Titan der Güteklassen 2 und 7 weisen identische mechanische Eigenschaften und nahezu identische chemische Zusammensetzungen auf – der einzige Unterschied besteht in einem Palladiumanteil von 0,12–0,25% in der Güteklasse 7. Diese geringe Zugabe verändert alles in reduzierenden sauren Umgebungen. In siedendem 5% HCl korrodiert die Güteklasse 7 mit 0,18 mm/Jahr; die Güteklasse 2 verliert mehr als 10 mm/Jahr. In siedendem 5% H₂SO₄ liegt die Korrosionsrate von Grad 7 bei 0,50 mm/Jahr, gegenüber 48 mm/Jahr bei Grad 2. Wenn Ihr Prozess mit Salzsäure, Schwefelsäure, Ameisensäure oder anderen reduzierenden Säureströmen zu tun hat – insbesondere bei erhöhten Temperaturen –, ist die Güteklasse 7 fast immer die richtige Wahl. Ist Ihre Umgebung oxidierend, schwach sauer oder überwiegend salzhaltig, bewältigt die Güteklasse 2 diese Bedingungen zu einem Bruchteil der Kosten. Dieser Leitfaden liefert Ihnen die Daten, um diese Entscheidung zu treffen.
Was unterscheidet die 7. Klasse von der 2. Klasse?
Was die Zusammensetzung betrifft, sind die Güteklassen 7 und 2 nahezu identisch. Bei beiden handelt es sich um kommerziell reines (CP) Titan – Legierungen in der Alpha-Phase ohne nennenswerte Legierungszusätze, abgesehen von der Begrenzung der Einlagerungen von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Der gesamte Unterschied zwischen ihnen lässt sich in einer einzigen Zeile der ASTM-Spezifikation zusammenfassen.
Die 7. Klasse umfasst 0,12–0,251 TP3T-Palladium (Dieser Bereich ist in der Norm ASTM B338 festgelegt). Die Güteklasse 2 enthält keine.
Das war’s. Gleiche Titanmatrix, gleiche Mindestwerte für die mechanischen Eigenschaften, gleiches Verarbeitungsverhalten, gleiche Schweißbarkeit, gleiche Dichte. Man kann die Güteklasse 7 ohne Kompatibilitätsprobleme mit der Güteklasse 2 verschweißen. Ihre ASTM-Produktspezifikationen – B265 (Bleche/Platten), B337 (Rohre), B338 (Hohlrohre), B348 (Stangen) und B381 (Schmiedeteile) – sind bis auf die Palladiumanforderung und die UNS-Bezeichnungen identisch: R50400 für die Güteklasse 2, R52400 für die Güteklasse 7.
Der Preisunterschied ist jedoch beträchtlich. Palladium gehört zur Platingruppe. Die Güteklasse 7 weist in der Regel einen 3- bis 5-fachen Preisaufschlag gegenüber der Güteklasse 2 auf, abhängig von den aktuellen Palladium-Spotpreisen und der Produktform. Bei einem großen Wärmetauscherbündel summiert sich dieser Aufschlag schnell. Deshalb ist es sowohl für das Projektbudget als auch für die Anlagenzuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung, genau zu wissen, wann die Güteklasse 7 erforderlich ist – und wann die Güteklasse 2 ausreicht.
7. Klasse vs. 2. Klasse auf einen Blick
Die nachstehende Tabelle enthält einen umfassenden Vergleich hinsichtlich Zusammensetzung, mechanischer Eigenschaften, Korrosionsverhalten und praktischer Aspekte. Die mechanischen Eigenschaften sind identisch; die Unterschiede liegen ausschließlich in der Korrosionsbeständigkeit und den Kosten.
| Eigentum | Klasse 2 (CP-Ti) | Güteklasse 7 (Ti-0,15Pd) |
|---|---|---|
| UNS-Bezeichnung | R50400 | R52400 |
| Palladiumgehalt | Keine | 0,12–0,251 TP3T |
| Zugfestigkeit (min) | 345 MPa | 345 MPa |
| Streckgrenze (0,2%, min) | 275 MPa | 275 MPa |
| Dehnung (min) | 20% | 20% |
| Dichte | 4,51 g/cm³ | 4,51 g/cm³ |
| Elastizitätsmodul | 103 GPa | 103 GPa |
| Schmelzbereich | 1.668 ± 10 °C | 1.668 ± 10 °C |
| Wärmeleitfähigkeit | 11,4 W/m·°C | 11,4 W/m·°C |
| Beständigkeit gegen oxidierende Säuren | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet |
| Verringerung der Säurebeständigkeit | Begrenzt | Ausgezeichnet |
| Beständigkeit gegen Spaltkorrosion | Mäßig | Hoch |
| Beständigkeit gegen heiße Chloridsole | Gut | Ausgezeichnet |
| Schweißeignung | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet |
| Verformbarkeit | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet |
| Relative Kosten | Ausgangswert | 3–5-mal höher |
| ASTM-Spezifikationen | B265, B337, B338, B348, B381 | B265, B337, B338, B348, B381 |
Das Fazit: Wenn die Einsatzumgebung oxidierend oder leicht korrosiv ist, sind die Leistungsdaten identisch, und der Preisaufschlag für die Güteklasse 7 macht sich nicht bezahlt. Die Güteklasse 7 rechtfertigt ihren Preis nur unter säurehaltigen oder aggressiven Spaltbedingungen.
Warum Palladium funktioniert – Die Elektrochemie
In den meisten Werkstoffdatenblättern wird angegeben, dass Palladium die Korrosionsbeständigkeit von Titan verbessert, ohne jedoch zu erklären, wie dies geschieht. Es lohnt sich, einen kleinen Umweg zu machen, um den Mechanismus zu verstehen, denn so erfahren Sie genau, in welchen Umgebungen die Güteklasse 7 von Vorteil ist und in welchen nicht.
Die Korrosionsbeständigkeit von Titan in oxidierenden Umgebungen beruht auf seinem passiven Oxidfilm – einer dünnen, sich selbst regenerierenden Schicht aus TiO₂, die sich bei Kontakt mit Luft oder Wasser sofort bildet. In stark oxidierenden Medien ist dieser Film stabil und das Metall korrodiert kaum. Das Problem sind reduzierende Umgebungen, insbesondere reduzierende Säuren. Dort wirkt die elektrochemische Triebkraft eher auf die Auflösung des Films als auf dessen Bildung hin. Das Oxid wird abgebaut, das blanke Metall wird freigelegt und die Korrosion schreitet rasch voran.
Palladium löst dieses Problem durch einen Mechanismus namens kathodische Depolarisation. Bei niedrigen Pd-Konzentrationen (0,12–0,251 TP3T in der Güteklasse 7) löst sich Palladium nicht in der Säure. Stattdessen reichert es sich an der Metalloberfläche an, da sich TiO₂ bevorzugt um diese herum auflöst, wodurch kleine, mit Pd angereicherte intermetallische Zonen (hauptsächlich TiPd) entstehen. Diese Pd-reichen Stellen wirken als effiziente kathodische Stellen – sie katalysieren die Reduktion von Wasserstoffionen (H⁺ → H₂) weitaus effektiver als Titan.
Diese kathodische Katalyse bewirkt zweierlei: Sie beschleunigt die kathodische Reaktionsgeschwindigkeit und verschiebt das Mischpotential der Metalloberfläche nach oben, hin zu edleren (positiveren) Werten. Steigt dieses Mischpotential über das kritische Passivierungspotential von Titan in dem jeweiligen Medium, kehrt die Titanoberfläche in ihren passiven Zustand zurück und die Korrosion wird effektiv gestoppt.
In der Praxis bedeutet dies, dass sich die Güteklasse 7 bei sinkenden Säurekonzentrationen und Temperaturen selbst passivieren kann, während die Güteklasse 2 bei solchen Bedingungen mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Millimetern pro Jahr durchkorrodieren würde. Dieser Mechanismus ist jedoch nicht unbegrenzt – bei sehr hohen Säurekonzentrationen oder sehr hohen Temperaturen übersteigt die treibende Kraft für die Filmauflösung das, was durch die Pd-Katalyse ausgeglichen werden kann, und auch die Güteklasse 7 korrodiert. Die Daten von Austral Wright zeigen, dass die Sorte 7 in 10%-HCl bei 190 °C unter N₂-Sättigung eine Korrosionsrate von 8,8 mm/Jahr erreicht – immer noch besser als die Sorte 2 (>28 mm/Jahr), aber nicht mehr nahezu passiv.
Ein wichtiger Vorbehalt: Der Oxidfilm von Titan benötigt Feuchtigkeit, um sich wieder zu bilden. Unter wasserfreien (trockenen) Reduktionsbedingungen – trockenes Chlorwasserstoffgas, trockenes HF, rote rauchende Salpetersäure – bietet die Güteklasse 7 keinen Vorteil gegenüber der Güteklasse 2. Beide können einem schnellen, potenziell pyrophoren Angriff ausgesetzt sein. Dies ist zwar keine häufig in kommerziellen Datenblättern angegebene Einschränkung, stellt jedoch eine reale Einschränkung dar.
Korrosionsverhalten nach Säureart
Die folgenden Daten stammen aus Vergleichstests der Güteklassen 7 und 2 unter kontrollierten Bedingungen. Korrosionsraten unter 0,1 mm/Jahr gelten im Allgemeinen als akzeptabel für den Langzeitbetrieb; Raten über 1,0 mm/Jahr deuten in der Regel darauf hin, dass ein Austausch des Materials erforderlich ist.
Salzsäure (HCl)
HCl ist eine reduzierende Säure, was den Vorteil der 7. Klasse am deutlichsten veranschaulicht.
| Zustand | Konzentration | Temperatur | Stufe 7 (mm/Jahr) | Grad 2 (mm/Jahr) |
|---|---|---|---|---|
| Standard | 5% | Kochen | 0.18 | >10 |
| mit N₂ gesättigt | 3% | 190 °C | 0.025 | >28 |
| mit N₂ gesättigt | 5% | 190 °C | 0.10 | >28 |
| mit N₂ gesättigt | 10% | 190 °C | 8.8 | >28 |
| mit O₂ gesättigt | 3% | 190 °C | 0.13 | >28 |
| mit O₂ gesättigt | 5% | 190 °C | 0.13 | >28 |
Bei Raumtemperatur liegt die praktische Grenze für die Güteklasse 2 bei etwa 7% HCl. Die Güteklasse 7 erweitert diesen Bereich auf etwa 27% HCl, bevor die Korrosionsraten problematisch werden. Bei Siedetemperatur ist die Güteklasse 2 oberhalb von 1–2% HCl im Wesentlichen ungeeignet. Die Güteklasse 7 bleibt bis zu einer Siedetemperatur von 5% einsetzbar, wobei die Korrosionsraten gering sind (0,18 mm/Jahr), und ist bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 10% nicht mehr akzeptabel.
Schwefelsäure (H₂SO₄)
Schwefelsäure ist eine weitere reduzierende Säure, bei der die Unterschiede besonders ausgeprägt sind.
| Zustand | Konzentration | Temperatur | Stufe 7 (mm/Jahr) | Grad 2 (mm/Jahr) |
|---|---|---|---|---|
| Standard | 5% | Kochen | 0.50 | 48 |
| mit N₂ gesättigt | 1% | 100 °C | — | 7 |
| mit N₂ gesättigt | 1% | 190 °C | 0.13 | — |
| mit N₂ gesättigt | 5% | 190 °C | 0.13 | — |
| mit N₂ gesättigt | 10% | 190 °C | 1.5 | — |
Die Güteklasse 2 korrodiert in kochender 5%-H₂SO₄ mit einer Geschwindigkeit von 48 mm/Jahr – sie löst sich praktisch innerhalb weniger Tage auf. Die Güteklasse 7 weist unter denselben Bedingungen eine Korrosionsrate von 0,50 mm/Jahr auf, was für manche Anwendungen gerade noch akzeptabel ist. Bei verdünnter H₂SO₄ bei erhöhten Temperaturen erreicht die Güteklasse 7 bei einer Konzentration von 1–5% nahezu passive Korrosionsraten von unter 0,15 mm/Jahr.
Organische Säuren (Ameisensäure, Zitronensäure, Oxalsäure)
Bei den organischen Säuren ergibt sich ein gemischtes Bild.
| Säure | Konzentration | Temperatur | Stufe 7 (mm/Jahr) | Grad 2 (mm/Jahr) |
|---|---|---|---|---|
| Ameisensäure | 50% | Kochen | 0.075 | 3.6 |
| Zitronensäure | 50% | Kochen | <0,025 | 0.40 |
| Oxalsäure | 1% | Kochen | 1.13 | 45 |
Ameisensäure und Zitronensäure: Die Güteklasse 7 zeigt eine gute Beständigkeit, während die Güteklasse 2 eine Korrosionsrate aufweist, die für den Langzeitbetrieb problematisch wäre. Oxalsäure wirkt auf beide Güteklassen aggressiv – die Korrosionsrate von 1,13 mm/Jahr bei sietender 1%-Oxalsäure ist bei Güteklasse 7 hoch, und die von 45 mm/Jahr bei Güteklasse 2 ist katastrophal.
Phosphorsäure (H₃PO₄)
| Konzentration | Temperatur | Stufe 7 (mm/Jahr) | Grad 2 (mm/Jahr) |
|---|---|---|---|
| 50% | 70 °C | 1.8 | 10 |
| 10% | Kochen | 3.2 | 11 |
Beide Sorten weisen in konzentrierter Phosphorsäure Probleme auf. Sorte 7 schneidet besser ab, doch keines der beiden Materialien erreicht das nahezu passive Verhalten, das bei verdünnten reduzierenden Säuren zu beobachten ist. Bei einem Siedepunkt von 10% mag der Wert von 3,2 mm/Jahr bei Sorte 7 für bestimmte Prozessauslegungen mit geplanten Wartungszyklen noch akzeptabel sein, stellt jedoch keine langfristige, wartungsfreie Lösung dar.
Chloridhaltige Medien (Sole, AlCl₃)
| Mittel | Konzentration | Temperatur | Stufe 7 (mm/Jahr) | Grad 2 (mm/Jahr) |
|---|---|---|---|---|
| NaCl-Sole | Sa. | 93 °C | <0,025 | — |
| AlCl₃ | 10% | 100 °C | <0,025 | <0,025 |
| AlCl₃ | 25% | 100 °C | 0.025 | 50 |
In neutralen bis leicht alkalischen Salzlösungen zeigen beide Sorten gute Leistungen, wobei Sorte 2 die kostengünstigere Wahl darstellt. In angesäuerten oder chloridreichen Medien hat Sorte 7 einen deutlichen Vorsprung.
Wann die 2. Klasse die richtige Wahl ist
In Diskussionen zum Thema Korrosionsschutz steht die Güteklasse 7 meist im Mittelpunkt, doch für eine beträchtliche Anzahl industrieller Anwendungen ist die Güteklasse 2 besser geeignet. Die überdimensionierte Verwendung der Güteklasse 7 in Fällen, in denen die Güteklasse 2 die gleiche Leistung erbringt, verursacht direkte, unnötige Kosten.
Oxidierende saure Umgebungen. In Salpetersäure – einer stark oxidierenden Säure – zeigen beide Güteklassen eine vergleichbar gute Leistung. Der Passivfilm von Titan ist unter oxidierenden Bedingungen unabhängig vom Palladiumgehalt äußerst stabil. Gleiches gilt für Chromsäure und andere oxidierende Medien. Die Güteklasse 2 ist zu einem Bruchteil der Kosten die richtige Wahl.
Organische Säuren bei mäßiger Temperatur verdünnen. Bei niedrigen Konzentrationen und Temperaturen deutlich unterhalb des Siedepunkts sind die Korrosionsraten für die Güteklasse 2 in organischen Säuren oft akzeptabel. Ein 50 °C warmer Ameisensäure-Strom mit einer Konzentration von 10% ist etwas ganz anderes als kochende 50%-Ameisensäure. Prüfen Sie Ihre spezifischen Betriebsbedingungen anhand der Korrosionsdaten, bevor Sie standardmäßig auf die Güteklasse 7 zurückgreifen.
Einsatz in Meerwasser, in salzhaltigen Medien und in chloridhaltigen Medien. In Meerwasser und Salzlösungen mit neutralem pH-Wert sind beide Werkstoffsorten im Wesentlichen korrosionsbeständig. Der Oxidfilm ist stabil, die Korrosionsraten sind vernachlässigbar, und das Risiko der Spaltkorrosion – das zwar bei beiden Werkstoffsorten besteht – führt bei den üblichen Betriebstemperaturen im maritimen Einsatz zu keinen nennenswerten Unterschieden zwischen ihnen. Die Werkstoffsorte 2 ist der am häufigsten verwendete Werkstoff in Offshore-Wärmetauschern für den Einsatz mit Meerwasser.
Alkalische Umgebungen. Starke Laugen (Natronlauge, Kaliumhydroxid) stellen für keine der beiden Sorten eine Herausforderung dar. Sorte 2 kommt damit gut zurecht, und der Palladiumzusatz in Sorte 7 trägt hier nicht zur Korrosionsbeständigkeit bei.
Kostenorientierte Anwendungen mit einer kürzeren erwarteten Lebensdauer. In manchen Prozessumgebungen ist der regelmäßige Austausch korrodierter Bauteile fest im Wartungsplan vorgesehen. Wenn die Korrosionsrate bei der Güteklasse 2 zu einer Lebensdauer der Bauteile von beispielsweise 3–5 Jahren führt und dies mit den geplanten Wartungsintervallen übereinstimmt, führt die Wahl der Güteklasse 7 allein aufgrund der längeren Lebensdauer möglicherweise nicht zu einer positiven Kapitalrendite.
Die praktische Entscheidungsregel: Wenn Ihre Prozesschemie nicht zur Gruppe der reduzierenden Säuren gehört (HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, organische Säuren) oder wenn dies zwar der Fall ist, jedoch nur bei niedrigen Konzentrationen und moderaten Temperaturen, bei denen die Korrosionsraten der Güteklasse 2 unter 0,25 mm/Jahr liegen, ist die Güteklasse 2 ausreichend. Fügen Sie die Güteklasse 7 erst dann in die Spezifikation ein, wenn die Daten – insbesondere die Korrosionsrate in Ihrer Säure bei Ihrer Betriebstemperatur – dies rechtfertigen.
Anwendungsbereiche, in denen die Güteklasse 7 ihren Preis rechtfertigt
Wenn die Einsatzbedingungen eindeutig in die Kategorie der reduzierenden Säuren fallen, lässt sich der Kostenaufschlag für die Güteklasse 7 in der Regel auf Lebenszyklusbasis leicht rechtfertigen. Dabei fließen die Ersatzkosten, Prozessausfallzeiten und das Risiko einer Produktverunreinigung durch einen korrodierten Behälter in die Berechnung ein.
Chlor-Alkali- und Chlorchemie. Zellkomponenten, Anodenbaugruppen und Rohrleitungen in der Chlorproduktion sind sowohl mit feuchtem Chlorgas als auch mit Salzsäureströmen in Berührung. Die Werkstoffspezifikation „Grade 7“ ist in vielen dieser Einsatzumgebungen der Standard. Die Kombination aus feuchtem Chlor, HCl und Sole – in Verbindung mit Temperaturwechseln – ist für „Grade 2“ an medienberührten Oberflächen zu aggressiv.
Reaktoren und Autoklaven für die chemische Verarbeitung. Reaktorbehälter für den Einsatz bei der reduktiven Säureaufschließung – ein klassisches Beispiel sind hydrometallurgische Säureauslaugungskreisläufe zur Rückgewinnung von Nickel, Kobalt und Kupfer – werden bei erhöhten Temperaturen mit HCl oder H₂SO₄ in Konzentrationen betrieben, die genau in den Einsatzbereich der Klasse 7 fallen. Eine Korrosionsstudie aus dem Jahr 2010 zu Ti-2 und Ti-7 in der Säureauslaugung von Nickel (Vaughan, ScienceDirect) dokumentierte deutlich unterschiedliche Oberflächenmorphologien und Korrosionsverhalten, wobei Ti-7 unter Bedingungen, die bei Ti-2 zu starker Rauheit und Korngrenzenangriff führten, eine glatte Oberfläche und einen deutlich geringeren Metallverlust aufwies.
Wärmetauscher im Säurebetrieb. Die Norm ASTM B338 gilt speziell für Wärmetauscherrohre aus Titan. Die Güteklasse 7 ist für Kondensatoren und Wärmetauscher in sauren Umgebungen vorgesehen – insbesondere dann, wenn es sich bei der Flüssigkeit auf der Mantel- oder Rohrseite um einen reduzierenden sauren Prozessstrom handelt oder wenn die Anlage wechselnden Betriebsbedingungen ausgesetzt ist, bei denen sich reduzierende und oxidierende chemische Prozesse abwechseln können.
Herstellung von Arzneimitteln und Feinchemikalien. In Säureaufschlussbehältern und Prozessrohrleitungen in der pharmazeutischen Synthese kommen häufig Ameisensäure, Oxalsäure oder verdünnte HCl bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt zum Einsatz. Aufgrund der Anforderungen an die Produktreinheit ist eine Verunreinigung durch Metall nicht zulässig, was für nahezu passive Korrosionsraten spricht. Hier ist die Spezifikation der Güteklasse 7 angemessen.
Luftreinhaltung. Bei Nasswäschern, die SO₂- und HCl-Gasströme behandeln – insbesondere bei solchen, die Säurewaschflüssigkeiten verwenden –, treten Betriebsbedingungen auf, unter denen bei der Güteklasse 2 nachweislich Korrosionsschäden aufgetreten sind. Für die Einbauten von Wäschern und die Stützkonstruktionen von Füllkörperbetten wird üblicherweise die Güteklasse 7 vorgeschrieben.
Einsatz von Druckbehältern nach AS1210/ASME bis zu 300 °C. Beide Normen sehen eine Vorqualifizierung von „Grade 7“ für den Bau von Druckbehältern bis 300 °C (ASME BPVC) und von „Grade 7“-Rohren bis 325 °C (AS4041 Druckrohrleitungen) vor. Wenn Druckbehälter für den Einsatz mit Säuren gemäß diesen Normen ausgelegt werden, ist die Güteklasse 7 die naheliegende Wahl für die mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden druckführenden Bauteile.
Die Palladium-Klassenreihe – Klassen 7, 11, 16 und 12
Wenn Sie die Sorte 7 in Betracht ziehen, sollten Sie auch die anderen palladiumhaltigen Sorten sowie die Molybdän-Nickel-Alternative (Sorte 12) im Blick behalten, da die Antwort “Verwenden Sie einfach Sorte 7” manchmal nicht die kostengünstigste Lösung ist.
| Klasse | Zusatz von Schlüssellegierungen | Pd-Gehalt | Grundstärke | Hauptanwendungsfall |
|---|---|---|---|---|
| Klasse 7 | 0,12–0,251 TP3T Pd | Gesamtes Sortiment | CP-Ti (entspricht Güteklasse 2) | Reduzierende Säuren, Einsatz in Spalten, Standardanwendungen |
| 11. Klasse | 0,12–0,251 TP3T Pd | Gesamtes Sortiment | CP-Ti (Güteklasse 1 – niedrigerer O-Gehalt) | Pd-Variante der Güteklasse 1; gleiche Korrosionsbeständigkeit wie Güteklasse 7, etwas geringere Festigkeit |
| Klasse 16 | 0,04–0,081 TP3T Pd | Reduziert | CP-Ti | Kostenoptimierte Alternative zu Sorte 7 unter milderen Reduktionsbedingungen |
| Klasse 12 | 0,3% Mo + 0,8% Ni | Keine | Höher als Grad 2 | Spaltkorrosion in heißen Salzlösungen; kein Pd (geringere Kosten, anderer Mechanismus) |
7. Klasse gegen 11. Klasse: Diese beiden Güteklassen weisen denselben Palladiumgehalt auf und verfügen daher über eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit. Der wesentliche Unterschied liegt im Grundmetall: Die Güteklasse 11 verhält sich zur Güteklasse 1 wie die Güteklasse 7 zur Güteklasse 2 – beide sind palladiumhaltige Varianten, jedoch mit unterschiedlichen Sauerstoffgehaltsstufen. Sorte 11 verwendet eine Basis der Sorte 1 (niedrigerer Sauerstoffgehalt, max. O ~0,181 TP3T gegenüber max. 0,251 TP3T bei Sorte 2), was zu einer etwas geringeren Interstitialfestigkeit führt. Der praktische Unterschied in der Korrosionsbeständigkeit ist gering. Für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen im Säurebereich sind die Güteklassen 7 und 11 aus korrosionstechnischer Sicht austauschbar.
Klasse 7 gegen Klasse 16: Die Güteklasse 16 enthält nur 0,04–0,081 TP3T Pd – etwa die Hälfte der Untergrenze der Güteklasse 7. Ihre Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Säuren ist gegenüber der Güteklasse 2 verbessert, jedoch nicht so hoch wie bei der Güteklasse 7. Die Güteklasse 16 ist eine Kostensenkungsmaßnahme für Umgebungen, in denen die gesamte Leistungsreserve der Güteklasse 7 über den tatsächlichen Anforderungen liegt. Wenn die Korrosionsraten unter Ihren spezifischen Bedingungen zeigen, dass die Güteklasse 16 sicher unter 0,1 mm/Jahr liegt, kann sie gegenüber der Güteklasse 7 erhebliche Kosteneinsparungen bieten.
7. Klasse gegen 12. Klasse: Die Güteklasse 12 verfolgt einen völlig anderen Ansatz – sie verwendet Molybdän und Nickel anstelle von Palladium. Die Güteklasse 12 weist eine höhere Festigkeit als die Güteklasse 2 auf (Zugfestigkeit ≥ 483 MPa gegenüber 345 MPa) und eine bessere Spaltkorrosionsbeständigkeit in heißen Chloridumgebungen mit neutralem pH-Wert. Allerdings erreicht sie nicht die Leistungsfähigkeit der Güteklasse 7 in reduzierenden Säuren. Wenn das Hauptanliegen die Spaltkorrosion in heißen Salzlösungen ohne nennenswerte Säurebelastung ist, kann die Güteklasse 12 die kostengünstigere Wahl sein und bietet zudem den Vorteil einer höheren Festigkeit. Für den Einsatz in tatsächlich reduzierenden Säuren ist die Güteklasse 7 die richtige Wahl.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Titan der Güteklasse 2 und Titan der Güteklasse 7?
Die Güteklasse 7 entspricht der Güteklasse 2 mit einem Zusatz von 0,12–0,251 TP3T Palladium. Bei beiden handelt es sich um handelsreines Alpha-Titan mit identischen mechanischen Eigenschaften, Dichte und Schweißbarkeit. Der einzige funktionale Unterschied besteht in der Korrosionsbeständigkeit: Die Sorte 7 übertrifft die Sorte 2 bei reduzierenden Säuren (HCl, H₂SO₄, organische Säuren) deutlich durch einen palladiumkatalysierten elektrochemischen Mechanismus, der es dem Metall ermöglicht, sich in Umgebungen selbst zu passivieren, in denen die Sorte 2 mit Geschwindigkeiten von über 10–50 mm/Jahr korrodieren würde.
Welche Titanlegierung eignet sich am besten für den Einsatz mit Salzsäure?
Für den Einsatz in HCl-Medien wird standardmäßig die Güteklasse 7 empfohlen. Bei Raumtemperatur ist die Güteklasse 2 auf etwa 7% HCl beschränkt; die Güteklasse 7 erweitert diesen Bereich auf etwa 27%. Bei Siedetemperatur korrodiert die Güteklasse 2 in 5% HCl mit mehr als 10 mm/Jahr, während die Güteklasse 7 eine Korrosionsrate von 0,18 mm/Jahr aufweist. Bei Konzentrationen über 10% HCl und erhöhten Temperaturen (190 °C) lässt selbst der Korrosionsschutz der Güteklasse 7 erheblich nach – für diese extremen Bedingungen sollten Hastelloy C-276 oder ähnliche Legierungen in Betracht gezogen werden.
Ist Titan der Güteklasse 7 den Aufpreis wert?
Das hängt ganz von der Einsatzumgebung ab. In säurehaltigen Umgebungen verhindert die Güteklasse 7 katastrophale Korrosionsschäden, die einen Austausch der Behälter, Betriebsausfälle und mögliche Kontaminationsvorfälle zur Folge hätten – die Lebenszykluskostenrechnung spricht eindeutig für die Güteklasse 7. In nicht-sauren oder oxidierenden Umgebungen bietet die Güteklasse 7 gegenüber der Güteklasse 2 keinerlei zusätzlichen Korrosionsschutz, und der 3- bis 5-fache Preisaufschlag stellt reine Mehrkosten dar. Passen Sie die Güteklasse an die chemischen Bedingungen des Einsatzbereichs an, nicht an eine allgemeine Vorliebe für “bessere” Werkstoffe.
Ist Titan der Güteklasse 2 beständig gegen Schwefelsäure?
Güteklasse 2 unterliegt in Schwefelsäure bei erhöhten Temperaturen starker Korrosion. Bei siedender 5% H₂SO₄ korrodiert Güteklasse 2 mit einer Geschwindigkeit von 48 mm/Jahr – was den Werkstoff praktisch unbrauchbar macht. Bei Raumtemperatur und sehr geringen Konzentrationen (unter etwa 5%) sind die Korrosionsraten von Güteklasse 2 zwar geringer, doch ist der Spielraum sehr gering, wenn sich Betriebstemperaturen oder Konzentrationen ändern. Für jeden sinnvollen Einsatz mit H₂SO₄ ist Güteklasse 7 die richtige Spezifikation.
Verhindert Palladium Spaltkorrosion bei Titan?
Ja, in erheblichem Maße. Spaltkorrosion bei Titan tritt auf, wenn in einer Spalte stehendes Fluid an oxidierenden Spezies verarmt, wodurch sich die lokale Elektrochemie in Richtung reduzierender Bedingungen verschiebt. Der kathodische Katalyseeffekt von Palladium erweitert die Korrosionsbeständigkeit auf diese lokal reduzierenden Bedingungen, weshalb die Güteklasse 7 gegenüber der Güteklasse 2 bei Anwendungen mit Dichtungen, Rohr-an-Rohrboden-Verbindungen und verschraubten Flanschen im Säurebetrieb bevorzugt wird.
Welche Titanlegierung sollte ich für einen Wärmetauscher zur Reduktionssäure angeben?
Für das Rohrbündel ist die Güteklasse 7 gemäß ASTM B338 (nahtlose oder geschweißte Rohre) anzugeben. Für den Mantel kann die Güteklasse 2 gemäß ASTM B265 (Blech) akzeptabel sein, sofern die mantelseitige Flüssigkeit keine reduzierende Säure ist. Wenn sowohl auf der Mantel- als auch auf der Rohrseite reduzierende Säure fließt, ist durchgehend die Güteklasse 7 vorzuschreiben. Verwenden Sie für alle Schweißarbeiten vor Ort Schweißzusatzwerkstoff gemäß AWS ERTi-7.
Wie lautet die UNS-Bezeichnung für Titan der Güteklasse 7?
Titan der Güteklasse 7 wird als UNS R52400 bezeichnet. Die Güteklasse 2 lautet UNS R50400.
Sind die 7. und die 11. Klasse austauschbar?
Für die meisten Anwendungen im Säurebereich, ja. Beide enthalten 0,12–0,25% Pd und weisen eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit auf. Die Güteklasse 11 verhält sich zur Güteklasse 1 wie die Güteklasse 7 zur Güteklasse 2 – eine palladiumhaltige Variante auf derselben Sauerstoffbasisstufe. Aufgrund des geringeren Gehalts an interstitiellem Sauerstoff weist die Güteklasse 11 eine etwas geringere Festigkeit auf als die Güteklasse 7. Sofern die Güteklasse 7 die mechanischen Anforderungen erfüllt, wird sie aufgrund ihrer größeren Verfügbarkeit im Allgemeinen bevorzugt.
Zusammenfassung
Titan der Güteklasse 7 und der Güteklasse 2 sind bis auf einen Unterschied identisch: Palladium. Dieser Zusatz ist zwar deutlich teurer, sorgt jedoch für eine enorme Verbesserung in einem bestimmten Leistungsbereich – der Beständigkeit gegenüber reduzierenden Säuren. In siedender HCl und H₂SO₄ korrodiert die Güteklasse 7 50- bis 300-mal langsamer als die Güteklasse 2. In oxidierenden Umgebungen, bei Einsatz in salzhaltigen Medien und unter alkalischen Bedingungen sind die beiden Güteklassen identisch, sodass die Güteklasse 2 die naheliegende Wahl ist.
Das Entscheidungsschema ist einfach: Ermitteln Sie den primären Korrosionsstoff in Ihrem Prozessstrom, schlagen Sie die Korrosionsrate für diese Säure bei Ihrer Betriebstemperatur und Konzentration nach und wählen Sie die Werkstoffgüte aus, deren Korrosionsrate mit ausreichender Sicherheitsmarge unter 0,1 mm/Jahr liegt. Wenn die Antwort „Güteklasse 2“ lautet, sollten Sie nicht für „Güteklasse 7“ bezahlen. Handelt es sich um „Güteklasse 7“, rechtfertigt die Lebenszykluswirtschaftlichkeit fast immer den Aufpreis gegenüber den Kosten eines vorzeitigen Ausfalls der Anlage.
Für Umgebungen, die in eine Grauzone fallen – leicht reduzierende saure Bedingungen, schwankende chemische Zusammensetzung der Betriebsmedien oder Budgetbeschränkungen –, lohnt es sich, die Güteklassen 16 (reduziertes Pd) und 12 (Mo-Ni) als kostengünstigere Alternativen in Betracht zu ziehen, bevor man sich bei einer groß angelegten Installation standardmäßig für die Güteklasse 7 entscheidet.
