ASTM B862 Ti2 (UNS R50400) Tub soldat d'aliatge de titani: propietats i aplicacions

Què és la canonada soldada ASTM B862 Ti2?

ASTM B862 és l'especificació que cobreix tubs de titani i aliatges de titani soldats per al servei general-resistent a la corrosió i a temperatures elevades-. El grau 2, també escrit Ti2 o UNS R50400, és titani no aliat comercialment pur amb un contingut de titani d'almenys el 99,2%. L'equilibri consisteix en nivells controlats de ferro, oxigen, carboni, nitrogen i hidrogen.

La canonada està fabricada a partir de tira de titani plana-enrotllada, formada en un cilindre i soldada longitudinalment, més habitualment mitjançant soldadura per arc de tungstè de gas (GTAW/TIG) o soldadura per arc de plasma. La soldadura ha de complir els mateixos requisits de tracció que el metall base, i la canonada acabada es subministra en condicions de soldadura, recuit o soldat-i-treballat-en fred segons l'especificació de compra.

Composició química (ASTM B862/B265)

El grau 2 es defineix per límits estrictes d'impureses, ja que les propietats mecàniques i de corrosió del titani no aliat depenen molt dels elements intersticials, especialment de l'oxigen.

Element	N	C	H	Fe	O	Ti
Contingut, %	0,03 màx	0,08 màx	0,015 màx	0,30 màx	0,25 màx	Balanç (99,2 min)

Propietats mecàniques (ASTM B862 Grau 2)

Propietat	Requisit
Resistència a la tracció Rm	345 MPa (50 ksi) min
0,2% límit elàstic Rp0,2	275 MPa (40 ksi) min
Elongació en 50 mm o 4D	20% min
Reducció de superfície	30% min
Densitat	4,51 g/cm3
Punt de fusió	aproximadament 1668 graus C

El grau 2 té una bona combinació de resistència i ductilitat per a un grau comercialment pur. Amb uns 4,5 g/cm3 aproximadament, és només al voltant del 57% del pes de l'acer, cosa que confereix a la canonada de titani una forta resistència-a-avantatge en equips estructurals i rotatius.

Consideracions de fabricació i soldadura

La canonada de grau 2 soldada està feta de tira-laminada en fred, vora-preparada i soldada per soldadura GTAW o per arc de plasma. Per a la majoria d'aplicacions, s'utilitza filferro de farciment ERTi-2 (AWS A5.16) perquè el metall de soldadura coincideixi amb les propietats del metall base.

El titani és molt reactiu a temperatures elevades. Per sobre d'aproximadament 500 graus centígrads absorbeix oxigen, nitrogen i hidrogen de l'atmosfera, fet que fragilitza la zona afectada per la soldadura i la calor-. Per tant, la soldadura s'ha de dur a terme amb una protecció de gas inert d'argó d'alta -puresa (99,99% o millor) tant a la cara com a l'arrel de la soldadura, i s'ha de mantenir la protecció fins que l'àrea de soldadura es refredi per sota d'uns 400 graus centígrads. El blindatge adequat és el factor més important per produir soldadures de titani sòlides.

Resistència a la corrosió

El titani de grau 2 comercialment pur té una excel·lent resistència a la corrosió en aigua de mar, aigua salobre, solucions de clorur i la majoria dels mitjans oxidants. És immune a l'esquerdament per corrosió per estrès de clorur i no pateix corrosió per picades o esquerdes a l'aigua de mar natural. També resisteix els àcids oxidants com l'àcid nítric, i molts àcids i àlcalis orgànics.

En els intercanviadors i condensadors de calor d'aigua de mar, la canonada de titani de grau 2 normalment ofereix una vida útil molt més llarga que l'acer inoxidable austenític, per la qual cosa s'especifica àmpliament a les centrals elèctriques, instal·lacions dessalinitzadores i sistemes a bord. El material no és adequat per reduir fortament mitjans com l'àcid clorhídric o sulfúric concentrat en calent sense aliatge, i no s'ha d'utilitzar per sobre d'uns 300-400 graus centígrads a l'aire a causa de l'oxidació i l'absorció d'oxigen.

Aplicacions típiques

Tubs de procés químic per a clorurs, àcids oxidants i licors de lleixiu.

Sistemes de refrigeració d'aigua de mar i aigua contra incendis en vaixells i plataformes offshore.

Bescanviadors de calor i condensadors en generació d'energia i dessalinització.

Plantes de blanqueig de pasta i paper.

Equips de galvanoplastia i acabat de metalls.

Línies farmacèutiques i de processament d'aliments que requereixen una gran puresa.

Preguntes freqüents

Q1. Quina diferència hi ha entre el titani de grau 1 i de grau 2?

Tots dos són comercialment purs. El grau 1 té un contingut d'oxigen intersticial més baix i és més suau i més formable, amb una resistència a la tracció mínima d'uns 240 MPa. El grau 2 té una resistència a la tracció mínima de 345 MPa i és el grau pur comercialment més utilitzat, equilibrant la força, la ductilitat i la resistència a la corrosió.

P2. Per què es requereix argó d'alta-puresa quan es solda titani?

El titani fos i calent absorbeix oxigen, nitrogen i hidrogen molt ràpidament. Aquests elements formen fases dures i trencadisses que s'esquerden sota càrrega. El blindatge amb argó d'una puresa del 99,99% o superior evita la contaminació atmosfèrica de la soldadura i la zona afectada per la calor-.

P3. Es pot utilitzar una canonada soldada de titani de grau 2 a l'aigua de mar?

Sí. El grau 2 és un dels materials més fiables per al servei d'aigua de mar. És resistent a la picadura, la corrosió per esquerdes i l'esquerda per corrosió per estrès a l'aigua de mar natural i s'utilitza àmpliament en intercanviadors de calor d'aigua de mar, canonades i equips marins.

P4. Quina diferència hi ha entre ASTM B861 i B862?

ASTM B861 cobreix tubs de titani i aliatges de titani sense soldadura, mentre que ASTM B862 cobreix canonades soldades. Tots dos comparteixen les mateixes designacions de grau i requisits químics i mecànics per al metall base; la diferència és el procés de fabricació.

P5. El titani de grau 2 és magnètic?

No. El titani i els seus aliatges són essencialment no-magnètics (paramagnètics), cosa que els fa útils en instrumentació, aplicacions mèdiques i marines on s'han d'evitar les interferències magnètiques.

P6. Quin metall d'aportació s'utilitza per soldar tubs de grau 2?

El cable de farciment ERTi-2, classificat sota AWS A5.16, s'utilitza normalment perquè el metall de soldadura coincideixi amb les propietats mecàniques i la resistència a la corrosió del material base de grau 2.