Titan der Güteklasse 7 (UNS R52400, ASTM B265) ist handelsreines Titan mit einem Palladiumzusatz von 0,12–0,25 Gew.-%. Dieser geringe Pd-Zusatz verändert grundlegend das Verhalten der Legierung in reduzierenden sauren Umgebungen – also in Umgebungen, in denen Standard-Titangüteklassen schnell korrodieren. Die Sorte 11 weist denselben Palladiumgehalt auf, verwendet jedoch eine Basis mit geringerem Sauerstoff- und Eisengehalt (entspricht der Sorte 1 CP Ti), wodurch sie die gleiche Korrosionsbeständigkeit bei besserer Duktilität und Kaltumformbarkeit aufweist. Für die meisten Anwendungen im Bauwesen und in der chemischen Verarbeitung ist die Sorte 7 die Standardwahl. Die Sorte 11 wird spezifiziert, wenn die Fertigung Tiefziehen, Rohrbiegen oder die Umformung dünnwandiger Bauteile erfordert. Dieser Leitfaden behandelt den Palladium-Mechanismus, die Unterschiede in den Eigenschaften der beiden Sorten sowie praktische Hinweise zur Auswahl.
Was ist Titan der Güteklasse 7?
Die Legierung der Klasse 7 ist eine Alpha-Phase-Legierung aus kommerziell reinem Titan, die durch einen einzigen kontrollierten Zusatz definiert ist: 0,12–0,25 Gew.-% %-Palladium. In allen anderen Aspekten entspricht seine Zusammensetzung der von CP-Titan der Güteklasse 2 – derselbe Eisenhöchstgehalt wie bei 0,30%, derselbe Sauerstoffhöchstgehalt wie bei 0,25% sowie dieselben Grenzwerte für Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff in Form von Zwischengitteratomen.
| Element | Grenzwert der 7. Klasse |
|---|---|
| Palladium | 0,12–0,251 TP3T |
| Eisen | ≤ 0,30% |
| Sauerstoff | ≤ 0,25% |
| Kohlenstoff | ≤ 0,08% |
| Stickstoff | ≤ 0,03% |
| Wasserstoff | ≤ 0,015% |
| Titan | Bilanz |
Die UNS-Bezeichnung lautet R52400. In den europäischen Normen wird es als Werkstoffnummer 3.7235 geführt. Die ASTM-Normen decken die Güteklasse 7 in verschiedenen Produktformen ab: unter anderem B265 (Band, Blech, Platte), B337/B338 (Rohr), B348 (Stab und Knüppel) und B861 (nahtloses Rohr).
Da die Grundzusammensetzung im Wesentlichen der der Güteklasse 2 entspricht, sind die mechanischen Eigenschaften nahezu identisch mit denen der Güteklasse 2. Die Mindeststreckgrenze beträgt 275 MPa (40 ksi), die Zugfestigkeit 345 MPa (50 ksi) und die Mindestdehnung 20%. Der Elastizitätsmodul beträgt 108 GPa. Die Dichte beträgt 4,51 g/cm³.
Der Palladiumgehalt ist der Grund, warum die Güteklasse 7 ihren Platz in einer Spezifikation einnimmt. Mit einem Anteil von 0,2 Gew.-% – weniger als ein Viertel Prozent – erhöht Palladium die Korrosionsbeständigkeit der Legierung in reduzierenden Umgebungen erheblich, während die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit im Vergleich zur Güteklasse 2 im Wesentlichen unverändert bleiben.
Anmerkung zur Klasse 7H: Die ASTM definiert außerdem die Güteklasse 7H, die denselben Pd-Bereich und dieselben Zusammensetzungsgrenzen aufweist, jedoch eine höhere Mindestzugfestigkeit (UTS) von 400 MPa (58 ksi) vorschreibt. Die Güteklasse 7H wird spezifiziert, wenn Konstrukteure eine höhere Grundfestigkeit benötigen, ohne auf eine legierte Güte wie Ti-6Al-4V umsteigen zu müssen.
Der Palladium-Mechanismus: Warum 0,2% alles verändert
Reines, unlegiertes Titan bildet in oxidierenden und neutralen Umgebungen einen dichten, sich selbst regenerierenden TiO₂-Passivfilm. Aus diesem Grund ist die Sorte 2 problemlos für den Einsatz in Meerwasser, verdünnten oxidierenden Säuren und den meisten chloridhaltigen Medien geeignet. Das Problem sind reduzierende Umgebungen – verdünnte Salzsäure, warme Schwefelsäure oder Flusssäure in geringer Konzentration. Unter diesen Bedingungen sind nicht genügend oxidierende Spezies vorhanden, um den Passivfilm aufrechtzuerhalten, und die Titanoberfläche beginnt sich aufzulösen.
Palladium behebt dieses Problem durch einen Mechanismus der kathodischen Depolarisation.
Pd ist ein Edelmetall mit einem deutlich geringeren Wasserstoff-Überpotential als Titan. Wenn Pd an der Oberfläche vorhanden ist – selbst bei einem Anteil von 0,15–0,20 Gew.-% –, wirkt es als bevorzugter Ort für die Wasserstoffentwicklungsreaktion:
2H⁺ + 2e⁻ → H₂
Bei dieser Reaktion werden Protonen an den Pd-Stellen verbraucht, wodurch sich das Mischpotential der Legierungsoberfläche erhöht. Die Verschiebung ist groß genug, um das Korrosionspotential aus dem aktiven Auflösungsbereich in den passiven Bereich zu verschieben, in dem der TiO₂-Film stabil ist – auch ohne externe Oxidationsmittel. Das Ergebnis: Die Legierung der Güteklasse 7 bleibt in reduzierenden Säuren passiv, während reines Titan dort aktiv korrodiert.
Dieser Mechanismus wurde bereits in den 1960er Jahren in einer von Johnson Matthey veröffentlichten Forschungsarbeit beschrieben und in elektrochemischen Untersuchungen in den 1990er und 2000er Jahren bestätigt, darunter auch von der NRC in Auftrag gegebene Arbeiten zum Verhalten von Titanlegierungen in Endlagermilieus.
Wovor Palladium keinen Schutz bietet:
Der Mechanismus der kathodischen Depolarisation stößt an seine Grenzen. Bei hohen Säurekonzentrationen – konzentriertes HCl über etwa 20% bei erhöhten Temperaturen oder siedendes H₂SO₄ über ~10% – werden die Pd-Oberflächenstellen überlastet und der Passivfilm bricht zusammen. Auch die Güteklasse 7 ist in stark reduzierenden Fluoridumgebungen (wasserfreies HF) und unter stark alkalischen Bedingungen oberhalb von pH 12 weiterhin anfällig für Korrosion. Spaltkorrosion in heißen, konzentrierten Chloridlösungen bleibt ein Problem, obwohl die Beständigkeit der Güteklasse 7 in dieser Hinsicht deutlich besser ist als die der Güteklasse 2.
Die wichtigste technische Schlussfolgerung: Die Güteklasse 7 erweitert den sicheren Betriebsbereich durch die Verringerung der Säurechloridkonzentration erheblich, macht Titan jedoch nicht grundsätzlich korrosionsbeständig.
Titan der Güteklasse 7 im Vergleich zu Titan der Güteklasse 11: Die wichtigsten Unterschiede
Die Güteklassen 7 und 11 weisen denselben Palladiumgehalt (0,12–0,25 Gew.-%) und somit dieselbe Korrosionsbeständigkeit auf. Der Unterschied liegt ausschließlich in der Reinheit des Titangebases.
- Klasse 7 basiert auf einer Grundlegende der Klasse 2 – höhere zulässige Werte für Sauerstoff (≤ 0,25%) und Eisen (≤ 0,30%)
- 11. Klasse basiert auf einer Grundgesteinsklasse 1 – mit geringem Sauerstoffgehalt (< 0,18%) und geringem Eisengehalt (< 0,20%)
Niedrigere Interstitialwerte bedeuten eine geringere Streckgrenze, aber eine höhere Duktilität. Das fasst den gesamten Kompromiss zwischen Güteklasse 7 und Güteklasse 11 in einem Satz zusammen.
| Eigentum | Klasse 7 (UNS R52400) | 11. Klasse (UNS R52250) |
|---|---|---|
| Pd-Gehalt | 0,12–0,251 TP3T | 0,12–0,251 TP3T |
| Fe max | 0.30% | 0.20% |
| O max | 0.25% | 0.18% |
| Streckgrenze (min.) | 275 MPa (40 ksi) | 172 MPa (25 ksi) |
| Zugfestigkeit (min.) | 345 MPa (50 ksi) | 241 MPa (35 ksi) |
| Dehnung (min) | 20% | 25% |
| Elastizitätsmodul | 108 GPa | 103 GPa |
| Dichte | 4,51 g/cm³ | 4,51 g/cm³ |
| Wärmeleitfähigkeit | ~17 W/m·K | ~20,6 W/m·K |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet (entspricht der Note 7) |
| Kaltumformbarkeit | Gut | Sehr gut |
| Äquivalent der Primärbasis | Güteklasse 2 CP Ti | Güteklasse 1 CP Ti |
Der Unterschied von 103 MPa bei der Streckgrenze zwischen den beiden Güteklassen ist für die Konstruktion von Druckbehältern und Bauteilen nicht unerheblich. Eine für die Güteklasse 7 berechnete Behälterwand kann 20–25% dünner sein als eine, die für die Mindeststreckgrenze der Güteklasse 11 ausgelegt ist, was sich direkt auf die Materialkosten auswirkt – auch wenn die Pd-haltige Rohlegierung pro Kilogramm teurer ist als die reinen Titangüten.
Die Korrosionsbeständigkeit ist kein Unterscheidungsmerkmal zwischen der Güteklasse 7 und der Güteklasse 11. Ingenieure, die die Güteklasse 11 in erster Linie wegen ihrer “besseren Korrosionsbeständigkeit” vorschreiben, gehen von einer falschen Annahme aus. Beide Güteklassen weisen denselben Pd-Bereich auf und verhalten sich in allen bisher getesteten korrosiven Umgebungen identisch. Das Auswahlkriterium sind die Anforderungen an die Verarbeitung und die Konstruktion, nicht die Korrosionsbeständigkeit.
Korrosionsbeständigkeit von Titan der Güteklasse 7: Was es verträgt – und was nicht
Der praktische Nutzen von Palladium der Güteklasse 7 zeigt sich am deutlichsten in vier Kategorien aggressiver Umgebungen, in denen Titan der Güteklasse 2 versagt.
1. Reduktion von Säuren in moderaten Konzentrationen
Dies ist das Hauptanwendungsgebiet der Sorte 7. Reines Titan passiviert in nicht oxidierenden Säuren nur schlecht, da kein Oxidationsmittel vorhanden ist, das den TiO₂-Film aufrechterhält. Die Sorte 7 umgeht diese Anforderung durch den zuvor beschriebenen, Pd-katalysierten Wasserstoffentwicklungsmechanismus.
In der Praxis befasst sich die 7. Klasse mit folgenden Themen:
- Salzsäure (HCl): beständig bei Raumtemperatur bis zu einer Konzentration von ca. 20% sowie bei erhöhten Temperaturen in verdünnten Konzentrationen (5–10% bei 60–80 °C mit entsprechenden Auslegungsspielräumen)
- Schwefelsäure (H₂SO₄): beständig in verdünnter Form bis zu etwa 5% bei moderaten Temperaturen; oberhalb dieses Bereichs nimmt die Leistungsfähigkeit rapide ab
- Phosphorsäure (H₃PO₄): im Allgemeinen beständig in verdünnten bis mäßigen Konzentrationen
- Gemischte Säureströme, die Chloride enthalten: Die Klasse 7 erweitert den sicheren Betriebsbereich im Vergleich zur Klasse 2 erheblich.
Diese Grenzwerte sind keine festen Schwellenwerte – Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Belüftung und das Vorhandensein anderer Spezies verschieben die Korrosionsgrenze. Qualifizierungsprüfungen in der tatsächlichen Prozessumgebung sind bei kritischen Anlagen gängige Praxis.
2. Heiße Salzlaugen und Chloridlösungen
Unlegiertes Titan weist bereits in normalem Meerwasser eine gute Beständigkeit auf, doch in heißen, konzentrierten Salzlösungen (über 70–80 °C) oder in Bereichen mit stehendem Chlorid, wie beispielsweise an den Verbindungen zwischen Rohren und Rohrboden, kann Spaltkorrosion zum Problem werden. Die Güteklasse 7 erhöht die kritische Spalttemperatur und verlängert die nutzbare Lebensdauer unter diesen Bedingungen.
Wärmetauscher und Verdampferrohre in Entsalzungsanlagen, die mit Hochtemperatur-Sole betrieben werden, sind aus diesem Grund ein gängiger Anwendungsbereich.
3. Umgebungen mit gemischten Oxidationsmitteln: feuchtes Chlor und Hypochlorit
Die Güteklasse 7 eignet sich gut für den Einsatz mit feuchtem Chlorgas, Chlordioxid und Natriumhypochlorit – also in Umgebungen, wie sie in Bleichanlagen der Zellstoff- und Papierindustrie sowie in Wasseraufbereitungsanlagen vorzufinden sind. Der Pd-Zusatz verringert das Risiko einer Entzündung oder von Spaltkorrosion, die bei reinem Titan im Einsatz mit trockenem oder konzentriertem Chlor auftreten können.
4. Umgebungen mit feuchtem Atommüll (Langzeitbetrieb)
Die Gesteinsart „Grade 7“ wurde im Hinblick auf ihre Eignung als Endlager für radioaktive Abfälle (insbesondere im Rahmen des Yucca-Mountain-Projekts des US-Energieministeriums) eingehend untersucht. Die in der Fachzeitschrift veröffentlichten Forschungsergebnisse Korrosion (Band 61, Nr. 10, AMPP) untersuchte die Legierung „Grade 7“ und verwandte Legierungen unter den Bedingungen eines Langzeitendlagers – saures Grundwasser, Gammastrahlungsfelder, potenzielle Spaltkorrosionsumgebungen. „Grade 7“ zeigte unter diesen Bedingungen messbare Verbesserungen gegenüber „Grade 2“, wobei die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion als Hauptvorteil genannt wurde.
In Fällen, in denen die Schutzklasse 7 keinen zuverlässigen Schutz bietet:
| Umwelt | Leistung in der 7. Klasse | Hinweis |
|---|---|---|
| Konzentrierte HCl (>20% bei Raumtemperatur oder verdünnt bei >100 °C) | Aktive Korrosion | Selbst Pd kann Passivität nicht aufrechterhalten |
| Konzentriertes H₂SO₄ (>10–15%) | Aktive Korrosion | Verwenden Sie Hastelloy C-276 oder Tantal |
| Wasserfreies HF | Aktive Korrosion | Keine Fluoridresistenz in reinem HF |
| Starkes Alkali (NaOH >30% bei erhöhter Temperatur) | Korrosionsrisiko | Titanlegierungen sind im Allgemeinen bei einem pH-Wert über 12 anfällig |
| Rot rauchende Salpetersäure | Pyrophore Gefahr | Titan verboten |
| Trockenes Chlorgas bei hoher Temperatur | Brandgefahr durch Titan | Die 7. Klasse löst dieses Problem nicht. |
Wann sollte man die 11. Klasse der 7. Klasse vorziehen?
Die Güteklasse 11 gibt es vor allem aus einem Grund: für Fertigungsszenarien, in denen die etwas höhere Festigkeit der Güteklasse 7 zu Umformschwierigkeiten führt und der Konstrukteur das Risiko von Rissen oder Rückfederung nicht in Kauf nehmen kann.
Anwendungsfälle, bei denen die Güteklasse 11 die richtige Wahl ist:
Dünnwandige Rohre mit engen Biegeradien. Die Mindeststreckgrenze von 172 MPa bei der Güteklasse 11 im Vergleich zu 275 MPa bei der Güteklasse 7 bedeutet, dass das Material weniger stark kaltverfestigt und beim Biegen weniger stark zurückfedert. Bei gewellten Wärmetauscherrohren, U-Biegungen oder geschweißten Dehnungsfugen mit kleinen Durchmessern ist die Weichheit der Güteklasse 11 von Vorteil.
Tiefgezogene Bauteile. Umformvorgänge, bei denen eine erhebliche Querschnittsverringerung erforderlich ist – Rohrböden, geformte Endkappen, komplexe Flanschgeometrien –, profitieren von der höheren Dehnung der Güteklasse 11 (25% gegenüber 20% bei der Güteklasse 7) und der geringeren Fließspannung. Die Gefahr eines Versagens während des Umformvorgangs wird durch die Güteklasse 11 gemindert.
Anwendungen, bei denen die Duktilität der Schweißnaht entscheidend ist. Beide Güteklassen sind schweißbar, doch bei Güteklasse 11 weisen die Schweißnähte eine etwas geringere Eigenspannung und eine höhere Duktilität auf. Bei Anlagen, die Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, bieten die Schweißzonen der Güteklasse 11 einen größeren Spielraum, bevor Risse entstehen.
Wann die 7. Klasse die bessere Wahl ist:
| Szenario | Bevorzugte Note | Grund |
|---|---|---|
| Druckbehälter und Kolonnen | Klasse 7 | Höhere Ausbeute → dünnere Wand, geringere Materialkosten |
| Tragwerke und Stützen | Klasse 7 | Da die Tragwerksplanung durch die Streckgrenze begrenzt ist, ermöglicht die Güteklasse 7 kleinere Querschnitte |
| Blech- und Plattenbearbeitung mit konventionellen Umformverfahren | Klasse 7 | Eine Formbarkeit, die der Güteklasse 2 entspricht, ist für die meisten Blechbearbeitungen ausreichend |
| Einsatz bei hohen Temperaturen (unter Druck) | Klasse 7 | Boden mit höherer Festigkeit bei erhöhter Temperatur |
| Standardrohre in geraden Abschnitten | Klasse 7 | Kein Formungsvorteil ab der 11. Klasse |
Die praktische Realität in den meisten Beschaffungsszenarien: Die Güteklasse 7 ist in größerem Umfang vorrätig, während die Güteklasse 11 bei den meisten Servicezentren nur auf Sonderbestellung erhältlich ist. Sofern keine fertigungstechnischen Einschränkungen vorliegen, ist die Güteklasse 7 allein aufgrund der Marktverfügbarkeit die Standardwahl.
Praktische Anwendungen der 7. und 11. Klasse
Beide Werkstoffsorten sind für denselben Anwendungsbereich bestimmt. Die Wahl der Werkstoffsorte innerhalb eines bestimmten Projekts hängt von der Geometrie der Bauteile und den Beanspruchungsanforderungen ab, nicht von der korrosiven Umgebung.
Chemische Verarbeitungsindustrie
Wärmetauscher für gemischte Säureströme, Gaswäscher im HCl-Einsatz und Reaktionsbehälter für die Synthese organischer Säuren sind die wichtigsten Anwendungsfälle. Die Güteklasse 7 wird für Rohre in Rohrbündelwärmetauschern vorgeschrieben, wenn die Prozessseite verdünntes HCl oder warme Schwefelsäure enthält. Die wirtschaftliche Argumentation ist eindeutig: Die Sorte 7 mit einem Aufpreis für die Pd-Legierung ist immer noch kostengünstiger als eine vollständige Hastelloy C-276-Konstruktion, wenn Wandstärke, Schweißkomplexität und Fertigungsaufwand bei gleicher angestrebter Lebensdauer berücksichtigt werden.
Herstellung von Arzneimitteln und Feinchemikalien
Chlorierte Lösungsmittel, HCl-Katalysator-Rückgewinnungskreisläufe und die Verarbeitung pharmazeutischer Zwischenprodukte in säurereduzierenden Umgebungen. Für Behälterauskleidungen und Komponenten mit medienberührten Oberflächen ist die Güteklasse 7 vorgeschrieben, da bei Laborversuchen in der Güteklasse 2 aktive Korrosion festgestellt wurde.
Entsalzung
Rohrbündel für Soleerhitzer mit Multi-Stage-Flash- (MSF) und Multi-Effect-Destillation (MED)-Technologie. Die Güteklasse 7 verbessert die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion in den Spalten zwischen Rohren und Rohrboden, wo die Solekonzentration am höchsten ist und es während des Stillstands zu Stagnation kommen kann.
Zellstoff und Papier – Bleichanlage
Waschbehälter, Rohrleitungen und Behälter für den Umgang mit Chlordioxid (ClO₂), Hypochlorit-Bleichlauge und Filtraten aus Mischsäurewaschungen. Hier kommen sowohl die Güteklasse 7 als auch die Güteklasse 11 zum Einsatz, wobei die Güteklasse 11 für geformte Behälterböden und die Güteklasse 7 für den Rohr- und Plattenbau verwendet wird.
Eindämmung von Atommüll
Grade 7 war das bevorzugte Material für die äußere Barriere von Tropfschutz- und Abfallbehälterkomponenten in geplanten Endlagern für hochradioaktive Abfälle. Die wichtigste Auslegungsanforderung war eine Korrosionsbeständigkeit von mehr als 10.000 Jahren in einer Grundwasserumgebung, die im Laufe der Zeit sauer werden könnte. Der Platinzusatz in der Güteklasse 7 war der ausschlaggebende Faktor gegenüber den Alternativen der Güteklassen 2 und 12.
Offshore und Schifffahrt
Titanrohre für Meerwasser sind seit Jahrzehnten Standard auf Offshore-Plattformen. In Prozessströmen, in denen Meerwasser mit Bohrflüssigkeit oder sauren Schlammzusätzen vermischt wird, bietet die Güteklasse 7 Schutz vor reduzierenden Säureereignissen, die bei Bohrlochbehandlungsmaßnahmen auftreten können.
Bildnachweis: Uwe Aranas / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)
Ein Leitfaden für Familien mit Kindern in der 7. Klasse: Varianten und Alternativen
Klasse 7H — Gleiche Zusammensetzung wie bei der Güteklasse 7, Mindest-UTS gemäß ASTM auf 400 MPa (58 ksi) erhöht. Wird verwendet, wenn eine höhere Bemessungsspannung bei der Korrosionsbeständigkeit der Güteklasse 7 erforderlich ist, jedoch ohne Legierungszusätze wie Aluminium oder Vanadium. Erhältlich in denselben Produktformen wie die Güteklasse 7.
11. Klasse gegen 17. Klasse — Die Güteklasse 17 basiert auf derselben Grundlegüte wie die Güteklasse 11, enthält jedoch nur 0,04–0,08 Gew.-% Pd – also etwa die Hälfte des Palladiumgehalts. Dies senkt die Rohstoffkosten, schränkt jedoch den effektiven Korrosionsbereich ein. Die Güteklasse 17 eignet sich für leicht reduzierende Umgebungen, in denen der volle Palladiumgehalt der Güteklassen 11/7 überdimensioniert wäre. Für den Einsatz in aggressiver HCl oder warmer Schwefelsäure ist die Güteklasse 17 kein sicherer Ersatz.
Die 12. Klasse als Alternative zur 7. Klasse — Manche Beschaffungsteams vergleichen die Güteklassen 7 und 12 als “korrosionsbeständigeres” Titan. Sie sind jedoch nicht gleichwertig. Die Güteklasse 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni, UNS R53400) erreicht eine verbesserte Spaltkorrosionsbeständigkeit durch Nickel- und Molybdänzusätze, die weitaus kostengünstiger sind als Palladium. Die Sorte 12 kostet pro Kilogramm weniger. Allerdings ist die Sorte 12 in reduzierenden sauren Umgebungen nicht mit der Sorte 7 vergleichbar – Nickel und Molybdän können den durch Palladium bereitgestellten Mechanismus der kathodischen Depolarisation nicht nachbilden. In Umgebungen, in denen die Güteklasse 7 speziell untersucht wurde (warme, verdünnte HCl, Einsatz in reduzierenden Säurechlorid-Umgebungen), ist die Güteklasse 12 kein gleichwertiger Ersatz.
Wenn „Grade 29“ in den Spezifikationen erscheint — Die Sorte 29 (Ti-3Al-2,5V + Pd) kombiniert Palladium mit Aluminium und Vanadium für Anwendungen, die eine höhere Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Umgebungen erfordern. Es handelt sich um eine für die Luft- und Raumfahrt bestimmte Sorte, die in Anlagen zur Verarbeitung von Basischemikalien in der Regel nicht zum Einsatz kommt.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist der Palladiumanteil in Titan der Güteklasse 7?
Die ASTM schreibt für die Güteklasse 7 einen Palladiumgehalt von 0,12–0,25 Gew.-% vor. Der in Datenangaben und der Fachliteratur üblicherweise verwendete Nennwert liegt bei 0,15–0,20 Gew.-%, was manchmal abgekürzt als “Ti-0,2Pd” geschrieben wird. Die Güteklasse 11 weist denselben Palladiumgehalt auf.
Ist Titan der Güteklasse 7 hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit mit der Güteklasse 11 vergleichbar?
Ja. Beide Güteklassen enthalten 0,12–0,25 Gew.-% Pd und verhalten sich in allen bisher untersuchten korrosiven Umgebungen identisch. Die Güteklasse 7 weist eine höhere Streckgrenze auf (275 MPa gegenüber mindestens 172 MPa), da ihre Grundzusammensetzung eher der Güteklasse 2 als der Güteklasse 1 entspricht. Wenn eine Spezifikation die Korrosionsbeständigkeit der Güteklasse 7 bei maximaler Umformbarkeit vorschreibt, ist die Güteklasse 11 die richtige Wahl – und nicht eine Güteklasse mit höherem Pd-Gehalt.
Ist Titan der Güteklasse 7 beständig gegen Salzsäure?
Die Güteklasse 7 ist bei Raumtemperatur beständig gegen verdünnte HCl bis zu einer Konzentration von etwa 20%. Bei erhöhten Temperaturen sinkt die Konzentrationsgrenze – bei 60 °C liegt sie unter Berücksichtigung technischer Sicherheitsmargen bei etwa 5–10%. Die genaue Grenze hängt von der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit, der Belüftung und dem Vorhandensein anderer Stoffe ab. Für kritische Anwendungen sind Korrosionsproben im tatsächlichen Prozessstrom die Standardmethode zur Qualifizierung.
Warum wird Palladium verwendet, anstatt einfach den Titananteil zu erhöhen?
Titan höherer Reinheit (Güteklasse 1) verbessert die mechanische Duktilität, erhöht jedoch nicht die Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Säuren. Das Problem bei Güteklasse 2 in reduzierenden Umgebungen ist elektrochemischer Natur – das Korrosionspotenzial liegt im aktiven Auflösungsbereich, ohne dass oxidierende Spezies vorhanden sind, die es in den passiven Bereich verschieben könnten. Eine Erhöhung der Reinheit verändert die Elektrochemie nicht. Palladium hingegen tut dies, indem es kathodische Stellen bereitstellt, die das Potenzial unabhängig von der äußeren oxidierenden Umgebung in den passiven Bereich verschieben.
Wie schneidet Grade 7 im Vergleich zu Hastelloy C-276 im Säurebetrieb ab?
Hastelloy C-276 (Ni-Mo-Cr-Legierung) weist eine breitere Korrosionsbeständigkeit über einen größeren Bereich von Säurekonzentrationen und Temperaturen auf, einschließlich reduzierender und oxidierender Umgebungen. Die Sorte 7 ist kostengünstiger für den Einsatz in reduzierenden Säuren mit niedriger bis mittlerer Konzentration, bei denen C-276 überdimensioniert wäre. Die Güteklasse 7 ist zudem deutlich leichter (4,51 g/cm³ gegenüber 8,89 g/cm³ bei C-276), was den Bedarf an tragenden Konstruktionen verringert und gewichtsabhängige Installationskosten senkt. Für Konzentrationen oder Temperaturen, die außerhalb des dokumentierten Anwendungsbereichs der Güteklasse 7 liegen, sind C-276 oder Tantal die typischen Alternativen.
Können die Stahlsorten Grade 7 und Grade 11 geschweißt werden?
Ja. Beide Sorten lassen sich problemlos mit den Verfahren GTAW (WIG), GMAW, Plasmabogen und Elektronenstrahl schweißen. Es gelten dieselben Vorsichtsmaßnahmen wie beim Schweißen von Titan im Allgemeinen: Schutzgasabschirmung an der Schweißnahtfläche, Rückspülung an der Wurzel sowie Schutz vor Verunreinigungen aus der Umgebungsluft, bis die Schweißzone auf unter etwa 427 °C (800 °F) abgekühlt ist. Schweißnähte der Sorte 11 weisen in der Wärmeeinflusszone eine etwas geringere Eigenspannung und eine etwas bessere Duktilität auf, was ein Faktor ist, der diese Sorte für zyklischen Betrieb begünstigt.
Zusammenfassung
Titan der Güteklasse 7 ist Titan der Güteklasse 2 mit Palladium – der Zusatz kostet pro Kilogramm zwar mehr, macht sich aber in Umgebungen bezahlt, in denen Standard-CP-Titan versagt. Der Palladium-Mechanismus ist elektrochemischer Natur: Pd senkt das Wasserstoff-Überpotential an der Legierungsoberfläche und verschiebt das Korrosionspotential in den passiven Bereich – selbst in reduzierenden Säuren, die den TiO₂-Passivfilm allein nicht aufrechterhalten können. Deshalb macht der Anteil von 0,21 TP3T eines Edelmetalls in der Praxis einen so entscheidenden Unterschied.
Die Güteklasse 11 weist denselben Palladiumgehalt wie die Güteklasse 7 auf und verfügt daher über die gleiche Korrosionsbeständigkeit. Sie wird gewählt, wenn die Anwendung maximale Duktilität, enge Biegeradien oder Tiefziehen erfordert – Eigenschaften, die sich aus ihrer Basis, der Güteklasse 1 mit geringerem Interstitialgehalt, ergeben. Wenn diese Einschränkungen nicht vorliegen, ist die Güteklasse 7 die Standardwahl: größere Verfügbarkeit, höhere Streckgrenze und gleiche Korrosionsbeständigkeit.
Für Umgebungen, die über den zuverlässigen Einsatzbereich der Güteklasse 7 hinausgehen – konzentriertes HCl über 20%, siedende verdünnte Schwefelsäure, wasserfreies HF – ist die richtige Alternative nicht mehr Palladium, sondern eine völlig andere Legierungsfamilie: Hastelloy C-276, Inconel 625 oder Tantal, je nach den spezifischen chemischen Bedingungen.
