Wat klasse 12 is en waarom de legering is toegevoegd
Ongelegeerd titanium presteert goed in zeewater en in neutrale chloriden, maar is kwetsbaar voor spleetcorrosie in hete, geconcentreerde chlorideoplossingen, waar zuurstof het afgeschermde oppervlak niet kan bereiken om de passieve film in stand te houden. Het toevoegen van palladium, zoals in klasse 7, lost het probleem effectief op, maar tegen hoge kosten, omdat palladium een van de duurste metalen is bij commercieel gebruik.
Graad 12 (UNS R53400) neemt een andere route. Het toevoegen van ongeveer 0,3% molybdeen en 0,8% nikkel aan ongelegeerd titanium verhoogt het corrosiepotentieel in reducerende omgevingen en stabiliseert de passieve film in spleten, waardoor het meeste voordeel van palladium wordt geboden tegen een fractie van de legeringskosten. De niveaus van ijzer, zuurstof, koolstof, stikstof en waterstof blijven beperkt tot dezelfde lage waarden als de niet-gelegeerde kwaliteiten, zodat het materiaal de vervormbaarheid en lasbaarheid behoudt waarvoor industrieel titanium wordt gewaardeerd.
Titaniumlegeringen worden geclassificeerd op basis van de fase die de microstructuur domineert. Titanium zelf is allotroop: onder de 882 graden heeft het een zeshoekige dicht-opeengepakte structuur die alfa wordt genoemd, en daarboven een op het lichaam-gecentreerde kubusvormige structuur die bèta wordt genoemd. Legeringselementen worden gegroepeerd op basis van hun effect op de transformatietemperatuur. Aluminium, zuurstof, stikstof en koolstof verhogen het en stabiliseren alfa; molybdeen, niobium en vanadium verlagen het en stabiliseren bèta; chroom, mangaan, koper, ijzer en silicium zijn eutectische bèta-stabilisatoren; en zirkonium en tin hebben hoe dan ook weinig effect. Graad 12 is een bijna-alfa-legering en kan daarom bijna net zo gemakkelijk worden gelast en gevormd als ongelegeerde Graad 2.
Chemie en mechanische grenzen
De limieten zijn de limieten die worden toegepast op klasse 12 in de specificaties van het vervaardigde product. Buis valt onder ASTM B338 voor condensors en warmtewisselaars, buizen vallen onder ASTM B861 en ASTM B862, plaat en plaat onder ASTM B265 en staaf onder ASTM B348. GB/T 3624 en GB/T 3625 bieden de bijbehorende buisroutes.
| Element | Limiet, % | Mechanische eigenschap | Minimum |
|---|---|---|---|
| ma | 0.2 - 0.4 | Treksterkte | 483 MPa |
| Ni | 0.6 - 0.9 | 0,2% vloeigrens | 345 MPa |
| Fe | Maximaal 0,30 | Verlenging | 18 % |
| O | Maximaal 0,25 | Dikte | 4,51 g/cm3 |
| C | Maximaal 0,08 | Beta transus, ongelegeerde basis | Ongeveer 882 graden |
| N | Maximaal 0,03 | Elasticiteitsmodulus | Ongeveer 103 GPa |
| H | Maximaal 0,015 | Smeltpunt | Ongeveer 1668 graden |
De sterkte van klasse 12 ligt tussen klasse 2 en klasse 5: minimale treksterkte van 483 MPa tegen 345 MPa voor klasse 2 en 895 MPa voor Ti-6Al-4V. Dat is bewust bescheiden. De legering is een corrosiemateriaal, geen structureel materiaal, en de ontwerpfactor is omgevingsbestendigheid in plaats van belastingdragend.
Hardheidsgedrag in de praktijk
Hardheid is geen gespecificeerde acceptatie-eigenschap voor buis of plaat van klasse 12 in ASTM B338 of ASTM B265, en kopers die een hardheidswaarde nodig hebben, moeten de testmethode en locatie in de inkooporder overeenkomen in plaats van uit te gaan van een gegarandeerd cijfer. In de praktijk meet gegloeide klasse 12 in de regio van 70 tot 90 op de Rockwell B-schaal, wat overeenkomt met ongeveer 130 tot 180 op de Vickers-schaal bij lage testbelastingen.
Drie punten verklaren waarom hardheidscijfers voor titanium met zorg moeten worden behandeld.
Het interstitiële gehalte domineert: zuurstof en stikstof zijn sterke vaste- oplossingsversterkers, dus twee hittes van dezelfde kwaliteit binnen de specificatie kunnen meetbaar verschillen in hardheid als hun zuurstofgehalte zich aan tegenovergestelde uiteinden van het toegestane bereik bevindt.
De testmethode is van belang: de hardheid wordt gemeten volgens ASTM E18 voor de Rockwell-schalen en volgens ASTM E384 voor micro-indeuking, en de conversie tussen schalen voor titanium is bij benadering omdat titaniumwerk- op een andere manier uithardt en herstelt dan staal.
De toestand van het oppervlak is van belang: een gebeitst en ontkalkt oppervlak zal anders lezen dan een -gewalst of mechanisch geslepen oppervlak, en het alfa-omhulsel moet worden verwijderd voordat een meting van de oppervlaktehardheid zinvol is.
Hardheid mag niet worden gebruikt als slijtvastheidsindicator- voor titanium. Zelfs in de sterkste kwaliteiten heeft titanium een slechte weerstand tegen vreten en een lage slijtvastheid vergeleken met staal of hard-gecoate oppervlakken, en dit is eerder een materiaaleigenschap dan een gebrek aan warmte-behandeling.
Buizen- en warmtewisselaars-Productassortiment
Klasse 12 wordt voornamelijk geleverd als buis voor warmteoverdrachtsapparatuur:- shell{2}}en-buizenwarmtewisselaars, spiraalwarmtewisselaars en kronkelige warmtewisselaars, condensors, verdampers en transportleidingen. Kerncentrales en grote energieapparatuur worden steeds vaker gestandaardiseerd op titaniumbuizen voor koelcircuits, omdat deze bestand zijn tegen zowel zeewater als gechloreerd koelwater.
Gangbare afmetingen van bedekt materiaal zijn de buitendiameter van ongeveer 4 mm tot 114 mm met een wanddikte van 0,2 mm tot 4,5 mm en lengtes tot 15 m, gegloeid en gebeitst geleverd. Buizen voor warmtewisselaars voldoen ook aan de afvlakkings-, affakkel- en hydrostatische tests en wervelstroomonderzoek volgens ASTM E426. Naadloze buizen zijn gespecificeerd volgens ASTM B338 en GB/T 3624, gelaste buizen volgens dezelfde normen en GB/T 3625.
Omdat de buiswand dun is en de wanddiktetolerantie krap is, zijn de twee eigenschappen die bij elke levering moeten worden gecontroleerd de excentriciteit van de wand en de toestand van het oppervlak. Interne oppervlaktedefecten zijn de gebruikelijke oorzaak van vroege buisdefecten in warmtewisselaars, en zijn niet altijd zichtbaar vanaf de buitenkant.
Servicelimieten en waar klasse 12 is gespecificeerd
Het corrosievoordeel van klasse 12 ten opzichte van niet-gelegeerde soorten is het grootst in hete, bijna-neutrale chloridepekel en in licht reducerende omgevingen, inclusief omstandigheden waarin sporen van waterstofsulfide aanwezig zijn. Industrierichtlijnen plaatsen het praktische spleet-corrosieplafond voor ongelegeerde klasse 2 in neutraal chloride doorgaans op ongeveer 70 graden, waarbij klasse 12 de werking enkele honderden graden hoger uitbreidt als de pekel schoon is en zuurstof beschikbaar is.
Er moeten twee grenzen in het oog gehouden worden. Ten eerste is klasse 12 bij sterk reducerende zuren zoals zoutzuur of zwavelzuur geen vervanging voor palladium-dragende kwaliteit. Ten tweede kan de opname van waterstof plaatsvinden waar kathodische bescherming of galvanische koppeling aanwezig is. Daarom is de waterstoflimiet van 0,015% van belang en moet galvanisch contact met koolstofstaal worden vermeden of geïsoleerd. Voor warmtewisselaars moeten zowel het buis- als het buisplaatmateriaal, de waterchemie en de stroomsnelheid samen worden beoordeeld, omdat erosie-corrosie bij hoge snelheid de oxidefilm kan verwijderen, ongeacht de legeringschemie.
Veelgestelde vragen
Vraag: Waar wordt graad 12 voor gebruikt?
A: Hoofdzakelijk warmtewisselaarbuizen, condensors, verdampers en procesleidingen in heet chloride-houdend water, waar het bestand is tegen spleetcorrosie waar ongelegeerd titanium last van zou hebben, en waar palladium-lagerkwaliteiten oneconomisch zouden zijn.
Vraag: Wat is de hardheid van titanium van klasse 12?
A: Hardheid is geen gespecificeerde acceptatie-eigenschap in de buis- en plaatnormen. Gegloeid materiaal meet doorgaans ongeveer 70 tot 90 HRB, of ongeveer 130 tot 180 HV, maar de waarde hangt af van het zuurstofgehalte, de testmethode en de toestand van het oppervlak.
Vraag: Is graad 12 sterker dan graad 2?
A: Ja, met ongeveer 40%. De minimale treksterkte is 483 MPa tegen 345 MPa voor klasse 2, met een minimale rek van 18% tegen 20%. De winst komt van de toevoeging van molybdeen en nikkel plus een vergelijkbare interstitiële specificatie.
Vraag: Kan Graad 12 Graad 7 vervangen?
A: In neutrale chloriden en zeewater meestal wel, en tegen veel lagere kosten. Bij het sterk verminderen van de zuurgraad is geen - het palladium in graad 7 wat daar weerstand biedt.
Vraag: Welke buismaten zijn normaal gesproken verkrijgbaar?
A: Buitendiameter van circa 4 mm tot 114 mm, wanddikte van 0,2 mm tot 4,5 mm en lengtes tot 15 m, gegloeid en gebeitst, zowel in naadloze als gelaste uitvoering.
Vraag: Waarom is het waterstofgehalte beperkt tot 0,015%?
A: Omdat overtollig waterstof brosse hydriden vormt in de alfafase. De limiet is het belangrijkst wanneer de buis kathodisch beschermd is of galvanisch gekoppeld is aan een minder edel metaal.
