Resistencia a la corrosión del titanio en agua y agua de mar
Industrias del titanio : Sep. 24, 2025¿Por qué los metales convencionales fallan tan rápidamente?
Las centrales eléctricas costeras y los sistemas de desalinización suelen experimentar paradas cada 5 a 7 años debido a la corrosión del acero inoxidable 316L o las aleaciones de Cu-Ni. Los costes de mantenimiento pueden alcanzar el 25% de la inversión inicial. El titanio, inmune al agua de mar por debajo de 260 °C, es la clave para minimizar el tiempo de inactividad y el mantenimiento.
¿Cómo se "autocura" el titanio?
Cuando el titanio entra en contacto con el oxígeno en el agua, forma instantáneamente una película pasiva de TiO₂ de 2 a 5 nm de espesor en menos de 10⁻⁴ segundos. Incluso cuando se raya, la película se repara automáticamente.
A medida que aumenta la temperatura, la película de óxido se espesa, alcanzando ~20 nm a 250 °C, manteniendo su estructura densa y su excelente resistencia al cloro.
El titanio comercialmente puro (Gr 2) tiene un umbral de resistencia a las picaduras de ~82 °C; titanio aleado con paladio (Gr 7) aumenta esto a ~ 150 ° C.
Por el contrario, las películas de Cr₂O₃ o Al₂O₃ en acero inoxidable tienden a romperse en condiciones de SCE de 300 mV, mientras que el TiO₂ permanece estable e intacto. Incluso después de los arañazos, el titanio "vuelve a crecer" su capa protectora en el agua, resistiendo continuamente la corrosión.
Rendimiento experimental y de campo en sistemas de agua / agua de mar
En entornos de corrosión del agua de mar, la aplicación de materiales de titanio debe cumplir estrictamente con los últimos estándares internacionales para garantizar la confiabilidad y seguridad del material.
| Entorno de aplicación | Grado | Temperatura / Caudal | Tasa de corrosión (mm/a) | Rendimiento de campo |
|---|---|---|---|---|
| Vapor saturado / condensado | Gr 2 | 315 °C | < 0.001 | Cero corrosión en 2 años |
| Circulación de agua de mar | Gr 2 | 260 °C | < 0.0001 | Sin reemplazo en 16 años |
| Agua de mar con alto contenido de cloruro (70-150 ppm Cl⁻) | Gr 7 | 150 °C | < 0.002 | Intacto después de 5 años |
| Prueba de erosión a alta velocidad | Gr 2 | 36,6 m/s | < 0.005 | Desgaste menor después de 18 meses |
| Corrosión microbiana SRB | Gr 2 | Estático · 35 °C | Ninguno | Verificado durante 12 meses |
Factores ambientales clave que afectan la resistencia a la corrosión del titanio
Gr 2 conserva casi inmunidad hasta 82 °C. Los grados de aleación de paladio (Gr 7, Gr 11) aumentan la resistencia a las picaduras hasta ~150 °C.
En configuraciones altas de Cl⁻ y alta temperatura, se recomienda Gr 12, que cumple con NACE MR0175.
El titanio resiste la bioincrustación en velocidades de flujo de 2 a 3 m / s y soporta la erosión de hasta 36 m / s.
La película pasiva de TiO₂ permanece estable a través de pH 1-12. El oxígeno disuelto debe ≥ 1 ppm para evitar fallas de pasivación.
Comparación del rendimiento del agua de mar: titanio frente a metales comunes (25 °C)
| Parámetro | Ti Gr 2 | 316L SS | Cu-Ni 90/10 | Latón de aluminio |
|---|---|---|---|---|
| Corrosión uniforme (mm/a) | < 0.0001 | 0.02–0.05 | 0.002 | 0.02 |
| Umbral de picadura (°C) | 82 | 25–30 | 30 | 25 |
| Riesgo de corrosión microbiana | Ninguno | Medio-Alto | Medio | Alto |
| Velocidad de flujo segura (m/s) | ≥ 30 | 6–9 | 4 | 4 |
| Reemplazo de tubo en 20 años | 0 | 1–2 | 1 | 1 |
¿Qué grado de titanio para qué calidad de agua?
La elección del material debe basarse en el nivel de cloruro, la temperatura y el riesgo de corrosión. Utilice la siguiente tabla como guía.
| Calidad del agua | Escenario de aplicación | Grado recomendado | Notas |
|---|---|---|---|
| Río/Municipal (<100 ppm) | Intercambiadores de calor urbanos, condensadores | Gr 2 | Bajo costo, inmunidad total a la corrosión |
| Agua de mar típica (35-70 ppm Cl⁻) | Entradas de ósmosis inversa, sistemas de refrigeración de barcos | Gr 2 | Soporta hasta 260 °C, inmune al SCC |
| Agua de mar con alto contenido de cloruro (70-150 ppm) | Evaporadores MED/MSF de agua producida | Gr 7 | Aleación de Pd para corrosión por grietas hasta 150 °C |
| Agua de mar que contiene H₂S | Tuberías submarinas, tuberías contra incendios, FPSO | Gr 12 | Certificado por NACE MR0175, hasta 120 °C |
| Alta resistencia + presión | Bombas, pernos submarinos, condensadores de turbina | Gr 5 / Gr 23 | Alta resistencia para condiciones adversas |
Normas de corrosión del agua de mar para titanio
En entornos de corrosión del agua de mar, la aplicación de materiales de titanio debe cumplir estrictamente con los últimos estándares internacionales para garantizar la confiabilidad y seguridad del material.
- La norma ISO 21457:2022 recomienda Pd-Ti para condiciones ≤120 °C, Cl⁻ ≤100 ppm.
- La NACE MR0175:2024 permite Gr 12 para agua de mar ácida hasta 120 °C.
- ASTM B338-24 agrega especificaciones para tubos Gr 23 de paredes gruesas.
- DNV RP-F112 (borrador 2025) requiere verificación de erosión para un flujo de agua de mar de ≥35 m / s y una vida útil de diseño de 40 años.
Estudio de caso de campo: Planta desalinizadora de Ras Al Khair, Arabia Saudita
Puesta en marcha en 2014, esta planta SWRO de 1.036 millones de m³/día utilizó ~6000 toneladas de titanio Gr 2 + Gr 7. Operando a 110 °C, Cl⁻ 67–90 ppm durante 11+ años sin mantenimiento ni reemplazo, ahorrando más de $85 millones de dólares hasta la fecha.
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿El titanio realmente no se corroe en el agua de mar?
R: Con el grado correcto (por ejemplo, Gr 2 o Gr 7), el titanio exhibe una resistencia a la corrosión extremadamente alta por debajo de ≤90 ppm Cl⁻ y ≤260 °C. Las tasas medidas son < 0.0001 mm/y.
P: ¿Cuándo es necesario el titanio aleado con Pd?
R: En evaporadores o intercambiadores de calor donde Cl⁻ >100 ppm o temperatura >100 °C, se recomienda Gr 7 (con Pd) para evitar la corrosión por grietas.
P: ¿Por qué vale la pena el costo del titanio en comparación con el 316L?
R: Aunque los costos iniciales son 2-3× más altos, el titanio generalmente dura 20+ años sin reemplazo, lo que reduce el costo total del ciclo de vida en un 20-30%.
P: ¿Se puede soldar el titanio? ¿Se puede unir al acero inoxidable?
R: El titanio se puede soldar con TIG. No se puede soldar directamente al acero inoxidable y requiere juntas de transición unidas por explosión.
P: ¿Qué certificaciones pueden proporcionar?
R: Chalco ofrece ISO 9001, AS9100, EN 10204 3.1/3.2, SGS, TÜV y más.
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