanica rispetto a Grade 2 sia maggiore resistenza alla corrosione interstiziale nei cloruri caldi, a un costo inferiore rispetto a Grade 7 contenente palladio. È ampiamente prescritto per dissalazione, gestione di salamoia calda e apparecchiature di processo con cloruri dove Grade 2 è al limite ma non sono richieste tutte le prestazioni di Grade 7. Per molti scambiatori di calore ed evaporatori ad acqua di mare calda, Grade 12 è la scelta intermedia pratica.
Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400): quando il componente sostiene un carico
Grade 5 è la lega ad alta resistenza, con minimi ASTM di 895 MPa di resistenza a trazione e 828 MPa di carico di snervamento. La resistenza alla corrosione generale in acqua di mare è buona, anche se la tolleranza agli interstizi nei cloruri caldi è inferiore a quella di Grade 7 o Grade 12; viene quindi scelto per la resistenza meccanica, non per le condizioni di corrosione più aggressive. Gli impieghi marini tipici sono elementi di fissaggio, alberi, componenti interni di pompe e valvole, molle e componenti strutturali che devono essere leggeri e resistenti alla corrosione.
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56407 industriale / R56401 implantare): classe per componenti critici rispetto alla frattura e per impianti
Grade 23 è la versione di Grade 5 a contenuto interstiziale extra basso, con limiti più restrittivi per ossigeno, azoto, carbonio e ferro che conferiscono maggiore tenacità alla frattura e migliore comportamento a fatica. I minimi ASTM sono 828 MPa di resistenza a trazione e 759 MPa di carico di snervamento. Negli impieghi marini e offshore viene prescritto quando contano la tenacità alla frattura e la fatica, ed è lo standard per componenti di ambito affine a quello medicale e di classe implantare secondo ASTM F136. Il numero UNS corretto per Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI dipende dalla norma ordinata: R56407 secondo ASTM B265, B348, B863 e B381, e R56401 secondo ASTM F136.
Limiti di temperatura in acqua di mare: i valori reali
La scelta del grado in acqua di mare dipende in definitiva dalla temperatura, quindi è utile basarsi sui valori pubblicati anziché su “quanto sembra corrosiva l'acqua”:
| Cosa afferma la guida |
|---|
| Grade 2 resiste alla corrosione interstiziale in acqua di mare fino a circa 80 C (circa 175 to 180 F) in interstizi stretti, e la sua resistenza alla corrosione generale in acqua di mare aperta è praticamente illimitata a temperature fino a circa 120 C (250 F) alle tipiche pressioni marine. |
| Grade 7 estende molto più in alto la resistenza interstiziale e rimane adatto in servizio con cloruri caldi prossimo a 260 C (500 F). |
| Grade 12 offre gran parte di tale resistenza interstiziale ad alta temperatura a un costo inferiore rispetto a Grade 7 contenente palladio. |
Se il componente opera a bassa temperatura e non presenta interstizi stretti, Grade 2 è sufficiente e il passaggio a un grado superiore è una spesa inutile. Il passaggio a Grade 7 o Grade 12 offre un margine proprio dove la temperatura del metallo e la geometria degli interstizi spingono il titanio commercialmente puro oltre il suo limite.
Per ottenere resistenza interstiziale al costo più contenuto, vale la pena conoscere la famiglia più ampia dei gradi al palladio. Accanto a Grade 7, Grade 16 a basso contenuto di palladio (UNS R52402) mantiene gran parte dei vantaggi contro la corrosione interstiziale con un contenuto e un costo del palladio inferiori, quindi conviene richiederne un'offerta come alternativa a Grade 7.
Logica di selezione in sintesi
| Cosa afferma la guida |
|---|
| Acqua di mare ossigenata a temperatura ambiente o moderata, nessun requisito di resistenza: Grade 2. |
| Acqua di mare o salamoia calda, presenza di interstizi, cloruro concentrato: prima Grade 12, Grade 7 quando le condizioni sono al limite o è possibile contaminazione da acido riducente. |
| Carico strutturale, elementi di fissaggio, alberi, componenti leggeri: Grade 5. |
| Parti portanti critiche per frattura, ad alta fatica o di classe per impianti: Grade 23 ELI (ASTM F136). |
Quando il componente incontra più di una di queste condizioni contemporaneamente, definire la specifica per il caso peggiore.
Tabella comparativa
| Grado | UNS | Resistenza a trazione / carico di snervamento minimi ASTM | Comportamento in acqua di mare | Da prescrivere per |
|---|---|---|---|---|
| Grade 2 | R50400 | 345 / 275 MPa | Eccellente in acqua di mare a temperatura ambiente; rischio interstiziale con cloruri caldi e concentrati in interstizi stretti | Scelta predefinita per tubi, lamiere sottili, lamiere spesse, tubazioni |
| Grade 7 | R52400 | 345 / 275 MPa | Massima resistenza interstiziale e alle condizioni riducenti | Salamoia calda, cloruri concentrati, giunti caldi con guarnizioni |
| Grade 12 | R53400 | 483 / 345 MPa | Elevata resistenza interstiziale nei cloruri caldi a un costo inferiore a Grade 7 | Dissalazione, scambiatori di calore per salamoia calda |
| Grade 5 | R56400 | 895 / 828 MPa | Buona resistenza generale; scelto per la resistenza meccanica | Elementi di fissaggio, alberi, componenti di pompe e valvole |
| Grade 23 | R56407 (serie B); R56401 (F136) | 828 / 759 MPa | Buona resistenza generale, elevata tenacità | Criticità rispetto alla frattura, fatica, classe implantare |
I valori meccanici sono i minimi ASTM e vengono confermati nel certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 per ogni colata.
Forme e norme da indicare nelle richieste di offerta per titanio marino
| Campo da indicare | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Tubi | ASTM B338 (tubo senza saldatura e saldato), ASTM B861 / B862 (tubo). Il tubo per condensatori e scambiatori di calore è solitamente Grade 2, passando a Grade 12 o Grade 7 per servizio caldo o concentrato. |
| Lamiera sottile e lamiera spessa | ASTM B265, per serbatoi, rivestimenti di recipienti, piastre tubiere e apparecchiature fabbricate. |
| Barra | ASTM B348, per parti lavorate di valvole e pompe, alberi e raccordi. |
| Elementi di fissaggio | solitamente Grade 5 per resistenza, Grade 2 o Grade 7 dove la corrosione prevale sul carico. |
Per le apparecchiature a pressione, il progetto può fare riferimento al recepimento ASME (ad esempio ASME SB-265 per la lamiera spessa). Indicarlo nella richiesta di offerta se il disegno lo richiama.
Corrosione interstiziale in termini ingegneristici concreti
La ragione alla base di tutta questa scelta è la corrosione interstiziale. All'interno di uno spazio stretto, l'ossigeno disciolto viene consumato e non può essere reintegrato, la composizione chimica locale diventa acida e i cloruri si concentrano; il film passivo può quindi deteriorarsi anche se la superficie esposta rimane intatta. Per Grade 2 commercialmente puro questo diventa un rischio concreto quando la temperatura del metallo supera indicativamente 70 a 80 C in acqua di mare e prima nella salamoia concentrata. Grade 7 e Grade 12 innalzano notevolmente questa temperatura di innesco, che è l'intera ragione ingegneristica per sostenerne il costo. Se il componente non presenta interstizi stretti e opera a bassa temperatura, Grade 2 è sufficiente e il passaggio a un grado superiore è una spesa inutile. Se presenta giunti con guarnizioni che operano a caldo, il grado superiore è una protezione economica contro un cedimento passante della parete.
Se il condensatore o il raffreddatore sarà esposto a salamoie calde e interstizi stretti tra tubo e piastra tubiera, confrontare tale intervallo di temperatura con dove viene utilizzato Grade 12 per servizio in salamoia calda e soggetto a corrosione interstiziale prima di mantenere l'ordine su Grade 2.
Lista di controllo per l'acquisto di titanio marino
Quando si invia una richiesta di offerta per titanio marino, indicare:
| Cosa afferma la guida |
|---|
| Grado e numero UNS, e norma di riferimento (ASTM B338 / B265 / B348, oltre a eventuali riferimenti ASME). |
| Temperatura di servizio e presenza di interstizi (guarnizioni, giunzioni tubo-piastra tubiera, depositi). |
| Concentrazione di cloruri se superiore a quella del mare aperto (evaporatore, salamoia di scarto, stadio di dissalazione). |
| Forma e dimensioni: diametro esterno e spessore di parete per il tubo, spessore per la lamiera spessa, diametro per la barra. |
| Se il componente è portante ed eventuali requisiti di fatica o tenacità alla frattura. |
| Ambito dei controlli e della documentazione: certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 ed eventuali prove UT, a correnti indotte o idrostatiche per il tubo. |
Una richiesta di offerta chiara su questi punti consente di confermare il grado prima dell'offerta, anziché dopo un guasto in servizio.
Come Beiyu Titanium fornisce i gradi marini
Beiyu Titanium fornisce titanio Grade 2, Grade 7, Grade 12, Grade 5 e Grade 23 per acqua di mare e impieghi marini sotto forma di tubi secondo ASTM B338, lamiera sottile e lamiera spessa secondo ASTM B265, e barra secondo ASTM B348. Indicare nella richiesta di offerta l'eventuale documento EN 10204 3.1 richiesto, la composizione chimica, i risultati meccanici e la tracciabilità tramite il numero di colata o del lotto, affinché Beiyu possa confermare l'ambito documentale disponibile prima del rilascio dell'ordine. Inviare temperatura di servizio, condizioni dell'interstizio, livello di cloruri, forma e dimensioni, per consentire la conferma del grado corretto prima dell'offerta.
Per i tubi di condensatori e raffreddatori soggetti alla stessa scelta di grado, la guida ai tubi in titanio ASTM B338 mostra il processo produttivo del tubo, lo spessore di parete e i dettagli di controllo alla base della richiesta di offerta.
Guide e strumenti correlati
- Grado di titanio per processi chimici
- Titanio a confronto con acciaio inossidabile 316L e cupronichel per acqua di mare
- Titanio per uso medico (ASTM F136, Grade 23 ELI)
- Strumento di selezione del grado di titanio
Dettagli delle specifiche con fonti
AWS A5.16 è la specifica che collega la scelta del grado di titanio per uso marino alla fabbricazione saldata, perché le sue classificazioni dei materiali d'apporto rispecchiano i gradi del metallo base: ERTi-2 si abbina a Grade 2, ERTi-7 a Grade 7, ERTi-9 a Grade 9 ed ERTi-12 a Grade 12. Indicare la classificazione del materiale d'apporto nell'ordine di fabbricazione mantiene la composizione chimica della saldatura nella stessa famiglia di resistenza alla corrosione del metallo base, aspetto particolarmente importante per le scelte Grade 7 e Grade 12 che questa pagina riserva ai cloruri caldi: un cordone commercialmente puro non abbinato in una linea acquistata per resistere alla corrosione interstiziale riporta il problema della corrosione direttamente al giunto, il punto di un sistema di tubazioni più difficile da riparare.
Beiyu Titanium fornisce la parte relativa alla saldatura di un ordine marino dalla stessa richiesta dei tubi e delle lamiere spesse: filo per saldatura in titanio secondo AWS A5.16 in lunghezze diritte da 0.8 a 6.0 mm di diametro fino a 6000 mm di lunghezza, filo in matasse da 0.8 a 12 mm e filo in bobine fino a 6.35 mm. L'abbinamento tra grado e classificazione, Grade 2 come ERTi-2 e Grade 12 come ERTi-12, è dichiarato nell'offerta di Beiyu, affinché metallo base e materiale d'apporto arrivino documentati nella stessa catena di tracciabilità per colata.