Formele de coroziune ale tijelor de titan și cum să specificați gradele de rezistență

Tijele de titan sunt alese pentru servicii chimice, marine și medicale deoarece pe suprafața metalului se formează spontan o peliculă protectoare de oxid. Acest film este motivul pentru care titanul pur din punct de vedere comercial și aliajele sale supraviețuiesc mediilor de lagăre-clorură care degradează oțelurile inoxidabile. Filmul nu este indestructibil: atunci când temperatura, geometria și chimia se combină pentru a o descompune la nivel local, componentele tijei de titan se pot degrada prin mai multe forme distincte de coroziune și fiecare formă necesită o contramăsură diferită în etapa de specificare.

Cum filmul pasiv controlează durabilitatea tijei de titan

Suprafața titanului poartă un strat subțire de dioxid de titan care se reformează aproape instantaneu atunci când este zgâriat, cu condiția să existe oxigen sau apă. În apa de mare aerată, saramură neutră și multe fluxuri de procese de oxidare, filmul menține metalul pasiv și ratele de coroziune rămân neglijabile. Protecția eșuează atunci când mediul îndepărtează ceea ce are nevoie filmul. Mediile anhidre sau lipsite de oxigen-, acizii puternic reducători și acidul clorhidric sau sulfuric concentrat fierbinte atacă direct titanul. Metanolul anhidru și unii solvenți halogenați sunt, de asemenea, cunoscuți că cauzează crăpare, astfel încât controlul umidității contează în sarcina cu solvent.

Deoarece pasivitatea este un fenomen de suprafață, orice deteriorează sau protejează suprafața schimbă performanța: contaminarea cu fier de la sculele din oțel carbon, scara încorporată de la procesarea termică, oxizii de sudură lăsați pe loc și golurile strânse care restricționează accesul la oxigen. Practica de curățare și detartrare aparține, prin urmare, aceleași specificații ca și calitatea aliajului. Decaparea și curățarea suprafețelor de titan sunt descrise în ASTM B600, care stabilește amestecurile acide și măsurile de precauție de manipulare utilizate pentru îndepărtarea petelor de calcar și de fier înainte ca o tijă să intre în funcțiune.

Coroziune în fisuri în ansamblurile de titan cu flanșe și șuruburi

Coroziunea în crăpături este un atac localizat într-un spațiu strâns în care mediul devine stagnant și oxigenul este consumat mai repede decât poate fi completat. Fisurile tipice ale feroneriei bazate pe tije-includ fețele de flanșă, suprafețele de așezare a garniturii, îmbinările cu șuruburi sau nituite, rosturile de dilatare dintre tuburi și foile tubulare și spațiul de sub depuneri sau depuneri. Pe măsură ce oxigenul este epuizat în interiorul golului, pelicula pasivă nu se poate repasiva, clorura se concentrează, pH-ul scade și metalul se dizolvă într-o bandă îngustă în apropierea gurii crăpăturii.

Experiența de service în apă de mare și spray cu sare arată că titanul este mult mai rezistent decât oțelul inoxidabil, dar nu este imun. S-au raportat daune în mediile cu clorură la temperatură înaltă-, cum ar fi schimbătoarele de căldură cu apă de mare, condensatoarele umede cu clor gazos, soluțiile de acid clorhidric cu oxidant-inhibați și sistemele de acid formic sau oxalic. Susceptibilitatea crește odată cu temperatura, concentrația de clorură, scăderea pH-ului și crăpăturile mai lungi și mai strânse. Golurile formate între titan și materialele nemetalice, cum ar fi politetrafluoretilena sau garniturile din fibre comprimate, sunt mai agresive decât spațiile de titan-la-titan, deoarece garnitura izolatoare previne protecția catodică pe care o suprafață mare de titan umezită ar oferi altfel.

Măsurile de proiectare și fabricare care limitează atacul crăpăturilor includ înlocuirea îmbinărilor cu șuruburi cu construcții sudate, folosirea de garnituri fără umplutură-sau complet lipite, ameliorarea geometriei intrării în fisuri-, evitarea suprafețelor stivuite și conexiunilor filetate în zonele umede și îndepărtarea stropilor de sudură, a nuanței termice și a fierului încorporat înainte de service.

Coroziune prin sâmburi în mediu fierbinte, concentrat de clorură

Pitting este o formă de defalcare localizată specifică metalelor pasivate. Măsurat față de oțel inoxidabil sau aliaje de aluminiu, titanul prezintă o rezistență excelentă la sâmburi, iar în clorurile neutre la temperatură moderată se găsește rar. Riscul crește odată cu creșterea concentrației de clorură și a temperaturii și pe măsură ce mediul devine mai oxidant, motiv pentru care s-au înregistrat daune prin sâmburi pe coșurile anodice, serpentinele de încălzire și garnitura supapelor în serviciul electrolitic și concentrat de sare, inclusiv soluțiile de clorură de calciu la temperatură ridicată.

În practică, stropirea titanului este mai greu de inițiat decât coroziunea în crăpături și, atunci când apare, deseori începe pe o suprafață a crăpăturii. Repararea sudurii sau astuparea este doar un remediu temporar dacă starea de funcționare care a pornit groapa rămâne. Schimbările de grad, temperatura mai scăzută a peretelui, eliminarea zonelor de stagnare și un control mai strict al conținutului de oxidant sunt răspunsurile durabile.

Cuplaj galvanic, absorbție de hidrogen catodic și fragilizare

Coroziunea galvanică apare atunci când metale diferite se ating într-un electrolit. Deoarece potențialul de stare staționară al titanului este nobil și filmul său de oxid este stabil, titanul se află în mod normal la capătul catodic al unui cuplu. Titanul nu suferă dizolvare anodică accelerată atunci când este cuplat la un metal mai puțin nobil; metalul partener o face de obicei.

Adevăratul pericol pentru titan este ceea ce se întâmplă la catod. Hidrogenul atomic generat pe suprafața de titan poate fi absorbit, difuzat spre interior și poate forma hidruri fragile, în special la temperatură ridicată, în condiții acide sau când se aplică un potențial catodic puternic. Fragilarea hidrogenului reduce ductilitatea și poate provoca fisuri întârziate sub sarcină susținută, astfel încât absorbția hidrogenului este un caz de proiectare mai degrabă decât o idee ulterioară. Acolo unde aluminiul, cupru, zinc, oțel carbon sau alte metale active sunt cuplate la titan, izolația, raporturile corecte dintre anod{3}} și-zona catodului, acoperirile pe metalul mai puțin nobil și, acolo unde este relevant, anozii de sacrificiu împiedică cuplul să accelereze metalul partener. Conținutul de hidrogen al părților susceptibile poate fi confirmat prin analiza de fuziune a gazului inert în conformitate cu ASTM E1447.

Alegerea gradului, fabricarea și verificarea coroziunii

Adăugarea de cantități mici de paladiu, sau molibden și nichel, îmbunătățește brusc rezistența la acizi reducători și la atacul în crăpături, deoarece aceste elemente promovează repasivarea atunci când chimia locală devine agresivă. Tabelul de mai jos rezumă notele furnizate cel mai des ca bară și tijă și sarcina pentru fiecare.

Verificarea face parte din specificația de achiziție. Testarea la imersie cu clorură ferică conform ASTM G48 clasifică rezistența la zgârieturi și crăpături în condiții de oxidare a clorurii la temperaturi controlate. Testarea de polarizare potențiodinamică ciclică conform ASTM G61 măsoară defalcarea și repasivarea filmului pasiv. Testarea cu pulverizare cu sare neutră conform ISO 9227 se aplică ansamblurilor finite și feroneriei acoperite. Bara este comandată conform ASTM B348 sau GB/T 2965 cu chimie, proprietăți mecanice și conținut de hidrogen raportate, astfel încât tija livrată se potrivește cu cazul de coroziune presupus de proiectant.

Trei reguli practice reduc riscul de coroziune la orice proiect de tijă de titan. Păstrați oxigenul disponibil la suprafață, astfel încât filmul să se poată vindeca. Țineți crăpăturile în afara desenului oriunde o sudură va face aceeași treabă. Țineți fierul și alte metale străine departe de suprafața de titan în timpul fiecărei etape de fabricare. Proiectele care respectă aceste reguli rareori înregistrează defecțiuni de coroziune în funcțiune.

Întrebări frecvente

Î: Se corodează o tijă de titan în apa de mare?
Titanul pur din punct de vedere comercial funcționează foarte bine în apa de mare ambientală și rămâne în esență pasiv. Dificultățile sunt concentrate în crăpăturile fierbinți, strânse și în fluxurile de clorură concentrate la temperatură înaltă-decât în ​​apă de mare deschisă, bine-aerată.

Î: Care este diferența dintre coroziunea crave și pitting pe titan?
Coroziunea în crăpături are nevoie de un spațiu geometric în care oxigenul nu poate ajunge la suprafață, în timp ce pipăturile pornesc de la defalcarea locală a filmului pasiv pe o suprafață expusă. Pitting este mai greu de inițiat pe titan, iar gropile încep frecvent în interiorul unei crăpături.

Î: De ce titanul suferă fragilizarea cu hidrogen în loc de atac galvanic?
Potențialul său nobil face ca titanul să fie catodul în majoritatea cuplurilor, astfel încât nu se dizolvă mai repede. Hidrogenul produs la acel catod poate fi absorbit de metal și poate forma hidruri fragile, în special la temperatură ridicată sau sub protecție catodică aplicată.

Î: Care calitate de titan rezistă cel mai bine la coroziunea în crăpături?
Clasele purtătoare de paladiu-, cum ar fi Gr7 și Gr11, și clasa de molibden-nichel Gr12, se repasivează mai ușor în medii agresive de clorură și acide reducătoare decât clasele pure comercial.

Î: Cum este testată rezistența la coroziune a barei de titan?
Testarea clorurii ferice conform ASTM G48 clasifică performanța la pitting și crevase, testul de polarizare ciclică conform ASTM G61 caracterizează defalcarea peliculei, iar spray-ul de sare ISO 9227 este utilizat pentru feronerie finită sau acoperită.

Î: Poate doar proiectarea să prevină coroziunea în crăpături?
Designul îndepărtează majoritatea riscurilor atunci când îmbinările cu șuruburi sau cu garnituri sunt înlocuite cu o construcție sudata, fără fisuri-, depunerile sunt evitate și geometria golurilor-de intrare este deschisă cu file, astfel încât mediul umed să se reînnoiască în continuare.