Форми корозії титанових стрижнів і як визначити стійкі класи

Титанові стрижні вибирають для хімічної, морської та медичної служби, оскільки на металевій поверхні спонтанно утворюється захисна оксидна плівка. Саме через цю плівку комерційно чистий титан і його сплави витримують хлорид-середовище, яке руйнує нержавіючі сталі. Плівка не є незнищенною: коли температура, геометрія та хімія поєднуються, щоб розбити її локально, компоненти титанового стрижня можуть руйнуватися через кілька різних форм корозії, і кожна форма потребує різних контрзаходів на етапі специфікації.

Як пасивна плівка контролює довговічність титанового стрижня

Поверхня титану містить тонкий шар діоксиду титану, який майже миттєво перетворюється, коли на ньому подряпають, за наявності кисню або води. У аерованій морській воді, нейтральних розсолах і багатьох потоках окислювальних процесів плівка зберігає пасивність металу, а швидкість корозії залишається незначною. Захист не працює, коли навколишнє середовище видаляє те, що потрібно плівці. Безводне або безкисневе -середовище, сильно відновні кислоти та гаряча концентрована соляна або сірчана кислота безпосередньо атакують титан. Відомо, що безводний метанол і деякі галогеновані розчинники також спричиняють розтріскування, тому контроль вологості має значення для розчинника.

Оскільки пасивність є поверхневим явищем, все, що пошкоджує або захищає поверхню, змінює продуктивність: забруднення залізом від інструментів із вуглецевої сталі, вбудована окалина від термічної обробки, оксиди зварних швів, що залишаються на місці, і тісні зазори, які обмежують доступ кисню. Тому практика очищення та видалення накипу належить до тих самих специфікацій, що й клас сплаву. Травлення та очищення титанових поверхонь описано в ASTM B600, де вказано кислотні суміші та запобіжні заходи, які використовуються для видалення окалини та плям заліза перед тим, як стрижень буде введено в експлуатацію.

Щілинна корозія у фланцевих і болтових титанових вузлах

Щілинна корозія — це локалізована атака всередині вузького зазору, де середовище стає застійним, а кисень споживається швидше, ніж може бути поповнений. Типові щілини в -засобах на основі стрижня включають поверхні фланців, посадочні поверхні прокладок, болтові або заклепкові з’єднання, компенсаційні з’єднання між трубами та трубними дошками, а також простір під відкладеннями чи окалиною. У міру виснаження кисню всередині зазору пасивна плівка не може репасивуватися, хлорид концентрується, рН падає, а метал розчиняється у вузькій смузі поблизу отвору щілини.

Досвід роботи з морською водою та сольовими туманами показує, що титан набагато стійкіший, ніж нержавіюча сталь, але він не захищений. Повідомлялося про пошкодження високо{1}}температурних хлоридних середовищ, таких як теплообмінники з морською водою, мокрі газові конденсатори хлору, розчини-сольної кислоти, інгібовані окислювачем, і системи мурашиної або щавлевої кислоти. Сприйнятливість зростає з температурою, концентрацією хлоридів, падінням рН і довшими, щільнішими щілинами. Зазори, утворені між титаном і не-металевими матеріалами, такими як політетрафторетилен або прокладки зі стисненого волокна, є більш агресивними, ніж проміжки між титаном--титаном, оскільки ізолююча прокладка запобігає катодному захисту, який інакше забезпечила б велика зволожена титанова площа.

Проектні та виробничі заходи, які обмежують вплив щілин, включають заміну болтових з’єднань зварними конструкціями, використання прокладок без-наповнювача або повністю склеєних, полегшення геометрії-входу щілин, уникнення складених прокладок і різьбових з’єднань у вологих місцях, а також видалення бризок від зварювання, термофарбування та вбудованого заліза перед обслуговуванням.

Точкова корозія в гарячому концентрованому хлоридному середовищі

Пітінг — це форма локалізованого руйнування, характерна для пасивованих металів. У порівнянні з нержавіючою сталлю або алюмінієвими сплавами, титан демонструє чудову стійкість до точкової корекції, а в нейтральних хлоридах за помірної температури він взагалі рідко утворюється. Ризик зростає в міру підвищення концентрації хлоридів і температури, а також у міру того, як середовище стає більш окислювальним, тому було зареєстровано точкове пошкодження анодних кошиків, нагрівальних спіралей і обрізки клапанів у електролітичній та концентрованій солі, включаючи розчини хлориду кальцію при підвищеній температурі.

На практиці точкову корозію титану важче ініціювати, ніж щілинну корозію, і коли вона виникає, вона часто починається на поверхні щілини. Ремонт зварювальних швів або заглушка є лише тимчасовим засобом, якщо робочі умови, які спричинили ямку, залишаються. Зміни сорту, зниження температури стінок, усунення застійних зон і суворіший контроль вмісту окислювача – це довготривалі відповіді.

Гальванічний зв'язок, катодне поглинання водню та крихкість

Гальванічна корозія виникає, коли різнорідні метали стикаються в електроліті. Оскільки стабільний-потенціал титану благородний, а його оксидна плівка стабільна, титан зазвичай знаходиться на катодному кінці пари. Титан не зазнає прискореного анодного розчинення, коли він з'єднується з менш благородним металом; партнер метал зазвичай робить.

Справжня небезпека для титану полягає в тому, що відбувається на катоді. Атомарний водень, що утворюється на поверхні титану, може поглинатися, дифундувати всередину й утворювати крихкі гідриди, особливо при підвищеній температурі, у кислотних умовах або при застосуванні сильного катодного потенціалу. Воднева крихкість знижує пластичність і може спричинити уповільнене розтріскування під тривалим навантаженням, тому поглинання водню є скоріше проектним випадком, а не запізнілою думкою. Там, де алюміній, мідь, цинк, вуглецева сталь або інші активні метали з’єднані з титаном, ізоляція, правильне співвідношення площі анода-до-катода, покриття на менш благородному металі та, у відповідних випадках, тимчасові аноди запобігають прискоренню парного металу. Вміст водню у сприйнятливих частинах можна підтвердити аналізом плавлення інертного газу відповідно до ASTM E1447.

Вибір класу, виготовлення та перевірка на корозію

Додавання невеликих кількостей паладію або молібдену та нікелю різко покращує стійкість до відновлюючих кислот і тріщин, оскільки ці елементи сприяють репасивації, коли місцева хімія стає агресивною. У таблиці нижче наведено класи, які найчастіше постачаються у вигляді прутків і стрижнів, а також навантаження, які відповідають кожному з них.

Перевірка належить до специфікації покупки. Випробування зануренням у хлорид заліза відповідно до ASTM G48 оцінює стійкість до точкової та тріщинної дії в умовах окислювального хлориду при контрольованих температурах. Випробування циклічної потенціодинамічної поляризації відповідно до ASTM G61 вимірюють руйнування та репасивацію пасивної плівки. Випробування нейтральним сольовим туманом відповідно до ISO 9227 застосовується до готових вузлів і обладнання з покриттям. Пруток замовляється відповідно до ASTM B348 або GB/T 2965 із зазначеними хімічними, механічними властивостями та вмістом водню, тому доставлений стрижень відповідає корозійному випадку, який припустив розробник.

Три практичні правила зменшують ризик корозії на будь-якому проекті титанового стрижня. Забезпечте доступ кисню до поверхні, щоб плівка могла зажити. Не допускайте щілин на кресленні, де зварювальний шов буде виконувати таку саму роботу. Тримайте залізо та інші сторонні метали подалі від поверхні титану під час кожного етапу виготовлення. Проекти, які дотримуються цих правил, рідко стикаються з корозією під час експлуатації.

Часті запитання

З: Чи піддається корозії титановий стрижень у морській воді?
Комерційно чистий титан дуже добре працює в навколишній морській воді та залишається по суті пасивним. Труднощі зосереджені в гарячих вузьких тріщинах і високо{1}}температурних потоках концентрованого хлориду, а не у відкритій, добре-аерованій морській воді.

З: Яка різниця між щілинною та точковою корозією титану?
Щілинна корозія потребує геометричної щілини, де кисень не може досягати поверхні, тоді як точкова корозія починається з локального руйнування пасивної плівки на відкритій поверхні. Пітинг важче ініціювати на титані, і ямки часто починаються всередині щілини.

З: Чому титан піддається водневій крихкості замість гальванічної атаки?
Його благородний потенціал робить титан катодом у більшості пар, тому він не розчиняється швидше. Водень, що утворюється на цьому катоді, може поглинатися металом і утворювати крихкі гідриди, особливо при високій температурі або під катодним захистом.

З: Який сорт титану найкраще протистоїть щілинній корозії?
Сорти,-які містять паладій, такі як Gr7 і Gr11, а також молібден-нікель сорту Gr12 легше репасивуються в агресивному хлоридному та відновлювальному кислотному середовищах, ніж комерційно чисті сорти.

З: Як перевіряється стійкість титанового бруска до корозії?
Випробування хлориду заліза відповідно до ASTM G48 оцінює продуктивність у вигляді точок і тріщин, випробування циклічної поляризації відповідно до ASTM G61 характеризує руйнування плівки, а сольовий спрей ISO 9227 використовується для готового обладнання або обладнання з покриттям.

З: Чи може сама конструкція запобігти щілинній корозії?
Конструкція усуває більшу частину ризику, коли болтові з’єднання або з’єднання з прокладками замінюються зварними конструкціями без щілин-, уникають відкладень, а геометрія-входу відкривається за допомогою галтелів, щоб вологе середовище продовжувало оновлюватися.