Коррозионная стойкость титана по средам

Коррозионная стойкость титана — свойство не металла, а плёнки толщиной в несколько нанометров (диоксид титана), которая мгновенно образуется на воздухе или в воде и восстанавливается, пока к поверхности есть доступ кислорода или воды. Всё остальное следует из этой фразы: где плёнка может восстановиться, титан практически инертен; где не может — корродирует быстро.

Как ведёт себя пассивная плёнка

Плёнка устойчива в окислительных условиях и в нейтральных водных растворах, включая хлоридные. Её разрушают восстановительные условия, безводные среды (нечем восстанавливать плёнку), фторид-ионы, растворяющие титан напрямую, и длительное наводороживание. Температура ускоряет всё это, как и щель: в щели кислород расходуется быстрее, чем поступает.

Поэтому одна и та же марка может быть правильной на одном заводе и отказать на соседнем с тем же номинальным реагентом. Концентрация, температура, аэрация, скорость потока и геометрия — не второстепенные детали, а сама спецификация.

Сводка по средам

Оценки отражают распространённую промышленную практику для трёх марок, чаще всего указываемых для коррозионных сред. Это отправная точка для обсуждения, а не замена коррозионным данным или испытанию образцов в реальной среде.

Среда	Gr.2 (чистый)	Gr.7 (Pd)	Gr.12 (Ni-Mo)	Примечание
Морская вода, обычная температура, поток	отлично	отлично	отлично	Слабое место — уплотнения, а не металл
Морская вода / рассол выше ≈70 °C	ограниченно	хорошо	хорошо	Щелевая коррозия под отложениями и уплотнениями
Влажный хлор	отлично	отлично	отлично	Вода должна присутствовать
Сухой хлор	не рекомендуется	не рекомендуется	не рекомендуется	Риск возгорания / пирофорной реакции
Гипохлорит натрия	отлично	отлично	отлично	Следить за температурой и содержанием хлоратов
Едкий натр (NaOH)	отлично	отлично	отлично	При высокой температуре возможно наводороживание
Азотная кислота, до ≈65 %	отлично	отлично	отлично	Окислительная среда, плёнка стабильна
Серная кислота, разбавленная и аэрированная	хорошо	хорошо	хорошо	Концентрированная или горячая — нельзя
Соляная кислота, разбавленная, обычная температура	ограниченно	хорошо	хорошо	Окна по концентрации и температуре узкие
Плавиковая кислота, любая концентрация	не рекомендуется	не рекомендуется	не рекомендуется	Растворяет и плёнку, и металл
Влажный H₂S / кислый газ	ограниченно	ограниченно	ограниченно	Водородное охрупчивание, а не общая коррозия

Хлориды: температурный предел, о котором не пишут

Технически чистый титан не подвержен равномерной коррозии в морской воде при любой обычной температуре. Ограничивает его щелевая коррозия: под прокладкой, отложением, нахлёстом или в уплотнении трубы в трубной решётке кислород расходуется быстрее, чем восполняется, плёнка не восстанавливается, и начинается поражение. Практический порог, приводимый в отраслевых руководствах, — около 70 °C по хлоридам; выше щель становится расчётным случаем.

Порог сдвигают две вещи. Gr.7 с палладием и никель-молибденовый Gr.12 существенно его повышают — поэтому в опреснении и рассольных теплообменниках всё чаще указывают их, а не Gr.2. И геометрия значит не меньше марки: конструкция без щелей выдерживает там, где плохо проработанная отказывает даже с более дорогим сплавом.

Хлор, гипохлориты и хлоралкали

Влажный хлор, диоксид хлора, хлорноватистая кислота и гипохлориты — сильные окислители, и титан для них стандартный материал. На этом основана его роль в хлоралкалийных производствах: элементы электролизёров, трубопроводы влажного хлора, трубные пучки холодильников, оборудование отбелки.

Исключение — сухой хлор. Без влаги для поддержания плёнки титан может реагировать бурно; это известная опасность и причина, по которой сухой хлор прямо исключают, а не оценивают как «плохо». Если линия может быть влажной или сухой в зависимости от режима, это вопрос проектирования, а не закупки.

Азотная, серная и соляная кислоты

Азотная кислота окислительная, плёнка стабильна, титан отлично работает примерно до 65 % при обычных температурах. Красная дымящая азотная кислота — отдельный случай, её нельзя рассматривать как ту же среду.

Серная кислота в разбавленном и аэрированном виде окислительная, титан её держит. С ростом концентрации и температуры среда становится восстановительной, плёнка теряет устойчивость, коррозия ускоряется. Разбавленные холодные аэрированные потоки допустимы; горячая концентрированная кислота — нет, и никакая марка титана этого не исправит.

Соляная кислота — та среда, где выбор марки окупается. Чистый Gr.2 выдерживает только разбавленную кислоту при обычной температуре, в узком окне. Палладий (Gr.7) и никель-молибден (Gr.12) сдвигают потенциал и расширяют окно — поэтому обе марки обычны на травильных линиях, в контурах хлоридного выщелачивания и регенерации кислот.

Водородное охрупчивание и катодная защита

Титан поглощает водород; выше примерно 150 ppm гидридная фаза делает его хрупким. В эксплуатации это происходит тремя путями: катодная защита с перезащитой, гальваническая пара с менее благородным металлом в электролите и среды, выделяющие водород на поверхности (влажный H₂S, кислотное травление, некоторые горячие щёлочи).

Для покупателя вывод прост. Если оборудование будет под катодной защитой — скажите об этом: потенциал нужно контролировать, и титан не должен быть катодом неконтролируемой пары. Если среда кислая, разговор переходит от «какая марка» к «уместен ли титан вообще». Если детали травятся при изготовлении, задайте контроль содержания водорода после травления.

Конструктивные детали, которые решают исход

• Щели. Полный провар, без нахлёстов и прерывистых швов, прокладки без застойных зон. Одна щель превращает «отлично» в «ограниченно».
• Скорость потока. В морской воде титан допускает высокие скорости — выше, чем медно-никелевые сплавы, — но резкие изменения сечения и тупиковые участки дают эрозию и поражение под отложениями.
• Гальванические пары. Титан катоден по отношению к стали, алюминию, медным сплавам и нержавеющей стали. Пара ускоряет коррозию другого металла; где это важно — изолируйте.
• Состояние поверхности. Травлёная или блестящая поверхность работает лучше, чем прокатная с вкраплениями железа — частая причина «необъяснимых» питтингов.
• Запас по температуре. Проектируйте по максимальному выбросу, а не по рабочей точке. Большинство отказов возникает при превышении порога щелевой коррозии на 20 °C.

Как проверить выбор

Для всего, что выходит за пределы освоенных режимов, три шага дешевле отказа. Первое: смотреть опубликованные данные изокоррозии для реальной концентрации и температуры, а не для номинальной кислоты. Второе: испытание погружением по ASTM G31 с гладким образцом и образцом со щелью, чтобы понять механизм. Третье: при крупном оборудовании или пограничном режиме — боковой образец на цикл между ремонтами.

Там, где проект действительно на границе, честный ответ часто таков: титан — не тот материал, и футерованная сталь или более легированный вариант дешевле по жизненному циклу. Этот вывод лучше сделать до заказа, а не после.

Коррозионностойкие марки поставляем как лист, трубы и трубопроводы для теплообменников, пруток, а также поковки и обработанные детали. Пришлите среду, концентрацию, температуру и стандарт — подтвердим наличие в Gr.2, Gr.7 или Gr.12.