Титан марок 2 и 7 обладает одинаковыми механическими свойствами и практически идентичным химическим составом — единственное отличие заключается в содержании 0,12–0,25% палладия в марке 7. Это небольшое добавление кардинально меняет ситуацию в восстановительных кислотных средах. В кипящей 5% HCl коррозия титана марки 7 составляет 0,18 мм/год; у титана марки 2 — более 10 мм/год. В кипящей 5% H₂SO₄ скорость коррозии сплава 7-го класса составляет 0,50 мм/год, тогда как у сплава 2-го класса — 48 мм/год. Если в вашем технологическом процессе используются соляная, серная или муравьиная кислоты, а также другие потоки с восстанавляющими кислотами — особенно при повышенных температурах — класс 7 почти всегда является правильным выбором. Если ваша среда является окисляющей, слабокислой или преимущественно солевой, класс 2 справится с ней при значительно меньших затратах. Данное руководство предоставляет вам данные, необходимые для принятия такого решения.
Чем 7-й класс отличается от 2-го класса
С точки зрения химического состава материалы 7-го и 2-го классов практически идентичны. Оба представляют собой коммерчески чистый (CP) титан — сплавы альфа-фазы, не содержащие значительных легирующих добавок, за исключением интерстициальных примесей кислорода, азота, углерода и водорода. Все различия между ними умещаются в одной строке спецификации ASTM.
7-й класс включает в себя 0,12–0,251 TP3T палладия (Этот диапазон указан в стандарте ASTM B338). Марка 2 не содержит их.
Вот и всё. Одинаковая титановая матрица, одинаковые минимальные значения механических свойств, одинаковые технологические характеристики, одинаковая свариваемость, одинаковая плотность. Можно сваривать сплавы класса 7 со сплавами класса 2 без каких-либо проблем с совместимостью. Их спецификации по стандарту ASTM — B265 (листы/плиты), B337 (трубы), B338 (трубки), B348 (прутки) и B381 (поковки) — идентичны, за исключением требований к содержанию палладия и обозначений по системе UNS: R50400 для марки 2, R52400 для марки 7.
Однако разница в стоимости весьма существенна. Палладий относится к металлам платиновой группы. Цена на палладий 7-го сорта, как правило, в 3–5 раз превышает цену на палладий 2-го сорта, в зависимости от текущих спотовых цен на палладий и формы продукта. В случае крупного пучка теплообменников эта надбавка быстро складывается в значительную сумму. Именно поэтому точное понимание того, когда необходим 7-й сорт, а когда достаточно 2-го сорта, имеет столь же важное значение для бюджета проекта, как и для надёжности установки.
Сравнение 7-го и 2-го классов: краткий обзор
В приведенной ниже таблице представлено полное сравнение по составу, механическим характеристикам, коррозионной стойкости и практическим аспектам. Механические свойства у этих материалов одинаковы; различия заключаются исключительно в коррозионной стойкости и стоимости.
| Недвижимость | 2-й класс (CP-Ti) | Марка 7 (Ti-0,15Pd) |
|---|---|---|
| Обозначение UNS | R50400 | R52400 |
| Содержание палладия | Нет | 0,12–0,251 TP3T |
| Прочность на разрыв (мин) | 345 МПа | 345 МПа |
| Предел текучести (0,2%, мин.) | 275 МПа | 275 МПа |
| Удлинение (мин) | 20% | 20% |
| Плотность | 4,51 г/см³ | 4,51 г/см³ |
| Модуль упругости | 103 ГПа | 103 ГПа |
| Диапазон плавления | 1 668 ± 10 °C | 1 668 ± 10 °C |
| Теплопроводность | 11,4 Вт/м·°C | 11,4 Вт/м·°C |
| Устойчивость к воздействию окисляющих кислот | Превосходно | Превосходно |
| Снижение кислотостойкости | Ограниченный | Превосходно |
| Устойчивость к щелевой коррозии | Умеренный | Высокий |
| Стойкость к воздействию горячего хлоридного раствора | Хорошо | Превосходно |
| Свариваемость | Превосходно | Превосходно |
| Формуемость | Превосходно | Превосходно |
| Относительная стоимость | Исходные данные | в 3–5 раз выше |
| Стандарты ASTM | B265, B337, B338, B348, B381 | B265, B337, B338, B348, B381 |
Итог: если рабочая среда является окисляющей или слабокоррозионной, эксплуатационные характеристики обеих марок одинаковы, и надбавка к стоимости марки 7 не окупается. Марка 7 оправдывает свою цену лишь в условиях воздействия кислот или агрессивных сред в щелевых пространствах.
Почему работает палладий — электрохимия
В большинстве технических паспортов материалов указывается, что палладий повышает коррозионную стойкость титана, однако не объясняется, как именно это происходит. Понимание этого механизма стоит того, чтобы уделить ему внимание, поскольку оно позволяет точно определить, в каких условиях марка 7 оказывает положительное влияние, а в каких — нет.
Коррозионная стойкость титана в окисляющих средах обусловлена наличием пассивной оксидной пленки — тонкого самовосстанавливающегося слоя TiO₂, который мгновенно образуется при контакте с воздухом или водой. В сильно окисляющих средах эта пленка устойчива, и металл практически не подвергается коррозии. Проблема возникает в восстановительных средах, особенно в восстановительных кислотах. В таких условиях электрохимическая движущая сила способствует растворению пленки, а не её образованию. Оксид разрушается, обнажается металл, и коррозия быстро прогрессирует.
Palladium решает эту проблему с помощью механизма, называемого катодная деполяризация. При низких концентрациях палладия (0,12–0,251 TP3T в сорте 7) палладий не растворяется в кислоте. Вместо этого он обогащается на поверхности металла, поскольку TiO₂ преимущественно растворяется вокруг него, образуя небольшие обогащенные Pd интерметаллические зоны (преимущественно TiPd). Эти участки, богатые палладием, действуют как эффективные катодные участки — они катализируют восстановление ионов водорода (H⁺ → H₂) гораздо эффективнее, чем это может делать титан.
Этот катодный катализ выполняет две функции: ускоряет скорость катодной реакции и сдвигает смешанный потенциал поверхности металла вверх, к более благородным (положительным) значениям. Если этот смешанный потенциал поднимается выше критического потенциала пассивации титана в данной среде, поверхность титана вновь переходит в пассивное состояние и фактически перестает подвергаться коррозии.
На практике это означает, что сталь марки 7 способна к самопассивации при снижении концентрации кислоты и температуры, при которых сталь марки 2 подвергалась бы сквозной коррозии со скоростью десятки миллиметров в год. Этот механизм не является безграничным — при очень высоких концентрациях кислоты или очень высоких температурах движущая сила растворения пленки превышает то, что может компенсировать катализ на основе палладия, и марка 7 также подвергается коррозии. Данные компании «Austral Wright» показывают, что скорость коррозии марки 7 достигает 8,8 мм/год в растворе HCl 10% при 190 °C в условиях насыщения азотом — это все же лучше, чем у марки 2 (>28 мм/год), но уже не является состоянием, близким к пассивному.
Одно важное замечание: для повторного образования пленки оксида титана необходимо присутствие влаги. В безводных (сухих) восстановительных условиях — сухой газообразный хлористый водород, сухая фтористоводородная кислота, красная дымящаяся азотная кислота — марка 7 не имеет преимуществ перед маркой 2. Обе марки могут подвергаться быстрому, потенциально пирофорному воздействию. Это ограничение редко указывается в коммерческих технических паспортах, но оно существует на самом деле.
Устойчивость к коррозии в зависимости от типа кислоты
Приведенные ниже данные получены в ходе сравнительных испытаний марок Grade 7 и Grade 2 в контролируемых условиях. Скорость коррозии ниже 0,1 мм/год обычно считается приемлемой для длительной эксплуатации; скорость выше 1,0 мм/год, как правило, указывает на необходимость замены материала.
Соляная кислота (HCl)
HCl — это восстановительная кислота, что делает её наиболее наглядным примером преимуществ программы 7-го класса.
| Состояние | Концентрация | Температура | 7-й класс (мм/год) | 2-я степень (мм/год) |
|---|---|---|---|---|
| Стандарт | 5% | Кипение | 0.18 | >10 |
| насыщенный N₂ | 3% | 190 °C | 0.025 | >28 |
| насыщенный N₂ | 5% | 190 °C | 0.10 | >28 |
| насыщенный N₂ | 10% | 190 °C | 8.8 | >28 |
| насыщенный O₂ | 3% | 190 °C | 0.13 | >28 |
| насыщенный O₂ | 5% | 190 °C | 0.13 | >28 |
При комнатной температуре практический предел для марки 2 составляет примерно 7% HCl. Марка 7 расширяет этот диапазон до примерно 27% HCl, прежде чем скорость коррозии станет проблематичной. При температуре кипения марка 2 практически непригодна при значениях выше 1–2% HCl. Марка 7 остается пригодной к эксплуатации до температуры кипения 5% с незначительной скоростью коррозии (0,18 мм/год) и становится неприемлемой при значениях выше 10% при повышенных температурах.
Серная кислота (H₂SO₄)
Серная кислота — ещё одна восстановительная кислота, в случае которой различия носят резкий характер.
| Состояние | Концентрация | Температура | 7-й класс (мм/год) | 2-я степень (мм/год) |
|---|---|---|---|---|
| Стандарт | 5% | Кипение | 0.50 | 48 |
| насыщенный N₂ | 1% | 100 °C | — | 7 |
| насыщенный N₂ | 1% | 190 °C | 0.13 | — |
| насыщенный N₂ | 5% | 190 °C | 0.13 | — |
| насыщенный N₂ | 10% | 190 °C | 1.5 | — |
Сталь марки 2 в кипящей H₂SO₄ 5% подвергается коррозии со скоростью 48 мм/год — она практически растворяется за считанные дни. Сталь марки 7 в тех же условиях демонстрирует скорость коррозии 0,50 мм/год, что является предельно допустимым показателем для некоторых областей применения. В случае разбавленной H₂SO₄ при повышенных температурах сталь марки 7 при концентрации 1–5% демонстрирует скорость коррозии, близкую к пассивной, — менее 0,15 мм/год.
Органические кислоты (муравьиная, лимонная, щавелевая)
Что касается органических кислот, то здесь картина неоднозначна.
| Кислота | Концентрация | Температура | 7-й класс (мм/год) | 2-я степень (мм/год) |
|---|---|---|---|---|
| Муравьиная кислота | 50% | Кипение | 0.075 | 3.6 |
| Лимонная кислота | 50% | Кипение | <0,025 | 0.40 |
| Щавелевая кислота | 1% | Кипение | 1.13 | 45 |
Муравьиная и лимонная кислота: марка 7 демонстрирует хорошие характеристики, марка 2 подвергается коррозии со скоростью, которая может стать проблемой при длительной эксплуатации. Щавелевая кислота агрессивна для обоих марок — показатель марки 7 (1,13 мм/год при кипении 1% в щавелевой кислоте) высок, а показатель марки 2 (45 мм/год) является катастрофическим.
Фосфорная кислота (H₃PO₄)
| Концентрация | Температура | 7-й класс (мм/год) | 2-я степень (мм/год) |
|---|---|---|---|
| 50% | 70 °C | 1.8 | 10 |
| 10% | Кипение | 3.2 | 11 |
Оба сорта демонстрируют снижение характеристик в концентрированной фосфорной кислоте. Сорт 7 показывает лучшие результаты, однако ни один из материалов не обеспечивает практически пассивных характеристик, характерных для разбавленных восстановительных кислот. При кипении 10% показатель 3,2 мм/год для марки 7 может быть приемлемым для определённых технологических схем с запланированными циклами технического обслуживания, однако это не является долгосрочным решением, не требующим технического обслуживания.
Хлоридсодержащие среды (растворы соли, AlCl₃)
| Средний | Концентрация | Температура | 7-й класс (мм/год) | 2-я степень (мм/год) |
|---|---|---|---|---|
| Рассол NaCl | Сб. | 93 °C | <0,025 | — |
| AlCl₃ | 10% | 100 °C | <0,025 | <0,025 |
| AlCl₃ | 25% | 100 °C | 0.025 | 50 |
В растворах с нейтральной или слабощелочной средой оба сорта демонстрируют хорошие характеристики, при этом сорт № 2 является наиболее экономичным выбором. В подкисленных или концентрированных хлоридных средах сорт № 7 значительно опережает остальные.
Когда 2-й класс — это правильный выбор
В дискуссиях по вопросам коррозионной инженерии основное внимание уделяется классу 7, однако для значительного числа промышленных применений более подходящим является класс 2. Использование класса 7 вместо класса 2 в тех случаях, когда оба класса демонстрируют одинаковые эксплуатационные характеристики, приводит к прямым и ненужным затратам.
Окислительные кислотные среды. В азотной кислоте — сильно окисляющей кислоте — оба сорта демонстрируют сопоставимые характеристики. Пассивная пленка титана обладает высокой стабильностью в окислительных условиях независимо от содержания палладия. То же самое относится к хромовой кислоте и другим окисляющим средам. Сорт № 2, стоимость которого в разы ниже, является правильным выбором.
Разбавляйте органические кислоты при умеренной температуре. При низких концентрациях и температурах, значительно ниже температуры кипения, скорости коррозии для марки 2 в органических кислотах зачастую находятся в допустимых пределах. Поток муравьиной кислоты температурой 50 °C при концентрации 10% — это совсем другое дело, чем кипящая муравьиная кислота 50%. Перед тем как по умолчанию выбирать марку 7, сверьте свои конкретные условия эксплуатации с данными по коррозии.
Использование в условиях воздействия морской воды, солевых растворов и хлоридов. В морской воде и рассолах с нейтральным pH обе марки практически не подвержены коррозии. Оксидная пленка стабильна, скорости коррозии незначительны, а риск щелевой коррозии — хотя и существует для обеих марок — не приводит к существенному различию между ними при стандартных температурах эксплуатации в морских условиях. Марка 2 является основным материалом, используемым в морских теплообменниках, работающих с морской водой.
Щелочные среды. Сильные щелочи (каустическая сода, гидроксид калия) не представляют проблемы ни для одного из марок. Марка № 2 хорошо справляется с ними, а добавление палладия в марку № 7 в данном случае никак не влияет на коррозионную стойкость.
Приложения, в которых важна стоимость и предполагается более короткий срок службы. В некоторых технологических средах периодическая замена корродированных деталей заложена в график технического обслуживания. Если скорость коррозии для материала класса 2 приводит к сроку службы детали, скажем, 3–5 лет, и это соответствует запланированным интервалам капитального ремонта, то выбор материала класса 7 исключительно с целью увеличения срока службы может не обеспечить положительную окупаемость инвестиций.
Практическое правило принятия решений: если химический состав вашей технологической среды не относится к группе восстановительных кислот (HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, органические кислоты) или, если относится, но только в низких концентрациях и при умеренных температурах, при которых скорость коррозии для класса 2 не превышает 0,25 мм/год, то класса 2 будет достаточно. Укажите класс 7 в технических условиях только в том случае, если данные — в частности, скорость коррозии в используемой вами кислоте при рабочей температуре — это обосновывают.
Области применения, в которых класс 7 оправдывает свою высокую стоимость
Когда условия эксплуатации полностью соответствуют категории ’редуцирующие кислоты», дополнительные затраты на использование материала 7-го класса, как правило, легко оправдываются с точки зрения всего жизненного цикла. В этот расчет включаются стоимость замены, простои в производстве и риск загрязнения продукции в результате коррозии резервуара.
Хлор-щелочная промышленность и химия хлора. Компоненты электролизеров, анодные узлы и трубопроводы в системах производства хлора подвергаются воздействию как влажного газообразного хлора, так и потоков соляной кислоты. Во многих подобных условиях эксплуатации в качестве стандартного материала используется класс 7. Сочетание влажного хлора, HCl и рассола — в условиях циклических перепадов температуры — оказывает слишком агрессивное воздействие на поверхности, контактирующие с рабочей средой, для использования материала класса 2.
Реакторы для химической обработки и автоклавы. Реакторные сосуды, в которых осуществляется восстановительное кислотное разложение — классическим примером являются гидрометаллургические контуры кислотного выщелачивания для извлечения никеля, кобальта и меди, — работают при повышенных температурах с HCl или H₂SO₄ в концентрациях, которые полностью попадают в диапазон эксплуатационных характеристик класса 7. Исследование коррозии Ti-2 и Ti-7 в условиях кислотного выщелачивания никеля, проведенное в 2010 году (Vaughan, ScienceDirect), зафиксировало заметно различающиеся морфологии поверхности и коррозионное поведение: Ti-7 сохранял гладкую поверхность и демонстрировал значительно меньшую потерю металла в условиях, при которых на поверхности Ti-2 наблюдалось сильное шероховатость и коррозия по границам зерен.
Теплообменники, работающие в кислотной среде. Стандарт ASTM B338 разработан специально для титановых труб теплообменников. Марка 7 предназначается для конденсаторов и теплообменников, работающих в кислотных средах — в частности, в тех случаях, когда рабочая среда со стороны корпуса или со стороны труб представляет собой технологический поток восстанавливающей кислоты, либо когда оборудование эксплуатируется в условиях переменной нагрузки, при которых химическая среда может циклически переходить от восстанавляющей к окисляющей.
Производство фармацевтической и тонкой химии. В емкостях для кислотного разложения и технологических трубопроводах при синтезе фармацевтических препаратов часто используются муравьиная кислота, щавелевая кислота или разбавленная соляная кислота при температурах, приближающихся к температуре кипения. Требования к чистоте продукта не допускают загрязнения металлом, что еще больше подкрепляет необходимость обеспечения практически пассивных скоростей коррозии. В данном случае подходящей спецификацией является класс 7.
Борьба с загрязнением воздуха. В мокрых скрубберах, обрабатывающих потоки газов SO₂ и HCl — особенно в тех, где используются кислотные промывочные растворы — наблюдаются условия эксплуатации, при которых у марки 2 зафиксированы случаи коррозии. Для внутренних элементов скрубберов и опор насыпных слоев обычно назначается марка 7.
Эксплуатация сосудов под давлением по стандартам AS1210/ASME при температуре до 300 °C. Оба стандарта предусматривают предварительную квалификацию стали марки Grade 7 для изготовления сосудов под давлением при температуре до 300 °C (ASME BPVC) и труб марки Grade 7 при температуре до 325 °C (AS4041 «Трубопроводы под давлением»). При проектировании сосудов под давлением, работающих в кислотной среде, в соответствии с этими нормами, марка Grade 7 является естественным выбором для компонентов, находящихся в контакте с рабочей средой и содержащих давление.
Серия «Palladium Grade» — классы 7, 11, 16 и 12
Если вы рассматриваете марку № 7, вам следует также учитывать другие марки, содержащие палладий, а также альтернативный вариант на основе молибдена и никеля (марка № 12), поскольку ответ “просто используйте марку № 7” иногда не является наиболее экономически эффективным.
| Класс | Добавление ключевых легирующих элементов | Содержание палладия | Базовая сила | Основной сценарий использования |
|---|---|---|---|---|
| 7 класс | 0,12–0,251 TP3T Pd | Полный ассортимент | CP-Ti (эквивалент марки 2) | Восстановительные кислоты, эксплуатация в щелевых пространствах, стандартные области применения |
| 11-й класс | 0,12–0,251 TP3T Pd | Полный ассортимент | CP-Ti (базовый сорт 1 — с пониженным содержанием кислорода) | Вариант Pd марки 1; обладает такими же антикоррозионными свойствами, что и марка 7, но прочность несколько ниже |
| 16-й класс | 0,04–0,081 TP3T Pd | Сниженная | CP-Ti | Экономически оптимизированная альтернатива сплаву 7-го класса в менее интенсивных восстановительных условиях |
| 12 класс | 0,3% Mo + 0,8% Ni | Нет | Выше 2-го класса | Щелковая коррозия в горячих рассолах; без использования палладия (более низкая стоимость, иной механизм) |
7-й класс против 11-го класса: Эти два сорта имеют одинаковый диапазон содержания палладия и, следовательно, схожую коррозионную стойкость. Основное различие заключается в основном металле: сорт 11 относится к сорту 1 так же, как сорт 7 относится к сорту 2 — оба являются палладиесодержащими вариантами, но с разными уровнями содержания кислорода. В марке 11 используется основной металл марки 1 (с более низким содержанием кислорода, ~0,181 TP3T макс. O по сравнению с 0,251 TP3T макс. у марки 2), что обеспечивает несколько более низкую прочность интерстициальной структуры. Практическая разница в коррозионных характеристиках незначительна. Для подавляющего большинства применений в кислотных средах марки 7 и 11 взаимозаменяемы с точки зрения коррозионной стойкости.
7-й класс против 16-го класса: Марка 16 содержит всего 0,04–0,08% Pd — примерно половину нижнего предела содержания в марке 7. Её коррозионная стойкость в восстановительных кислотах выше, чем у марки 2, но не такая высокая, как у марки 7. Марка 16 представляет собой меру по снижению затрат для условий эксплуатации, в которых полный запас прочности марки 7 превышает необходимый уровень. Если данные о скорости коррозии в ваших конкретных условиях показывают, что для марки 16 этот показатель надежно не превышает 0,1 мм/год, она может обеспечить значительную экономию средств по сравнению с маркой 7.
7-й класс против 12-го класса: Марка 12 представляет собой совершенно иной подход — в ней вместо палладия используются молибден и никель. Марка 12 обладает более высокой прочностью, чем марка 2 (предел прочности на разрыв ≥ 483 МПа против 345 МПа), а также лучшей стойкостью к щелевой коррозии в горячих хлоридных средах с нейтральным pH. Однако он не может сравниться с маркой 7 по эксплуатационным характеристикам при работе в восстановительных кислотах. Если основной проблемой является щелевая коррозия в горячих рассолах без значительного воздействия кислот, марка 12 может стать более экономичным выбором и обеспечит преимущество в прочности. Для эксплуатации в условиях воздействия настоящих восстановительных кислот правильным выбором будет марка 7.
Часто задаваемые вопросы
В чём заключается разница между титаном 2-го и 7-го сорта?
Марка 7 представляет собой марку 2 с добавлением 0,12–0,251 TP3T палладия. Обе марки относятся к коммерчески чистому альфа-титану и обладают одинаковыми механическими свойствами, плотностью и свариваемостью. Единственное функциональное отличие заключается в коррозионной стойкости: Марка 7 значительно превосходит марку 2 по устойчивости к восстановительным кислотам (HCl, H₂SO₄, органические кислоты) благодаря электрохимическому механизму, катализируемому палладием, который позволяет металлу самопассивироваться в средах, где марка 2 подвергалась бы коррозии со скоростью более 10–50 мм/год.
Какой сорт титана лучше всего подходит для работы в среде соляной кислоты?
Для применения в среде HCl в качестве стандартной рекомендации используется марка 7. При комнатной температуре применение марки 2 ограничивается концентрацией HCl примерно до 7%; марка 7 позволяет расширить этот диапазон примерно до 27%. При температуре кипения марка 2 подвергается коррозии со скоростью более 10 мм/год в 5% HCl, тогда как для марки 7 этот показатель составляет 0,18 мм/год. При концентрации HCl выше 10% при повышенных температурах (190 °C) даже защитные свойства класса 7 существенно снижаются — для таких экстремальных условий следует рассмотреть использование Hastelloy C-276 или аналогичных сплавов.
Стоит ли титан 7-го класса своей более высокой цены?
Это полностью зависит от условий эксплуатации. При работе в средах со сниженной кислотностью марка 7 предотвращает катастрофические коррозионные повреждения, которые привели бы к необходимости замены сосуда, остановке технологического процесса и потенциальным инцидентам загрязнения — расчет затрат на весь срок службы однозначно свидетельствует в пользу марки 7. В некислотных или неокисляющих средах марка 7 не обеспечивает никаких дополнительных преимуществ в плане коррозионной стойкости по сравнению с маркой 2, а 3–5-кратная надбавка к стоимости представляет собой чистые лишние расходы. Подбирайте марку в соответствии с химическим составом среды эксплуатации, а не исходя из общего предпочтения “лучших” материалов.
Выдерживает ли титан 2-го класса воздействие серной кислоты?
Сталь марки 2 подвергается сильной коррозии в серной кислоте при повышенных температурах. В кипящей 5% H₂SO₄ скорость коррозии стали марки 2 составляет 48 мм/год — что делает её фактически непригодной для использования. При комнатной температуре и очень низких концентрациях (ниже примерно 5%) скорость коррозии стали марки 2 более умеренная, однако при изменении рабочих температур или концентраций запас прочности очень невелик. Для любой значимой эксплуатации в среде H₂SO₄ правильным выбором является сталь марки 7.
Предотвращает ли палладий щелевую коррозию титана?
Да, в значительной степени. Щелевая коррозия титана возникает, когда в застоявшейся жидкости в щели исчерпываются окисляющие вещества, в результате чего локальные электрохимические условия сдвигаются в сторону восстановительных. Эффект катодного катализа палладия расширяет область коррозионной стойкости на эти локальные восстановительные условия, поэтому марка 7 предпочтительнее марки 2 в конструкциях с прокладками, соединениях труб с трубной доской и болтовых фланцах, эксплуатируемых в кислотной среде.
Какую марку титана следует указать для теплообменника, работающего с концентрированной кислотой?
Для трубного пучка следует указать марку 7 по стандарту ASTM B338 (бесшовные или сварные трубы). Для корпуса может быть допустим класс 2 по стандарту ASTM B265 (листовой металл), если среда со стороны корпуса не является восстановительной кислотой. Если как со стороны корпуса, так и со стороны труб проходит восстановительная кислота, следует указать класс 7 для всех частей. Для любых сварных соединений, выполняемых на месте монтажа, следует использовать присадочный металл AWS ERTi-7.
Каково обозначение UNS для титана 7-го класса?
Титан 7-го класса обозначается как UNS R52400. Титан 2-го класса — UNS R50400.
Можно ли использовать термины «7-й класс» и «11-й класс» как взаимозаменяемые?
Для большинства областей применения в кислотных средах — да. Оба содержат 0,12–0,25% Pd и обеспечивают схожую коррозионную стойкость. Марка 11 относится к марке 1 так же, как марка 7 относится к марке 2 — это вариант с содержанием палладия при том же уровне содержания кислорода в матрице. Более низкое содержание интерстициального кислорода в марке 11 означает, что её прочность несколько ниже, чем у марки 7. Если марка 7 соответствует механическим требованиям, её обычно предпочитают из-за более широкой доступности.
Резюме
Титан 7-го и 2-го сортов — это один и тот же материал, за исключением одного компонента: палладия. Добавление этого элемента значительно удорожает материал, но обеспечивает резкое улучшение по одному конкретному показателю — устойчивости к восстановительным кислотам. В кипящих растворах HCl и H₂SO₄ скорость коррозии титана 7-го класса в 50–300 раз ниже, чем у титана 2-го класса. В окислительных средах, при эксплуатации в солевых растворах и в щелочных условиях оба класса одинаковы, и титан 2-го класса является очевидным выбором.
Алгоритм принятия решения прост: определите основной коррозионный агент в технологическом потоке, найдите скорость коррозии для данной кислоты при вашей рабочей температуре и концентрации, а затем выберите марку, скорость коррозии которой с достаточным запасом составляет менее 0,1 мм/год. Если в результате вы получили марку 2, не стоит переплачивать за марку 7. Если же это марка 7, экономическая эффективность на протяжении всего срока службы почти всегда оправдывает дополнительные затраты по сравнению со стоимостью преждевременного выхода оборудования из строя.
В условиях, которые относятся к «серой зоне» — слабовосстановительные кислотные среды, изменчивый химический состав рабочей среды или бюджетные ограничения — стоит рассмотреть марки Grade 16 (с пониженным содержанием палладия) и Grade 12 (Mo-Ni) в качестве альтернатив со средней стоимостью, прежде чем по умолчанию применять исключительно марку Grade 7 на крупномасштабных установках.
