Gr12 Ti-0,3Mo-0,8Ni-Legierung: Zusammensetzung und Härte

Was Grad 12 ist und warum die Legierung hinzugefügt wurde

Unlegiertes Titan eignet sich gut für Meerwasser und neutrale Chloride, ist jedoch anfällig für Spaltkorrosion in heißen, konzentrierten Chloridlösungen, bei denen der Sauerstoff nicht an die abgeschirmte Oberfläche gelangen kann, um den Passivfilm aufrechtzuerhalten. Durch die Zugabe von Palladium, wie in der Güteklasse 7, wird das Problem effektiv gelöst, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da Palladium eines der teuersten Metalle im kommerziellen Einsatz ist.

Klasse 12 (UNS R53400) geht einen anderen Weg. Die Zugabe von etwa 0,3 % Molybdän und 0,8 % Nickel zu unlegiertem Titan erhöht das Korrosionspotenzial in reduzierenden Umgebungen und stabilisiert den Passivfilm in Spalten, wodurch die meisten Vorteile von Palladium zu einem Bruchteil der Legierungskosten erzielt werden. Der Gehalt an Eisen, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff bleibt auf den gleichen niedrigen Werten wie bei den unlegierten Sorten, sodass das Material die Formbarkeit und Schweißbarkeit behält, für die Industrietitan geschätzt wird.

Titanlegierungen werden nach der Phase klassifiziert, die die Mikrostruktur dominiert. Titan selbst ist allotrop: Unterhalb von 882 Grad hat es eine hexagonal dicht gepackte Struktur namens Alpha und darüber eine raumzentrierte kubische Struktur namens Beta. Legierungselemente werden nach ihrem Einfluss auf die Umwandlungstemperatur gruppiert. Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff erhöhen es und stabilisieren Alpha; Molybdän, Niob und Vanadium senken es und stabilisieren Beta; Chrom, Mangan, Kupfer, Eisen und Silizium sind eutektische Betastabilisatoren; und Zirkonium und Zinn haben in beiden Fällen kaum eine Wirkung. Güteklasse 12 ist eine nahezu Alpha-Legierung, weshalb sie fast genauso leicht geschweißt und geformt werden kann wie unlegierte Güteklasse 2.

Chemie und mechanische Grenzen

Die Grenzwerte gelten für Güteklasse 12 in den Produktspezifikationen. Für Rohre gilt ASTM B338 für Kondensatoren und Wärmetauscher, für Rohre ASTM B861 und ASTM B862, für Bleche und Platten ASTM B265 und für Stangen ASTM B348. GB/T 3624 und GB/T 3625 bieten die entsprechenden U-Bahn-Strecken.

Die Festigkeit der Güteklasse 12 liegt zwischen der Güteklasse 2 und der Güteklasse 5: 483 MPa Mindestzugfestigkeit gegenüber 345 MPa für Güteklasse 2 und 895 MPa für Ti-6Al-4V. Das ist bewusst bescheiden. Bei der Legierung handelt es sich um ein Korrosionsmaterial, nicht um ein Strukturmaterial, und der Konstruktionsfaktor ist eher die Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse als die Lastaufnahme.

Härteverhalten in der Praxis

Die Härte ist keine spezifizierte Abnahmeeigenschaft für Rohre oder Platten der Güteklasse 12 in ASTM B338 oder ASTM B265, und Käufer, die einen Härtewert benötigen, sollten die Prüfmethode und den Prüfort in der Bestellung vereinbaren, anstatt von einem garantierten Wert auszugehen. In der Praxis liegt die geglühte Güteklasse 12 im Bereich von 70 bis 90 auf der Rockwell-B-Skala, was bei niedrigen Testlasten etwa 130 bis 180 auf der Vickers-Skala entspricht.

Drei Punkte erklären, warum Härteangaben für Titan mit Vorsicht zu genießen sind.

Der interstitielle Gehalt dominiert: Sauerstoff und Stickstoff sind starke feste Lösungsverfestiger, daher können sich zwei Schmelzen desselben Grades innerhalb der Spezifikation messbar in der Härte unterscheiden, wenn ihre Sauerstoffgehalte an entgegengesetzten Enden des zulässigen Bereichs liegen.

Auf die Testmethode kommt es an: Die Härte wird gemäß ASTM E18 für die Rockwell-Skalen und gemäß ASTM E384 für die Mikroeindringung gemessen, und die Umrechnung zwischen den Skalen für Titan ist ungefähr, da sich Werkstücke aus Titan anders härten und erholen als Stahl.

Der Oberflächenzustand ist wichtig: Eine gebeizte und entzunderte Oberfläche wird anders angezeigt als eine gewalzte oder mechanisch geschliffene Oberfläche, und der Alpha-Fall muss entfernt werden, bevor ein Wert für die Oberflächenhärte aussagekräftig ist.

Die Härte sollte nicht als Indikator für die Verschleißfestigkeit von Titan verwendet werden. Selbst in den stärksten Güten weist Titan im Vergleich zu Stahl oder hart{2}beschichteten Oberflächen eine geringe Abriebfestigkeit und eine geringe Abrasivverschleißfestigkeit auf. Dabei handelt es sich eher um eine Materialeigenschaft als um einen Mangel bei der Wärmebehandlung.

Röhren- und Wärmetauscher-Produktpalette-

Güteklasse 12 wird hauptsächlich als Rohr für Wärmeübertragungsgeräte geliefert: Rohrbündelwärmetauscher, Rohrschlangen- und Schlangenwärmetauscher, Kondensatoren, Verdampfer und Förderleitungen. Kernkraftwerke und große Energieanlagen verwenden zunehmend Titanrohre für Kühlkreisläufe, da diese sowohl Meerwasser als auch chloriertem Kühlwasser standhalten.

Übliche Abmessungen des abgedeckten Materials sind Außendurchmesser von etwa 4 mm bis 114 mm mit Wandstärken von 0,2 mm bis 4,5 mm und Längen bis zu 15 m, geglüht und gebeizt. Rohre für Wärmetauscher bestehen auch Abflachungs-, Bördel- und hydrostatische Tests sowie die Wirbelstromprüfung gemäß ASTM E426. Nahtlose Rohre sind nach ASTM B338 und GB/T 3624 spezifiziert, geschweißte Rohre entsprechend der geschweißten Rohrroute in denselben Standards und nach GB/T 3625.

Da die Rohrwand dünn und die Wanddickentoleranz eng ist, müssen bei jeder Lieferung die beiden Eigenschaften überprüft werden: Wandexzentrizität und Oberflächenzustand. Defekte an der Innenoberfläche sind in der Regel die Ursache für frühe Rohrausfälle in Wärmetauschern und von außen nicht immer sichtbar.

Servicegrenzen und wo Klasse 12 angegeben ist

Der Korrosionsvorteil von Güteklasse 12 gegenüber unlegierten Güteklassen ist in heißen, nahezu -neutralen Chloridsolen und in leicht reduzierenden Umgebungen, einschließlich Bedingungen, in denen Spuren von Schwefelwasserstoff vorhanden sind, am größten. Branchenrichtlinien legen die praktische Spaltkorrosionsgrenze für unlegiertes Neutralchlorid der Güteklasse 2 üblicherweise bei etwa 70 Grad fest, wobei Güteklasse 12 den Einsatz um mehrere hundert Grad höher ausdehnt, wenn die Sole sauber und Sauerstoff verfügbar ist.

Zwei Grenzen sollten im Auge behalten werden. Erstens ist die Sorte 12 in stark reduzierenden Säuren wie Salz- oder Schwefelsäure kein Ersatz für eine palladiumhaltige Sorte. Zweitens kann es zu einer Wasserstoffaufnahme kommen, wenn kathodischer Schutz oder galvanische Kopplung vorhanden sind, weshalb der Wasserstoffgrenzwert von 0,015 % wichtig ist und galvanischer Kontakt mit Kohlenstoffstahl vermieden oder isoliert werden sollte. Bei Wärmetauschern müssen sowohl das Rohr- als auch das Rohrbodenmaterial, die Wasserchemie und die Strömungsgeschwindigkeit gemeinsam überprüft werden, da Erosion-Korrosion bei hoher Geschwindigkeit den Oxidfilm unabhängig von der Legierungschemie entfernen kann.

Häufig gestellte Fragen

F: Wofür wird die 12. Klasse verwendet?

A: Hauptsächlich Wärmetauscherrohre, Kondensatoren, Verdampfer und Prozessleitungen in heißem chloridhaltigem Wasser, wo es der Spaltkorrosion widersteht, die unlegiertes Titan erleiden würde, und wo palladiumhaltige Qualitäten unwirtschaftlich wären.

F: Welche Härte hat Titan der Güteklasse 12?

A: Die Härte ist in den Rohr- und Plattennormen keine spezifizierte Akzeptanzeigenschaft. Geglühtes Material misst typischerweise etwa 70 bis 90 HRB oder etwa 130 bis 180 HV, der Wert hängt jedoch vom Sauerstoffgehalt, der Testmethode und dem Oberflächenzustand ab.

F: Ist Grad 12 stärker als Grad 2?

A: Ja, um etwa 40 %. Die Mindestzugfestigkeit beträgt 483 MPa gegenüber 345 MPa für Klasse 2, mit einer Mindestdehnung von 18 % gegenüber 20 %. Der Gewinn ergibt sich aus Molybdän- und Nickelzusätzen sowie einer ähnlichen interstitiellen Spezifikation.

F: Kann die 12. Klasse die 7. Klasse ersetzen?

A: In neutralen Chloriden und Meerwasser, normalerweise ja, und zu viel geringeren Kosten. Bei stark reduzierender Säure ist es nicht das Palladium in Grad 7, das dort für Widerstand sorgt.

F: Welche Rohrgrößen sind normalerweise verfügbar?

A: Außendurchmesser von ca. 4 mm bis 114 mm, Wandstärke von 0,2 mm bis 4,5 mm und Längen bis 15 m, geglüht und gebeizt, sowohl in nahtloser als auch geschweißter Ausführung.

F: Warum ist der Wasserstoffgehalt auf 0,015 % begrenzt?

A: Weil überschüssiger Wasserstoff in der Alpha-Phase spröde Hydride bildet. Der Grenzwert ist am wichtigsten, wenn die Röhre kathodisch geschützt oder galvanisch mit einem weniger edlen Metall gekoppelt ist.