Круглый пруток из титана 2-го сорта

Круглый пруток из титана 2-го сорта — краткие технические характеристики

Химический состав титана марки 2 — в соответствии со стандартом ASTM B348

Титан марки 2 относится к категории коммерчески чистого (CP) титана — нелегированной формы титана, состоящей преимущественно из титана с жестко контролируемыми пределами содержания интерстициальных и остаточных элементов. При рабочей температуре титан марки 2 CP существует исключительно в виде альфа-фазы с гексагональной плотной упаковкой (HCP), без легирующих добавок, необходимых для образования бета-фазы. Именно эта однофазная альфа-структура лежит в основе его превосходной свариваемости и формуемости.

Таблица состава (ASTM B348, wt%)

Источник: ASTM B348-19, таблица 1 — Требования к химическому составу

Что такое “коммерчески чистый” титан

Марки титана CP (1–4) различаются по допустимому содержанию кислорода и железа, что определяет предел текучести. Марка 2 занимает средний диапазон:

• 1 класс — минимальные пределы содержания O и Fe; максимальная пластичность, минимальная прочность
• 2 класс — умеренное содержание O (макс. 0,25%) и Fe (макс. 0,30%); баланс прочности и формуемости
• 3 класс — более высокое содержание кислорода и железа; повышенная прочность, сниженная пластичность
• 4 класс — максимальная прочность по классу CP; сниженная свариваемость по сравнению с классами 1–2

Отсутствие легирующих элементов означает, что марка 2 сохраняет естественную коррозионную стойкость и биосовместимость чистого титана, благодаря чему она подходит как для применения в условиях контакта с химическими веществами, так и для имплантируемых медицинских изделий (ASTM F67, ISO 5832-2).

Механические свойства титанового прутка марки 2 — минимальные требования стандарта ASTM B348

Титановый пруток 2-го сорта в отожженном состоянии соответствует следующим минимальным требованиям к механическим свойствам в соответствии с ASTM B348-19. Фактические показатели завода, как правило, превышают эти минимальные значения; в протоколах испытаний по стандарту EN 10204 3.1 приводятся результаты испытаний по каждой партии.

Механические свойства при комнатной температуре

Все значения являются минимальными в соответствии со стандартом ASTM B348-19, таблица 3. Материал поставляется в отожженном состоянии.

Физические свойства

Диапазон рабочих температур

Титан 2-го класса сохраняет надлежащие механические свойства в широком диапазоне температур:

• Криогенные услуги: Разрешено к применению при температуре до −59 °C (−75 °F) в соответствии с требованиями Кодекса ASME по котлам и сосудам под давлением (BPVC)
• Непрерывная эксплуатация при повышенной температуре: До 427°C (800°F)
• Прерывистая работа: До 538 °C (1 000 °F)

Благодаря этим характеристикам прутки класса 2 подходят для изготовления деталей криогенных сосудов, опор труб теплообменников и внутренних элементов химических реакторов, работающих при умеренно повышенных температурах.

Коррозионная стойкость титана марки 2 в промышленных условиях

Коррозионная стойкость титана 2-го класса обусловлена стабильным самовосстанавливающимся пассивным оксидным слоем из диоксида титана (TiO₂), который самопроизвольно образуется при контакте с кислородом или влагой. Эта пленка обычно имеет толщину 2–10 нм, отличается высокой адгезией и восстанавливается в течение миллисекунд при повреждении, при условии наличия в окружающей среде даже следовых количеств кислорода или воды.

Публикации в ведущих отраслевых СМИ

Сравнение с нержавеющей сталью марки 316L

В условиях химической переработки титан 2-го класса стабильно превосходит нержавеющую сталь марки 316L по следующим показателям:

• Среды с содержанием хлоридов — титан устойчив к точечной коррозии, вызванной хлоридами, и к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC), которые характерны для аустенитных нержавеющих сталей
• Устойчивость к воздействию окисляющих кислот — сохраняет стабильность в азотной кислоте в широком диапазоне концентраций, при которых нержавеющая сталь подвергается разрушению
• Работа в условиях морской воды и рассола — отсутствие риска образования точечной коррозии при температурах ниже 315 °C (600 °F)

Преимущество в весе также весьма значительно: с плотностью 4,51 г/см³ титан 2-го сорта примерно на 43% легче нержавеющей стали марки 316L (7,98 г/см³), что позволяет снизить нагрузку на конструкцию в системах с сосудами под давлением и трубопроводами.

Вопросы, связанные с щелевой коррозией

Щелковая коррозия может возникать в горячих растворах галогенидов или сульфатов с концентрацией свыше 1 000 ppm при температурах выше 75 °C. Конструкция деталей должна исключать наличие узких щелей при эксплуатации в морской среде и в условиях воздействия химических веществ с высоким содержанием хлоридов.

Промышленное применение круглого титанового прутка 2-го сорта

Круглый пруток из коммерчески чистого титана 2-го сорта используется во многих отраслях промышленности, где коррозионная стойкость, малый вес и надежная свариваемость являются приоритетными техническими требованиями.

Оборудование для химической переработки

Титановый пруток 2-го сорта широко используется для изготовления валов мешалок, внутренних элементов реакционных сосудов, валов насосов, штоков клапанов и крепежных элементов на химических предприятиях. Этот материал устойчив к воздействию окисляющих кислот, хлорированных технологических потоков и солевых растворов, которые приводят к быстрому выходу из строя деталей из углеродистой и нержавеющей стали. Типичные технологические среды включают производство хлора и щелочи, синтез фармацевтических препаратов и производство удобрений.

Морское и оффшорное машиностроение

Морские платформы, подводные трубопроводы и арматура корпусов судов, изготовленные из титанового прутка 2-го класса, обладают полной устойчивостью к коррозии в морской воде при температурах до 315 °C (600 °F). Судовые детали, включая гребные валы, рулевые шкворни и швартовые крепления, изготавливаются из титанового прутка марки 2 для устранения проблем гальванической коррозии и биологического обрастания, характерных для бронзы и нержавеющей стали при эксплуатации в морской воде.

Опреснительные заводы

Трубные доски, компоненты конденсаторов и конструкционный пруток, используемые на установках по опреснению воды методом многоступенчатой флэш-опреснения (MSF) и обратного осмоса (RO), изготавливаются из Титан класса 2 по стандарту ASTM B348. Устойчивость этого материала к коррозии под воздействием рассола и образованию накипи делает его стандартным конструкционным материалом, предусмотренным в технических условиях проектов по опреснению воды во всем мире.

Медицинские изделия и имплантаты

Для каркасов неимплантируемых медицинских изделий, компонентов инструментов и некоторых хирургических инструментов используется пруток класса 2 в соответствии со стандартами ASTM F67 и ISO 5832-2. Его биосовместимость подтверждается в ходе протоколов биологической оценки по стандарту ISO 10993. Для несущих ортопедических имплантатов, требующих более высокой прочности, обычно вместо него указывается сталь класса 4 или класса 23 (Ti-6Al-4V ELI).

Теплообменники и конденсаторы

Титановый пруток марки 2 подвергается механической обработке для изготовления заготовок для трубных решеток, опор перегородок и стяжных стержней для кожухотрубных теплообменников, работающих в агрессивных химических средах или солевых растворах. Сочетание теплопроводности (16,4 Вт/м·К), коррозионной стойкости и низкой плотности делает титан 2-го класса экономически выгодной долгосрочной альтернативой медно-никелевым сплавам в теплообменниках, работающих в коррозионных средах.

Гальваника и электролитическая промышленность

Заготовки для катодов, анодные стержни, каркасы корзин и детали приспособлений для гальванических операций обычно изготавливаются из титана марки 2. Этот материал инертен в большинстве электролитных ванн, устойчив к анодному растворению и сохраняет стабильность размеров при многократных термоциклах — эти свойства позволяют снизить частоту замены деталей и повысить чистоту гальванической ванны.

Свариваемость и обрабатываемость титанового прутка марки 2

Свариваемость

Титан марки 2 считается одной из наиболее легкосвариваемых марок титана. Его однофазная альфа-микроструктура не содержит легирующих элементов, которые при сварке приводят к образованию интерметаллических фаз или к охрупчиванию зоны термического влияния (HAZ) — это является значительным преимуществом по сравнению с легированными марками, такими как марка 5 (Ti-6Al-4V).

Рекомендуемые параметры сварки:

Обязательное требование: Сварные швы из титана должны быть полностью защищены от атмосферного загрязнения (кислородом, азотом, водородом) как во время сварки, так и после неё, до тех пор, пока температура металла не опустится ниже 427 °C (800 °F). Попадание кислорода или азота при температуре выше указанной приводит к изменению цвета поверхности и хрупкости. Золотистый, серебристо-серый или светло-соломенный цвет сварного шва свидетельствует о надлежащей защите; синий, серый или белый цвет указывает на загрязнение.

Обрабатываемость

Титан 2-го класса поддается механической обработке, однако для предотвращения износа инструмента и упрочнения за счет деформации необходимо соблюдать определенные правила:

• Скорость резания: Используйте более низкие скорости, чем при обработке стали — как правило, 30–60 м/мин при токарной обработке
• Инструментарий: Острые инструменты из карбида или быстрорежущей стали (HSS) без покрытия; инструменты с TiN-покрытием могут вызывать задиры
• Скорость подачи: Следите за равномерным образованием стружки; избегайте трения, которое ускоряет деформационное упрочнение
• Охлаждающая жидкость: Очень важно обеспечить обильное охлаждение (водорастворимым охлаждающим средством) — из-за низкой теплопроводности титана тепло концентрируется на режущей кромке
• Вынос микросхем: Титановая стружка воспламеняется при повышенной температуре; не допускайте попадания стружки в зону резания

Марка 2 обычно считается более поддающейся механической обработке, чем марка 5 (Ti-6Al-4V), благодаря более низкой прочности и отсутствию твёрдых легирующих фаз.

Стандартные размеры, допуски и условия поставки

Диапазон диаметров и состояние поверхности

По запросу возможны более узкие допуски (например, шлифованная поверхность h8). Все допуски указаны в соответствии со стандартом ISO 286-1 для валов.

Стандартные варианты длины

Условия доставки

Круглый пруток из титана 2-го класса поставляется в отожжённое состояние если не указано иное. Возможны иные условия по договоренности:

• Отпущенная (стандартная): Полностью рекристаллизованная микроструктура; оптимальное сочетание пластичности, свариваемости и коррозионной стойкости
• В состоянии проката / ковки: Для заказчиков, осуществляющих термообработку или отжиг собственными силами
• Снятие напряжения: Возможна последующая термообработка для снятия остаточных напряжений (480–595 °C в соответствии с требованиями стандарта ASTM B348)

Отслеживаемость и документация

Каждый заказ сопровождается:

• EN 10204 3.1 Сертификат заводских испытаний (MTC) — результаты химического анализа и механических испытаний, подтвержденные независимой сторонней лабораторией
• Номер партии/серийный номер указан на концах руля или на прикрепленной бирке
• Отчет о проверке размеров предоставляется по запросу
• По запросу возможен ультразвуковой контроль (UT) в соответствии с дополнительными требованиями стандарта ASTM B265

Титановый пруток марки 2 и марки 5: какую марку выбрать?

Двумя наиболее часто используемыми марками титановых прутков являются марка 2 (коммерчески чистый титан, UNS R50400) и марка 5 (сплав Ti-6Al-4V, UNS R56400). Выбор зависит от соотношения требований к прочности, коррозионной стойкости, свариваемости и формуемости в конкретной области применения.

Прямое сравнение объектов недвижимости

Когда следует указывать 2-й сорт

Инженеры обычно выбирают класс 2 в следующих случаях:

• Приложение включает в себя коррозионные химические или морские среды где свариваемость и формуемость имеют решающее значение
• Умеренные механические нагрузки участвуют в процессе, и преимущество соотношения веса к прочности у стали 5-го класса не требуется
• Компоненты должны быть сварка в полевых условиях или в цехе без сложной термообработки после сварки
• В техническом задании предусмотрено ASTM F67 или ISO 5832-2 (медицинские, связанные с имплантатами или фармацевтические области применения)
• Экономическая эффективность является приоритетом — цена на титан марки CP 2 за килограмм, как правило, ниже, чем на сплав марки 5

Когда вместо этого следует указывать 5-й класс

Марка 5 (Ti-6Al-4V) является подходящим выбором в следующих случаях:

• Для восприятия конструктивных или механических нагрузок требуется предел текучести выше 275 МПа
• Речь идет об основных конструкциях в аэрокосмической отрасли или несущих ортопедических имплантатах (в соответствии со стандартами AMS 4928 или ASTM F1472)
• Устойчивость к усталостным нагрузкам в условиях динамической нагрузки является одним из определяющих факторов при проектировании

Часто задаваемые вопросы — Круглый пруток из титана 2-го сорта

В чём разница между 2-м классом и Титан 5-го класса?

Марка 2 представляет собой коммерчески чистый (нелегированный) титан с минимальной предельной прочностью на разрыв 345 МПа. Марка 5 (Ti-6Al-4V) представляет собой сплав, содержащий 6% алюминия и 4% ванадия, обеспечивающий примерно в 2,6 раза более высокую минимальную прочность на разрыв (895 МПа). Марка 2 предпочтительна в тех случаях, когда требуются превосходная свариваемость, формуемость и коррозионная стойкость; марка 5 выбирается для применений, требующих высокой прочности конструкции и усталостной прочности.

Какие стандарты применяются к круглым стержням из титана 2-го сорта?

Основная спецификация заключается в следующем: ASTM B348 (а также стандарт ASME SB-348 для применения в сосудах под давлением), который распространяется на прутки и заготовки из титана и титановых сплавов. Для применения в медицинских целях, ASTM F67 (хирургические имплантаты — коммерчески чистый титан) и ISO 5832-2 применяются. Сертификаты испытаний на заводе выдаются в соответствии с EN 10204 3.1.

Можно ли сваривать титан 2-го класса и какой присадочный материал для этого используется?

Сварные швы из титана 2-го сорта с использованием методов GTAW (TIG) или GMAW (MIG). В качестве присадочного материала рекомендуется ERTi-2 в соответствии с AWS A5.16 / SFA-5.16. Сварка должна выполняться под защитой аргона высокой чистоты (не менее 99,999%), при этом защита с задержкой должна поддерживаться до тех пор, пока температура зоны сварки не опустится ниже 427 °C (800 °F). При правильной защите цвет сварного шва должен быть серебристо-серым или светло-соломенным; синее или белое окрашивание указывает на загрязнение кислородом.

Можно ли использовать титановый пруток класса 2 в условиях воздействия морской воды?

Титан 2-го класса обладает полной устойчивостью к коррозии в морской воде при температурах до 315 °C (600 °F) — это уровень характеристик, недостижимый для углеродистой стали и большинства нержавеющих сталей. В условиях эксплуатации в горячем концентрированном рассоле с температурой выше 75 °C возможна щелевая коррозия; конструкция деталей должна исключать наличие узких щелей в таких условиях эксплуатации.

Каковы механические свойства титанового прутка марки 2 в соответствии со стандартом ASTM B348?

Согласно ASTM B348-19 (в отжиганом состоянии): минимальный предел прочности при растяжении 345 МПа (50 кси), минимальный предел текучести 275 МПа (40 кси, смещение 0,2%), минимальное удлинение 20% (на 50 мм) и минимальное уменьшение поперечного сечения 30%. Фактические заводские показатели зафиксированы в сертификате заводских испытаний EN 10204 3.1, поставляемом с каждым заказом.

Какой диапазон размеров и допуски доступны для круглого титанового прутка 2-го класса?

Диаметры заготовок варьируются от 6 мм до 300 мм. Стандартные допуски составляют от h9 до h11 в соответствии с ISO 286-1 в зависимости от диаметра и состояния поверхности (точеная, холоднотянутая или в прокатном виде). Доступны отрезки длиной до 6 000 мм; предоставляется услуга резки на заказ с допуском на пилу ±2 мм. По запросу возможна шлифованная поверхность с допуском h8 и лучше.

Вы выдаете сертификаты заводских испытаний по стандарту EN 10204 3.1?

Сертификация по стандарту EN 10204 3.1 предоставляется в стандартной комплектации для всех заказов. В протоколе MTC фиксируются фактический химический состав и результаты механических испытаний, заверенные независимым сторонним органом по контролю качества и соотносимые с номером плавки/партии. В сертификатах указывается применимый стандарт (ASTM B348, ASTM F67 или другой, как указано).

Каков минимальный объём заказа (MOQ) и типичные сроки выполнения заказа?

Минимальный объем заказа составляет 10 кг. Срок поставки товаров, имеющихся в наличии, обычно составляет 3–7 рабочих дней. Для изделий нестандартных размеров, со специальными допусками или крупносерийных заказов срок поставки составляет 2–4 недели в зависимости от диаметра и количества. Обратитесь в отдел продаж, чтобы уточнить наличие конкретных позиций на складе и получить ответ на запрос о цене в течение 24 часов.