Tubo in titanio ASTM B338 grado 7: chimica e dimensionamento UNS R52400

Cos'è in realtà il tubo ASTM B338 grado 7

ASTM B338 copre tubi in titanio ricotto e leghe di titanio, senza saldature e saldati, per condensatori, scambiatori di calore, evaporatori e servizi di trasferimento di calore-analogabili. Il grado 7 è il grado di palladio-del titanio commercialmente puro, registrato come UNS R52400. La sua chimica di base è quella del Grado 2, con un'aggiunta deliberata di 0,12-0,25% di palladio che sposta il potenziale di corrosione del metallo nella regione passiva anche quando l'ossigeno disciolto è scarso.

Due affermazioni che circolano ampiamente su questo grado sono errate e meritano di essere corrette. Il grado 7 non è una lega di alluminio-vanadio: non contiene alluminio o vanadio intenzionali e appartiene alla famiglia compattata esagonale-alfa monofase-. Anche l’aggiunta di palladio non aumenta la forza. Il Grado 7 si trova allo stesso livello di resistenza ricotta del Grado 2 e il suo intero valore risiede nella resistenza alla corrosione in condizioni di riduzione-acida e interstiziale.

Composizione chimica di grado 7 (UNS R52400)

Poiché i limiti interstiziali sono identici, i due gradi sono metallurgicamente intercambiabili in termini di fabbricabilità. Scegliere tra loro è una decisione-ingegneristica sulla corrosione, non una decisione sulla resistenza.

Proprietà meccaniche e trattamento termico

Il tubo fornito ad ASTM B338 allo stato ricotto deve soddisfare proprietà di trazione minime di resistenza alla trazione di 345 MPa (50 ksi), resistenza allo snervamento di 275 MPa (40 ksi) con offset dello 0,2% e allungamento del 20%. I valori tipici del mulino sono comodamente al di sopra di questi minimi. Dati fisici normalmente utilizzati per la progettazione: densità 4,51 g/cm3, modulo elastico circa 102-105 GPa, conducibilità termica prossima a 16-17 W/(m*K) a temperatura ambiente e coefficiente di dilatazione termica di circa 8,6 x 10-6 per K.

Il trattamento termico è normalmente una ricottura di ricristallizzazione effettuata sotto vuoto o in atmosfera inerte di elevata purezza. Il sollievo dallo stress rientra nella banda 540-650 C; la ricottura completa per controllare la dimensione dei grani è generalmente compresa tra circa 650 e 760 C. Il tempo e la temperatura vengono selezionati per mantenere la dimensione dei grani sufficientemente fine per l'esame a correnti parassite e per la flessione e per limitare la formazione di casi alfa-. L'assorbimento di idrogeno deve essere evitato durante ogni operazione termica, poiché un grado contenente palladio perde il suo vantaggio se viene superato il limite di idrogeno della specifica.

Perché il palladio cambia la storia della corrosione

Il titanio commercialmente puro è costituito da una sottile pellicola di ossido autoriparante. Nei cloruri neutri aerati il ​​film è stabile e il Grado 2 funziona bene. Negli acidi riducenti come l'acido cloridrico o solforico, o all'interno di fessure strette dove l'ossigeno non può essere reintegrato, la pellicola può rompersi e inizia la dissoluzione attiva. Il palladio sulla superficie catalizza la ricombinazione dell'idrogeno, che aumenta il potenziale della lega e ri-ristabilisce la passività.

Il-palladio grado 16 inferiore viene spesso valutato per primo in base al costo. Il grado 7 viene specificato quando i dati sulla corrosione o l'esperienza di servizio richiedono l'intera gamma di palladio.

Dimensioni, test e requisiti specifici dei tubi-

Il tubo dello scambiatore di calore di grado 7-è comunemente prodotto con diametri esterni da circa 12,7 mm a 60 mm con pareti da 0,5 mm a 3,0 mm, in lunghezze diritte o come curve a U-. La pratica di ordinazione segue B338 per tolleranze di diametro, parete e lunghezza, rettilineità e ovalità consentita. I test comunemente richiesti sono test di trazione, appiattimento o{10}}appiattimento inverso, test delle flange, esame delle correnti parassite-su tutta la lunghezza e test di pressione idrostatica o pneumatica. Quando il tubo verrà espanso in una piastra tubiera, una durezza molto superiore a 200 HV rallenta il rotolamento, il che rappresenta un motivo in più per cui è preferibile la condizione ricotta.

Saldatura, Formatura e Pulizia

Il grado 7 salda in modo molto simile al grado 2. La saldatura ad arco di tungsteno con gas con uno schermo posteriore o la saldatura all'interno di una camera spurgata con argon- è una pratica standard. Una saldatura argentata brillante indica una schermatura adeguata, mentre una colorazione paglierina o blu indica contaminazione e ridotta resistenza alla corrosione. Il metallo d'apporto corrisponde a ERTi-7. L'area di lavoro deve essere mantenuta libera da contaminazioni di ferro e rame, gli utensili da taglio devono essere dedicati al titanio e il decapaggio deve essere effettuato con miscele di acido nitrico-fluoridrico seguite da un accurato risciacquo. La presenza di ferro sulla superficie è una delle cause più comuni di corrosione prematura durante il servizio sul campo ed è invisibile dopo la lavorazione.

Applicazioni e idee sbagliate comuni

Gli usi tipici includono scambiatori di calore per processi chimici- che gestiscono cloruri e acidi riducenti diluiti, circuiti di desalinizzazione e salamoia, componenti per la desolforazione e il lavaggio dei gas di scarico-, apparecchiature per impianti di sbiancamento della pasta e della carta-e hardware marino. Nei programmi aerospaziali, il titanio commercialmente puro contenente palladio-è presente nei sistemi fluidi, nelle apparecchiature di supporto-a terra e nell'hardware specializzato piuttosto che nella struttura primaria della cellula, dove dominano i gradi-alfa-beta di resistenza più elevata. Una specifica di acquisto che nomina il Grado 7 per una parte della cellula sottoposta a sollecitazioni dovrebbe essere rivista tenendo presente questo aspetto.

Idee sbagliate ricorrenti: che il Grado 7 sia una lega di alluminio-vanadio; che il palladio aumenta la forza; che il Grado 7 e il Grado 12 sono intercambiabili; e che una migliore resistenza alla corrosione elimina la necessità di un'adeguata schermatura della saldatura. Ognuno di questi porta a un componente sovra-specificato o sotto-protetto.

Domande frequenti

D: Il Grado 7 è più forte del Grado 2?
No. I valori minimi di trazione e snervamento ricotto sono identici a 345 MPa e 275 MPa. La differenza è la resistenza alla corrosione derivante dall'aggiunta di palladio.

D: Il grado 7 può sostituire il grado 12 nel servizio con cloruro caldo?
Non automaticamente. Il grado 12, UNS R53400, con molibdeno e nichel è spesso la scelta migliore in ambienti con cloruro e interstizi ad alta temperatura-; la selezione dovrebbe seguire i dati di corrosione per il mezzo e la temperatura effettivi.

D: Il tubo di grado 7 deve essere fornito ricotto?
Il tubo ASTM B338 viene ordinato allo stato ricotto, che supporta l'allungamento, le prestazioni di appiattimento, l'ispezione con correnti parassite-e il comportamento di espansione della piastra tubiera richiesti.

D: Come viene ispezionato il tubo di grado 7?
I requisiti tipici sono l'esame a correnti parassite sull'intera lunghezza, prove di trazione e di appiattimento, verifica dimensionale e prove di pressione idrostatica o pneumatica, con radiografia della saldatura nel punto in cui il tubo è saldato.

D: Quale metallo d'apporto corrisponde al Grado 7?
Il riempitivo ERTi-7 viene utilizzato per giunti saldati in componenti di grado 7. L'ERTi-2 diluirebbe il contenuto di palladio nel bagno di saldatura e ridurrebbe la resistenza alla corrosione locale.

D: Qual è lo spessore normale delle pareti per il servizio-scambiatore di calore?
La pratica comune è compresa tra 0,9 mm e 2,1 mm per diametri di tubo compresi tra circa 19 mm e 25,4 mm, adattati alla pressione di progetto, alla tolleranza alla corrosione e ai requisiti di espansione.