Resistenza alla corrosione del titanio in acqua e acqua di mare
Industrie del titanio : Sep. 24, 2025Perché i metalli convenzionali si guastano così rapidamente?
Le centrali elettriche costiere e i sistemi di desalinizzazione subiscono in genere arresti ogni 5-7 anni a causa della corrosione dell'acciaio inossidabile 316L o delle leghe Cu-Ni. I costi di manutenzione possono raggiungere il 25% dell'investimento iniziale. Il titanio, immune all'acqua di mare al di sotto dei 260 °C, è la chiave per ridurre al minimo i tempi di fermo e la manutenzione.
In che modo il titanio si "autoguarisce"?
Quando il titanio entra in contatto con l'ossigeno nell'acqua, forma istantaneamente un film passivo di TiO₂ spesso 2-5 nm in meno di 10⁻⁴ secondi. Anche se graffiato, il film si ripara immediatamente.
All'aumentare della temperatura, il film di ossido si addensa, raggiungendo ~20 nm a 250 °C, mantenendo la sua struttura densa e l'eccellente resistenza al cloro.
Il titanio commercialmente puro (Gramma 2) ha una soglia di resistenza alla vaiolatura di ~82 °C; il titanio legato al palladio (Grammatura 7) lo aumenta a ~150 °C.
Al contrario, i film di Cr₂O₃ o Al₂O₃ sull'acciaio inossidabile tendono a rompersi in condizioni di SCE a 300 mV, mentre il TiO₂ rimane stabile e intatto. Anche dopo i graffi, il titanio "ricresce" il suo strato protettivo in acqua, resistendo continuamente alla corrosione.
Prestazioni sperimentali e sul campo in sistemi acqua/acqua di mare
In ambienti di corrosione dell'acqua di mare, l'applicazione di materiali in titanio deve rispettare rigorosamente i più recenti standard internazionali per garantire l'affidabilità e la sicurezza dei materiali.
| Ambiente applicativo | Grado | Temperatura / Portata | Tasso di corrosione (mm/a) | Prestazioni sul campo |
|---|---|---|---|---|
| Vapore saturo / Condensa | Gramma 2 | 315 °C | < 0.001 | Zero corrosione in 2 anni |
| Acqua di mare circolante | Gramma 2 | 260 °C | < 0.0001 | Nessuna sostituzione in 16 anni |
| Acqua di mare ad alto contenuto di cloruro (70-150 ppm Cl⁻) | Grammatura 7 | 150 °C | < 0.002 | Integro dopo 5 anni |
| Test di erosione ad alta velocità | Gramma 2 | 36,6 m/s | < 0.005 | Usura minore dopo 18 mesi |
| Corrosione microbica SRB | Gramma 2 | Statico · 35 °C | Nessuno | Verificato da oltre 12 mesi |
Fattori ambientali chiave che influenzano la resistenza alla corrosione del titanio
Gramma 2 mantiene la quasi immunità fino a 82 °C. I gradi in lega di palladio (Grammatura 7, Gr 11) aumentano la resistenza alla vaiolatura fino a ~150 °C.
In ambienti ad alto Cl⁻ e ad alta temperatura, si consiglia Tazza 12, conforme alla norma NACE MR0175.
Il titanio resiste alla bioincrostazione a velocità di flusso di 2-3 m/s e resiste all'erosione fino a 36 m/s.
Il film passivo di TiO₂ rimane stabile a pH compreso tra 1 e 12. L'ossigeno disciolto deve essere ≥ 1 ppm per evitare errori di passivazione.
Confronto delle prestazioni dell'acqua di mare: titanio vs metalli comuni (25 °C)
| Parametro | Ti gr 2 | 316L SS | Cu-Ni 90/10 | Alluminio Ottone |
|---|---|---|---|---|
| Corrosione uniforme (mm/a) | < 0.0001 | 0.02–0.05 | 0.002 | 0.02 |
| Soglia di vaiolatura (°C) | 82 | 25–30 | 30 | 25 |
| Rischio di corrosione microbica | Nessuno | Medio-Alto | Medio | Alto |
| Velocità del flusso sicura (m/s) | ≥ 30 | 6–9 | 4 | 4 |
| Sostituzione del tubo in 20 anni | 0 | 1–2 | 1 | 1 |
Quale grado di titanio per quale qualità dell'acqua?
La scelta del materiale deve essere basata sul livello di cloruro, sulla temperatura e sul rischio di corrosione. Utilizzare la tabella seguente come guida.
| Qualità dell'acqua | Scenario applicativo | Grado consigliato | Note |
|---|---|---|---|
| Fiume/Comunale (<100 ppm) | Scambiatori di telecalore, condensatori | Gramma 2 | Basso costo, piena immunità alla corrosione |
| Acqua di mare tipica (35–70 ppm Cl⁻) | Ingressi RO, sistemi di raffreddamento delle navi | Gramma 2 | Resiste fino a 260 °C, immune all'SCC |
| Acqua di mare ad alto contenuto di cloruri (70-150 ppm) | Evaporatori MED/MSF, acqua prodotta | Grammatura 7 | Lega di Pd per corrosione interstiziale fino a 150 °C |
| Acqua di mare contenente H₂S | Condotte sottomarine, condutture antincendio, FPSO | Tazza 12 | Certificato da NACE MR0175, fino a 120 °C |
| Alta resistenza + pressione | Pompe, bulloni sottomarini, condensatori a turbina | Gr 5 / Gramma 23 | Elevata resistenza per condizioni difficili |
Standard di corrosione dell'acqua di mare per il titanio
In ambienti di corrosione dell'acqua di mare, l'applicazione di materiali in titanio deve rispettare rigorosamente i più recenti standard internazionali per garantire l'affidabilità e la sicurezza dei materiali.
- La norma ISO 21457:2022 raccomanda il Pd-Ti per condizioni ≤120 °C, Cl⁻ ≤100 ppm.
- La NACE MR0175:2024 consente Tazza 12 per acqua di mare acida fino a 120 °C.
- ASTM B338-24 aggiunge specifiche per tubi Gramma 23 a pareti spesse.
- DNV RP-F112 (bozza 2025) richiede la verifica dell'erosione per un flusso di acqua di mare di ≥35 m/s e una durata di progetto di 40 anni.
Caso di studio sul campo: Impianto di desalinizzazione di Ras Al Khair, Arabia Saudita
Commissionato nel 2014, questo impianto SWRO da 1,036 milioni di m³/giorno ha utilizzato ~6000 tonnellate di titanio Gramma 2 + Grammatura 7. Funzionamento a 110 °C, Cl⁻ 67-90 ppm per 11+ anni senza manutenzione o sostituzione, risparmiando oltre 85 milioni di dollari fino ad oggi.
Domande frequenti (FAQ)
D: Il titanio non si corrode davvero nell'acqua di mare?
R: Con il giusto grado (ad esempio, Gramma 2 o Grammatura 7), il titanio mostra una resistenza alla corrosione estremamente elevata sotto ≤90 ppm Cl⁻ e ≤260 °C. Le tariffe misurate sono < 0.0001 mm/y.
D: Quando è necessario il titanio legato al Pd?
R: Negli evaporatori o negli scambiatori di calore in cui Cl⁻ >100 ppm o temperatura >100 °C, si consiglia Grammatura 7 (con Pd) per prevenire la corrosione interstiziale.
D: Perché il titanio vale il costo rispetto al 316L?
R: Sebbene i costi iniziali siano superiori del 2-3×, il titanio dura in genere 20+ anni senza sostituzione, riducendo il costo totale del ciclo di vita del 20-30%.
D: Il titanio può essere saldato? Può essere unito all'acciaio inossidabile?
A: Il titanio può essere saldato a TIG. Non può essere saldato direttamente all'acciaio inossidabile e richiede giunti di transizione antiesplosione.
D: Quali certificazioni potete fornire?
R: Chalco offre ISO 9001, AS9100, EN 10204 3.1/3.2, SGS, TÜV e altro ancora.
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