Titanyum ve Paslanmaz Çelik: Korozyon, Dayanım, Ağırlık ve Maliyet

Titanyum ve paslanmaz çeliğin ikisi de korozyona dirençlidir ve kimyasal, denizcilik ve proses işlerinde belirtilir; bu nedenle alıcılar sıklıkla aralarında seçim yapmak zorunda kalır. Titanyum, klorürlerde korozyon direnci ve dayanım/ağırlık oranında; paslanmaz çelik ise fiyat ve imalat kolaylığında öne çıkar. Her ikisinin de işe yarayacağı ve kararı bütçenin belirlediği bir uygulama aralığı vardır. Bu sayfa, ikisini korozyon, dayanım, ağırlık, sıcaklık, imalat ve maliyet açısından karşılaştırır ve her birinin ne zaman doğru seçim olduğunu gösterir.

Bir bakışta titanyum ve paslanmaz çelik karşılaştırması

Korozyon direnci

Titanyum, klorürlü ortamlarda ve deniz suyunda korozyon açısından daha iyi performans gösterir. Koruyucu oksit filmi; sıcak, tuzlu suda 304 ve 316 paslanmaz çeliği hasara uğratan çukurcuk korozyonuna, aralık korozyonuna ve klorür kaynaklı gerilmeli korozyon çatlamasına direnç gösterir. Paslanmaz çelik, klorürler yeterince yoğunlaşıp sıcaklık yeterince yükseldiğinde bozulan bir krom oksit filmine dayanır; bu nedenle çukurcuk korozyonuna uğramış ısı değiştirici boruları ve deniz suyunda çatlamış paslanmaz çelik yaygın hasar türleridir. Titanyum, paslanmaz çeliğin dayanamadığı deniz suyu, ıslak klor, çamaşır suyu ve sıcak tuzlu su ortamlarına dayanır.

Titanyum her ortama dayanıklı değildir. Sıcak hidroklorik veya sülfürik asit gibi güçlü indirgeyici asitlerde ticari saflıkta titanyum korozyona uğrar ve burada çözüm paslanmaz çelik değil, Grade 7 (titanyum-paladyum) veya Grade 12'dir. Hidroflorik asit titanyuma ciddi zarar verir ve bundan kaçınılmalıdır. Nitrik asit gibi oksitleyici asitlerde her iki malzeme de iyi performans gösterir. Titanyumun dayanabildiği ortamlara direnmesinin nedeni pasif filmdir; mekanizma şu konudaki rehberde ele alınmaktadır titanyum korozyona neden direnç gösterir.

304, 316 ve titanyum: uygulamadaki sıralama

Paslanmaz çelik seçimlerinin çoğu 304 veya 316 arasında yapılır. 316, yaklaşık yüzde 2 ila 3 molibden içerir; bu, klorür kaynaklı çukurcuk korozyonuna direncini 304'ün üzerine çıkarır, dolayısıyla 316 deniz uygulamalarına uygun paslanmaz çeliktir. Buna rağmen 316, sıcak deniz suyunda ve konsantre klorürlerde hâlâ çukurcuk korozyonuna uğrar ve çatlar. Pratik sıralama, hafif çalışma koşulları için 304, orta düzey klorür koşulları için 316, daha zorlu klorür koşulları için dubleks veya süper dubleks paslanmaz çelik ve klorürlerin sıcak, konsantre veya sürekli olduğu koşullar için titanyumdur. Titanyum, klorür korozyonu açısından bu sıralamanın en üstünde yer alır.

Aynı sıralama yalnızca akışkanla temas eden parçalara değil, prosesin çevresindeki yardımcı donanıma da uygulanır. Ticari mutfak ve gıda işleme egzoz sistemlerinde toplama hücreleri ve gövdeler genellikle 304 veya 316 paslanmaz olarak belirtilir; daha üst kalite malzemeler en agresif ortamlar için ayrılır. Polygee ürünü kanal içi elektrostatik filtresi bir örnektir: tahliye öncesinde yağ ve dumanı yakalamak için doğrudan kanala monte edilir ve tesisin korozyon seviyesine uyarlanabilen yıkanabilir hücrelere sahiptir.

Dayanım ve dayanım/ağırlık oranı

Grade 5 titanyum (Ti-6Al-4V), tavlanmış 316 paslanmaz çeliğin yaklaşık 515 MPa değerinin oldukça üzerinde, yaklaşık 895 MPa çekme dayanımına ulaşır ve bunu yaklaşık yarı ağırlıkta sağlar. Ticari saflıkta Grade 2 titanyum, 345 MPa ile mutlak çekme dayanımı bakımından 316'ya yakındır ancak çok daha hafiftir. Dayanım/ağırlık oranında titanyumun gerçek bir rakibi yoktur; bu nedenle havacılık ve uzay uygulamaları, dönen parçalar ve kütlenin maliyet oluşturduğu her yerde tercih edilir. Yalnızca mutlak dayanımın önemli olduğu ve ağırlığın önem taşımadığı durumlarda, yüksek dayanımlı paslanmaz çelikler ve dubleks kaliteler seçenek olmaya devam eder.

Ağırlık ve yoğunluk

Titanyumun yoğunluğu yaklaşık 4,5 g/cm3, paslanmaz çeliğinki ise yaklaşık 8,0 g/cm3 olduğundan, titanyum bir parça aynı parçanın paslanmaz çelikten üretilmiş hâlinden yaklaşık yüzde 44 daha hafiftir. Bir kap, pompa, manifold veya yapıda bu, ağırlığın neredeyse yarısının ortadan kalkması anlamına gelir. Hareket eden, asılan, taşınan veya desteklenmesi gereken her şey için, her iki malzeme de ortama dayanabilecek olsa bile, titanyumun paslanmaz çeliğe tercih edilmesinin başlıca nedeni ağırlık tasarrufudur.

Yüksek sıcaklıkta kullanım

Yüksek sıcaklık, paslanmaz çeliğin üstün gelebileceği alandır. 310 ve 321 gibi östenitik kaliteler, titanyumun dayanabildiği sıcaklıkların çok üzerinde sürekli sıcaklıklarda dayanımlarını korur ve oksidasyona direnir. Sıcaklık birkaç yüz dereceyi aştığında titanyum oksijen almaya ve sünekliğini kaybetmeye başlar; bu nedenle fırın, egzoz ve yüksek sıcaklıklı proses parçaları için ısıya dayanıklı paslanmaz çelikler veya nikel alaşımları genellikle daha iyi çözümdür. Titanyum, kuru ve yüksek sıcaklıklı koşullarda değil, düşük ila orta sıcaklıktaki ıslak ve korozif koşullarda değer kazanır.

Talaşlı imalat, kaynak ve yapışmalı aşınma

Paslanmaz çeliğin yaygın atölye uygulamalarıyla talaşlı imalatı ve kaynağı daha kolay ve daha ucuzdur. Titanyum daha düşük kesme hızları, keskin takımlar ve iyi bir soğutma sıvısı gerektirir; ayrıca sıkı kirlenme kontrolüyle inert gaz koruması altında kaynaklanmalıdır, aksi hâlde kaynak gevrekleşir. Titanyum, yağlama veya yüzey işlemi olmadan kendisine ya da paslanmaz çeliğe sürtünerek kaydığında yapışmalı aşınmaya da uğrar. Her iki metal de kaynaklanabilir ve talaşlı imalatla işlenebilir; titanyum yalnızca atölyede daha fazla kontrol ve daha yüksek maliyet gerektirir ve bu, seçimde dikkate alınmalıdır.

Titanyum ve paslanmaz çeliğin birlikte kullanımı: galvanik korozyon notları

Titanyum ve paslanmaz çelik ıslak, iletken bir ortamda cıvata veya kaynakla birleştirildiğinde, titanyum daha soy metaldir ve paslanmaz çelik daha hızlı korozyona uğrayan taraf olur. Titanyumun kendisi bu galvanik çiftten etkilenmez. İkisini birlikte kullanan deniz suyu sistemlerinde, paslanmaz bağlantı elemanları veya flanşlar için yalıtım, kaplama ya da bu parçaların da titanyuma dönüştürülmesi yoluyla önlem alınması gerekir. Bir tesis yalnızca boruları titanyumla değiştirip aynı akış içindeki paslanmaz donanımı koruduğunda bu yaygın ayrıntı gözden kaçar.

Maliyet ve yaşam döngüsü

Paslanmaz çeliğin kilogram başına maliyeti daha düşüktür ve başlangıçta, çoğu zaman büyük farkla, daha ucuz seçenektir. Titanyumun elde edilmesi, ergitilmesi ve talaşlı imalatı daha pahalıdır. Gerçekçi karşılaştırma, parçanın ömrü boyunca toplam maliyettir. Korozif koşullarda titanyum, paslanmaz çelikten yıllarca daha uzun dayanabilir ve korozyona uğramış paslanmaz çelikle birlikte gelen çukurcuk korozyonunu, sızıntıları, değiştirme ihtiyacını ve duruşları ortadan kaldırabilir; ağırlık tasarrufu da destek çelik konstrüksiyonunu ve nakliye giderlerini azaltabilir. Hafif koşullarda paslanmaz çelik ekonomik çözümdür; sıcak klorür veya deniz suyu koşullarında ise değiştirmeler hesaba katıldığında titanyum genellikle daha düşük maliyetlidir.

Hangisi seçilmeli

Çalışma ortamı deniz suyu, sıcak klorürler, ıslak klor veya çamaşır suyu olduğunda ya da ağırlık kritik olduğunda titanyumu seçiniz; korozyona karşı hizmet ömrü ve ağırlık tasarrufu, daha yüksek bedeli karşılar. Ortam paslanmaz çeliğin sınırları içinde kaldığında ve bütçe belirleyici olduğunda ya da paslanmaz çeliğin daha iyi dayandığı kuru ve sıcak koşullarda paslanmaz çeliği seçiniz. Birçok tesis, güvenli olduğu yerlerde paslanmaz çelik, paslanmaz çeliğin başarısız olacağı yerlerde titanyum kullanarak ikisini birlikte işletir. Amaç, her şey için varsayılan olarak tek bir metali seçmek yerine metali gerçek çalışma koşullarına uygun seçmektir.

Kaliteler yan yana

Sık sorulan sorular

Titanyum paslanmaz çelikten daha dayanıklı mıdır? Grade 5 titanyum, 316 paslanmaz çelikten çok daha dayanıklıdır ve yarı ağırlıktadır. Ticari saflıkta Grade 2, çekme dayanımı bakımından 316'ya benzerdir ancak çok daha hafiftir.

Titanyum paslanmaz çelikten daha az mı korozyona uğrar? Klorürlerde ve deniz suyunda evet. Titanyum, sıcak ve tuzlu koşullarda 304 ve 316'yı etkileyen çukurcuk korozyonuna, aralık korozyonuna ve klorür kaynaklı gerilmeli korozyon çatlamasına direnir.

316 paslanmaz çelik deniz suyu için titanyum kadar iyi midir? Hayır. 316, 304'ten daha dirençlidir ancak sıcak veya durgun deniz suyunda yine de çukurcuk korozyonuna uğrar ve çatlar. Titanyum, 316'nın başarısız olduğu koşullara dayanır.

Paslanmaz çelik ne zaman daha iyi bir seçimdir? Hafif veya kuru koşullarda, titanyumun sünekliğini kaybettiği yüksek sıcaklıklı koşullarda ve bütçenin belirleyici olduğu, ortamın paslanmaz çeliğin sınırları içinde kaldığı durumlarda.

Titanyum neden paslanmaz çelikten daha pahalıdır? Titanyumun elde edilmesi, ergitilmesi ve talaşlı imalatı daha zordur. Maliyet karşılığı, korozif koşullarda daha uzun ömürden ve ağırlık tasarrufundan gelir.

Titanyum paslanmaz çeliğe kaynaklanabilir mi? İkisinin doğrudan ergitme kaynağıyla birleştirilmesi sağlam sonuç vermez; genellikle mekanik olarak veya bir geçiş parçasıyla birleştirilirler ve ıslak koşullarda galvanik çiftin kontrol edilmesi gerekir.

Beiyu Titanium, Shaanxi eyaletinin Baoji kentinde üretim desteğine sahip Jiaxing Beiyu New Materials Technology Co., Ltd. şirketinin uluslararası titanyum ihracat markasıdır. Malzeme seçimine yönelik teklif talebi için gerekli ürün formunu, kaliteyi, geçerli ASTM veya AMS standardını, boyutları, durumu, miktarı, uygulamayı ve muayene belgesi kapsamını [email protected] adresine gönderiniz. Önce titanyum kalitelerini karşılaştırmak için kullanınız titanyum kaliteleri karşılaştırma rehberi, Grade 2 sayfası, Grade 5 sayfası ve indirgeyici asit ortamında kullanım için Grade 7 sayfası. EN 10204 3.1 belgelendirmesi veya döküm numarası ile izlenebilirlik gerekiyorsa, sipariş onayından önce sağlanabilecek kapsamın teyit edilebilmesi için gerekli sonuçları ve izlenebilirlik alanlarını belirtiniz.

İki malzeme ailesi arasında karşılaştırma yapmak, sertifikanın kanıtlaması gerekenleri değiştirir

Titanyum ve paslanmaz çelik karşılaştırması genellikle özelliklerde kalır. Uygulamada malzeme değişikliğini belirleyen kısım belgelerdir: iki aile farklı şartname zincirlerine göre kabul edilir ve titanyum tarafında verilen her değerin arkasında adı belirtilen test yöntemleri vardır.

Bir yöntemin belirtilmesi, bir değerin nasıl elde edildiğini netleştirir. Siparişte talep edilmeyen bir muayene eklemez.

Bir malzeme değişikliği talebinin içermesi gerekenler

Yalnızca özellik tablosundan fiyatlandırılan bir malzeme değişikliği, genellikle mal kabul sürecinin beklediğinden daha azını yanıtlayan belgelerle gelir.

Çelik titanyumdan daha mı serttir? Hangi çelik olduğuna bağlıdır ve yararlı yanıt budur

Sertlik, bu karşılaştırmanın en sık yanlış gittiği yerdir ve dürüst yanıt hangi çelik olduğuna bağlı olduğudur. Çelik ve titanyumun sertlik aralıkları çakışır: tavlanmış östenitik paslanmaz, tavlanmış Grade 5 titanyumun altında kalabilir; sertleştirilmiş takım veya rulman çeliği ise her ikisinden de önemli ölçüde daha yüksek sertliğe sahip olabilir. Sonuç metalden değil, adı verilen kaliteden ve ısıl işlem görmüş durumundan çıkar. Titanyum genellikle farklı bir ölçekte ölçülen farklı bir özellik olan kütlesel sertlik için değil, düşük yoğunluk ve korozyon direncinin tasarım öncelikleri olduğu yerde seçilir.

Son satır, sorunun genellikle sorulduğu şekliyle neden yanıtlanamayacağını açıklar. Çelik tek bir malzeme değildir. Sertlik aralığı pratik ölçeğin çoğunu kapsar; dolayısıyla titanyumla karşılaştırma ancak çelik kalitesi ve ısıl işlem görmüş durumu adlandırıldığında anlamlıdır. Titanyumu belirtilmemiş çelikle karşılaştırmak, okuyucunun aklındaki çeliğe göre değişen bir yanıt üretir.

Sertlik sertifikada yer almaz ve bu alıcıları yanıltır

Siparişte tartışmadan daha önemli olan ikinci bir tuzak vardır. ASTM B265 ve ASTM B348'in hiçbirinde sertlik sütunu yoktur. Bunlar titanyum sac, plaka ve çubuğun çoğunun satın alındığı spesifikasyonlardır; kimyasal bileşimi, mekanik özellikleri ve toleransları belirlerler. Sertlik bunların arasında değildir.

Bunun iki sonucu vardır. B265 veya B348'e göre düzenlenen üretici fabrika sertifikasının sertliği bildirmesi gerekmez; dolayısıyla sertlik sınırı belirten bir teknik resim, tabi standardın doğrulamadığı bir şeyi belirtmektedir. Ayrıca malzeme bu standartlara göre sertlik üzerinden reddedilemez; çünkü bunlarda karşısında başarısız olacağı bir gereklilik yoktur. Sertlik sınırı gerçek bir tasarım gerekliliğiyse, manyetik geçirgenlik sınırı gibi yöntem ve durum belirtilerek siparişe mutabık kalınmış ek deney olarak eklenir.

Parçanın aşınmaya direnmesi gerektiğinde bunun yerine ne karşılaştırılmalı

Sertlik sorusunun nedeni aşınmaysa, yapılacak karşılaştırma soyut olarak titanyuma karşı çelik değildir. Titanyum kendisine ve birçok eşleşen metale karşı yapışır; bu, kütlesel sertlik sayısından çok yüzey davranışıdır ve yüzey işlemiyle, farklı bir eşleşen malzeme seçerek veya aşınan yüzeyi başka bir bileşene taşıyarak ele alınır. Korozyon nedenleriyle titanyum seçilmiş ve ardından kaymalı aşınma hizmeti taşıması istenen parça, malzemenin değil spesifikasyonun genellikle değişmesi gereken durumdur.

Korozyon, titanyumun paslanmaz yerine teknik resimde olmasının olağan nedenidir; titanyumun kendisinin saldırıya uğradığı durumlar şurada açıklanır titanyum korozyona uğrar mı.

Bu karşılaştırmanın kaliteye göre yoğunluk, çubuk boyutuna göre metre başına kilogram ve standartların belirlediği fazla ağırlık payını içeren ağırlık boyutunun yer aldığı kaynak titanyum ağır mı.

Kaynaklarıyla şartname ayrıntıları

İki pasif film farklı alaşım içeriklerinden oluşur ve ürün standartları bunları belirtir. ASTM A240, tip 316 için yüzde 16.0 ila 18.0 krom ve yüzde 10.0 ila 14.0 nikel sınırlarını belirler; bunlar krom oksit filminin devamlılığını sağlayan rezervdir; diğer tarafta ASTM B265 Grade 2 titanyumu, demir üst sınırı yüzde 0.30 ve oksijen üst sınırı yüzde 0.25 olan alaşımsız metal olarak tanımlar. Titanyumun filmi ana metalin kendisinden oluşur; bu nedenle klorür performansı, sıcak ve yoğun tuzlu suyun yerel olarak tüketebileceği bir alaşım elementi rezervine bağlı değildir.

Satın alma da şartname ailesine göre ayrılır ve doğru belgeleri belirtmek, standartların karıştığı siparişleri önler. Akışkanla temas eden titanyum, sac ve plaka için ASTM B265, çubuk için B348 ve değiştirici borusu için B338'e göre satın alınır; paslanmaz karşılıkları ise plaka için A240, çubuk için A276 ve boru için A312'dir. Koda tabi basınç uygulamalarında eşdeğer ASME SB ve SA belgeleri devreye girer. EN 10204 her iki ailede kullanılan tip 3.1 muayene sertifikasını tanımlar; böylece titanyum ve paslanmaz çeliği birlikte kullanan bir proje, her döküm kendi standardının tablolarına göre değerlendirilirken tek bir belgelendirme modelini koruyabilir.