Titanas prieš nerūdijantį plieną jūros vandenyje: korozija ir kaina

Renkantis metalines medžiagas jūros vandeniui, inžinieriai ir pirkimo profesionalai dažnai susiduria su klasikiniu klausimu:Kaip pasirinkti tarp titano ir nerūdijančio plieno?

Atsakymas nėra aiškus.

Jūros vanduo yra sudėtingas elektrolitas, turintis chloro jonų, kurio chlorido koncentracija yra maždaug 19 000 ppm-daug didesnė nei įprastame gėlame vandenyje, kur chlorido lygis paprastai yra daug mažesnis. Jūros vandenyje taip pat yra ištirpusio deguonies, suspenduotų nuosėdų, mikroorganizmų ir organinių medžiagų. Kartu šie veiksniai gali prisidėti prie taškinės korozijos, plyšių korozijos ir įtempių korozijos įtrūkimų (SCC), todėlmypač svarbu pasirinkti jūros vandens įrangą.

Korozijos poveikis neapsiriboja paviršiaus pažeidimu. Pakrantės elektrinių ir jūros vandens gėlinimo sistemų su korozija{1}}susijusi techninė priežiūra ir įrangos prastovos gali turėti didelės įtakos veiklos išlaidoms. Todėl medžiagų pasirinkimas neturėtų būti grindžiamas tik pradine pirkimo kaina. Taip pat reikia atsižvelgti į tarnavimo laiką, priežiūros reikalavimus ir ilgalaikį veikimo patikimumą.

Titanas ir nerūdijantis plienas yra plačiai naudojamos korozijai{0}}atsparios inžinerinės medžiagos, tačiau jų negalima tiesiog traktuoti kaip dviejų fiksuotų medžiagų kategorijas. „Nerūdijantis plienas“ apima daugybę rūšių, tokių kaip 304, 316L, dvipusis nerūdijantis plienas ir S31254 (254 SMO), o jų veikimas jūros vandenyje gali labai skirtis. Titanas taip pat yra medžiagų šeima, kurios skirtingos klasės skirtos skirtingoms eksploatavimo sąlygoms.

Šių dviejų medžiagų šeimų korozijos mechanizmų supratimas gali padėti geriau įvertinti jų atsparumą korozijai, sąnaudas ir numatomą tarnavimo laiką naudojant jūros vandenį.

Jūros vanduo yra sudėtinga korozinė aplinka. Keletas veiksnių gali turėti įtakos titano ir nerūdijančio plieno korozijai jūrų ir jūros vandens sistemose.

Chlorido koncentracija:

Jūros vandenyje yra apie 19 000 ppm chlorido. Didelės chlorido koncentracijos gali padidinti duobių ir plyšių korozijos riziką, ypač metalams, kurių apsaugai nuo korozijos naudojamos pasyvios plėvelės.

Temperatūra:

Aukštesnė temperatūra paprastai pagreitina elektrochemines reakcijas ir korozijos procesus. Kylant jūros vandens temperatūrai, medžiagos korozinis elgesys gali labai pasikeisti.

Deguonies prieinamumas:

Ištirpęs deguonis gali paveikti pasyvių plėvelių stabilumą ir elgseną bei prisidėti prie vietinių elektrocheminių sąlygų skirtumų.

Jūros vandens srauto greitis:

Didesnis srauto greitis gali padidinti erozijos{0}}korozijos riziką, ypač aplink alkūnes, vožtuvus ir kitas vietas, kuriose yra vietinių srauto sutrikimų.

Sustingęs jūros vanduo:

Dėl mažo-tėkmės ar sustingusios sritys gali skirtis deguonies koncentracija ir vietinė cheminė sudėtis, todėl padidėja duobių ir plyšių korozijos rizika.

Įtrūkimai ir indėliai:

Flanšai, tarpikliai, tvirtinimo detalių jungtys ir nuosėdos gali sukurti vietinę korozinę aplinką. Šios sritys ypač svarbios vertinant nerūdijančio plieno atsparumą korozijai jūros vandenyje.

Jūrinis biologinis užterštumas:

Mikrobų plėvelės ir biologinės nuosėdos tam tikromis sąlygomis gali prisidėti prie vietinės korozijos.

Galvaninė korozija:

Kai skirtingi metalai yra tiesiogiai arba netiesiogiai sujungti laidžiame jūros vandenyje, jų elektrocheminio potencialo skirtumas gali sukurti galvaninę porą ir pagreitinti aktyvesnio metalo koroziją.

Dėl šios priežasties norint įvertinti medžiagą, skirtą jūros vandens aptarnavimui, reikia daugiau nei tiesiog palyginti dviejų metalų vardinį atsparumą korozijai.

Vienas iš svarbiausių skirtumų tarp titano ir nerūdijančio plieno jūros vandenyje yra jų pasyviųjų plėvelių elgsena.

Pasyvioji titano plėvelė

Titano atsparumas korozijai atsiranda dėl plonos titano dioksido (TiO₂) pasyvios plėvelės, kuri natūraliai susidaro ant jo paviršiaus. Nors plėvelė yra vos kelių nanometrų storio, ji yra labai stabili ir atspari chemikalams.

Pažeista pasyvioji plėvelė gali greitai atsinaujinti, esant vandeniui ir deguoniui, toliau saugodama apatinį metalą.

Šis stabilus pasyvus elgesys yra viena iš pagrindinių priežasčiųtitanas pasižymi puikiu atsparumu korozijai natūraliame jūros vandenyje.

Nerūdijančio plieno pasyvioji plėvelė

Nerūdijantis plienas remiasi chromo -daug oksido turinčia pasyvia plėvele, kuri yra atspari korozijai. Kai ši pasyvi plėvelė išlieka stabili, nerūdijantis plienas gali užtikrinti puikų atsparumą korozijai.

Tačiau chlorido{0}}turinčiame jūros vandenyje chloro jonai gali paskatinti vietinį pasyviosios būsenos skilimą, ypač plyšiuose ir po nuosėdomis. Tai padidina duobių ir plyšių korozijos riziką.

Todėl nerūdijančio plieno savybės jūros vandenyje labai priklauso nuo konkrečios klasės . 316L ir aukštesnių{1}} lydinių, tokių kaip S31254 (254 SMO), atsparumas korozijai gali būti labai skirtingas.

Palyginimui, titanas išlaiko labai stabilią pasyviąją plėvelę ir pasižymi puikiu atsparumu įdubimams, plyšinei korozijai ir įtempių korozijos įtrūkimams (SCC) natūraliame jūros vandenyje ir daugelyje aplinkų, kuriose yra daug chloro{0}}.

Dėl to titanas yra ypač patrauklus ilgalaikėms{0}}jūros vandens paslaugoms ir tais atvejais, kai patikimumas yra labai svarbus.

Nerūdijantis plienas yra „šeima“, o ne viena medžiaga. Įvairios nerūdijančio plieno rūšys gali turėti labai skirtingą atsparumo korozijai lygį jūros ir jūros vandens aplinkoje.

Kas yra PREN?

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) paprastai naudojamas kaip lyginamasis atsparumo vietinei taškinei korozijai rodiklis:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

Apskritai didesnis PREN rodo didesnį atsparumą vietinei taškinei korozijai.

Tačiau PREN turėtų būti naudojamas kaip lyginamasis rodiklis, o ne kaip atskira jūros vandens paslaugų kvalifikacija. Faktinis veikimas taip pat priklauso nuo temperatūros, chlorido koncentracijos, deguonies prieinamumo, paviršiaus būklės, srauto, plyšių geometrijos, suvirinimo ir kitų projektavimo veiksnių.

Svarbiausia, kad 316L yra tik vienas nerūdijančio plieno šeimos narys. Tai viena iš labiausiai paplitusių nerūdijančio plieno rūšių, naudojamų jūroje, tačiau ji neatspindi visų nerūdijančiojo plieno savybių.

Jei dirbate pakrantės ar sūraus vandens aplinkoje, nesirinkite nerūdijančio plieno, pagrįsto vien PREN. Aukštesnės-PREN klasės, pvz., super duplex nerūdijantis plienas, gali žymiai pagerinti atsparumą vietinei korozijai, tačiau vis tiek reikia įvertinti faktines eksploatavimo sąlygas ir sistemos dizainą.

Skirtingai nuo daugelio nerūdijančio plieno, titanas natūraliame jūros vandenyje išlaiko labai stabilią pasyvią būseną; todėl jo ilgalaikis{0}}vienodas korozijos greitis paprastai yra labai mažas. Įvairios titano rūšys buvo legiruotos, kad atitiktų specifinę korozinę aplinką ir dizaino reikalavimus.

2 klasės titanas(Komerciniu požiūriu grynas titanas): pagrindinis pasirinkimas standartinei jūros vandens aplinkai

• Jūros vandens korozijos greitis: < 0,0001–0,0005 mm/metus
• Kritinė plyšio korozijos temperatūra: 82 laipsniai
• Natūraliame jūros vandenyje nepastebėta duobių ar plyšių korozijos
• Tankis: 4,51 g/cm³ (maždaug 56 % nerūdijančio plieno)
• Tinka: jūros vandens vamzdynams, šilumokaičiams, kondensatoriams ir gėlinimo įrangai

7 ir 12 klasės: reiklesnių darbo sąlygų pasirinkimas

Kai jūros vandens sistemose yra aukštesnė temperatūra, plyšiai, nuosėdos ar sudėtinga cheminė aplinka, atsižvelgiant į konkrečias eksploatavimo sąlygas, gali būti svarstomos titano rūšys, pasižyminčios padidintu atsparumu korozijai.

• 7 klasė: Komerciniu požiūriu grynas titanas su nedideliu paladžio priedu; pirmiausia naudojamas siekiant padidinti atsparumą korozijai tam tikrose agresyviose ėsdinančiose terpėse.
• 12 klasė: Atsparumas korozijai tam tikrose aplinkose pagerinamas pridedant molibdeno ir nikelio, o tai suteikia pranašumų esant aukštai{0}}temperatūrai arba sudėtingoms korozinėms sąlygoms.

Svarbu pažymėti, kad 7 ir 12 klasės nėra tik 2 klasės „atnaujintos versijos“, skirtos bendram naudojimui jūros vandeniu. Medžiagos pasirinkimas vis tiek turėtų būti pagrįstas tokiais veiksniais kaip temperatūra, jūros vandens srauto greitis, plyšių geometrija, teršalai ir specifinė cheminė sudėtis.

Tai išryškina pagrindinį skirtumą lyginant titaną su nerūdijančiu plienu: pati 2 klasė suteikia didelę atsparumo korozijai ribą daugelyje jūros vandens aplinkų, o renkantis nerūdijantį plieną reikia rinktis iš konkrečių rūšių, tokių kaip 316L, 2205, 254 SMO ir 2507.

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamas bendras pradinis taškas lyginant titaną ir nerūdijantį plieną skirtingomis jūros vandens sąlygomis.

Kai jūros vandens atsparumas korozijai ir ilgalaikis{0}}patikimumas yra svarbesni už pradines medžiagų sąnaudas,2 klasės titanas gali būti labai patraukli alternatyva.

Nerūdijantis plienas – tai įvairi medžiagų šeima -nuo 304 ir 316 l iki dvipusio ir superaustenitinio nerūdijančio plieno-, pasižyminti dideliu atsparumu korozijai.

316L yra vienas iš labiausiai paplitusių jūrinių pritaikymų pradžios taškų, tačiau jo tinkamumas jūros vandeniui labai priklauso nuo temperatūros, srauto sąlygų, plyšių geometrijos ir kitų veiksnių. Netgi aukštos kokybės-klasės, tokios kaip 254 SMO, gali susidurti su korozijos rizika plyšiuose ir stovinčiame jūros vandenyje.

Titanas pasižymi ypač dideliu jūros vandens atsparumu korozijai, palyginti su daugeliu įprastų inžinerinių metalų. Nors pradinės medžiagos sąnaudos yra didesnės nei 316 litrų, dėl labai mažo korozijos laipsnio, ilgo eksploatavimo ir mažų su korozija susijusių priežiūros reikalavimų jis gali būti ekonomiškai patrauklus, įvertinus visas gyvavimo ciklo išlaidas.

Zecheng Metal specializuojasi titano gaminių gamyboje. Jei nesate tikri, kuri titano klasė ar gaminys tinka jūsų pritaikymui, susisiekite su mūsų komanda elinfo@zctitanium.com.