In Grade 2 titanium, inclusions-primarily Ti₂Fe particles-act as pitting initiation sites. ASTM E45 classifies inclusions by type: Type A (sulfides, rare in titanium), Type B (aluminates), Type C (silicates), and Type D (globular oxides). In titanium, iron-rich inclusions (Type D) are most common and most detrimental. Higher inclusion content correlates directly with higher pitting density in bromine solutions at 50°C. A severe inclusion rating (E45 rating >2) da como resultado una densidad de picaduras de 5 a 10 veces mayor que la de un material limpio (clasificación E45<1). The correlation follows a power law, with pitting density approximately proportional to the inclusion density raised to the 0.7 power.

El mecanismo de inclusión-picaduras inducidas en soluciones de bromo

En bromo (Br₂) al 0,5% a 50 grados, la solución es oxidante pero no fuertemente pasivante. Las partículas catódicas de Ti₂Fe crean células galvánicas con la matriz de titanio circundante. La matriz de titanio se convierte en el ánodo y se disuelve localmente en la interfaz de la matriz de partículas-. Una vez que se inicia una picadura, el bromo (un oxidante fuerte) impulsa una rápida propagación. La profundidad del pozo aumenta linealmente con el tiempo. Las inclusiones mayores de 2 µm son particularmente perjudiciales porque crean pares galvánicos más grandes. Las inclusiones agrupadas crean zonas de corrosión superpuestas, formando hoyos más grandes.

Densidad cuantitativa de picaduras como función de la calificación de inclusión

Las pruebas controladas en Br₂ al 0,5 % a 50 grados durante 500 horas han establecido las siguientes densidades de picaduras para tubos de titanio Grado 2 con diversas clasificaciones de inclusión ASTM E45. Para un índice de inclusión inferior a 0,5 (muy limpio, refundido con arco al vacío), la densidad de las partículas de Ti₂Fe es inferior a 50 partículas por mm², la densidad de picaduras es de 5 a 20 picaduras por cm² y la profundidad máxima de las picaduras es de 20 a 50 µm. Para una clasificación de 0,5 a 1,0 (limpio), la densidad de partículas es de 50 a 150 por mm², la densidad de picaduras es de 20 a 60 picaduras por cm² y la profundidad de las picaduras es de 40 a 100 µm. Para una clasificación de 1,0 a 1,5 (moderada), la densidad de partículas es de 150 a 300 por mm², la densidad de picaduras es de 50 a 150 picaduras por cm² y la profundidad de las picaduras es de 80 a 180 µm. Para una clasificación de 1,5 a 2,0 (moderada a pesada), la densidad de partículas es de 300 a 600 por mm², la densidad de picaduras es de 100 a 300 picaduras por cm² y la profundidad de las picaduras es de 120 a 250 µm. Para una clasificación superior a 2,0 (pesada), la densidad de partículas supera las 600 por mm², la densidad de picaduras es de 200 a 500 picaduras por cm² y la profundidad de las picaduras es de 200 a 400 µm.

Tipo de inclusión y gravedad de las picaduras

Los diferentes tipos de inclusión tienen diferente gravedad de las picaduras. Las inclusiones de tipo A (sulfuros) son muy raras en el titanio y tienen una gravedad baja de las picaduras (gravedad relativa 0,2). El tipo B (aluminatos) también es raro y tiene una gravedad baja (0,3). El tipo C (silicatos) ocurre ocasionalmente por la contaminación del crisol y tiene una gravedad moderada (0,6). El tipo D (óxidos globulares, principalmente Ti₂Fe) es común en el titanio de grado 2 y tiene una gravedad alta (1,0). La densidad total de picaduras es aproximadamente la suma de las contribuciones de cada tipo de inclusión ponderadas por su factor de severidad.

Guía de control de inclusión para el servicio de bromo

La siguiente tabla proporciona las clasificaciones de inclusión y densidades de partículas máximas permitidas por ASTM E45 para tubos calentadores de titanio de grado 2 en 0,5 % de bromo a 50 grados, según la densidad de picaduras y la vida útil deseadas.

Ingeniería más allá del control de la inclusión

El grado de titanio afecta el comportamiento de las picaduras. El grado 7 (paladio-estabilizado) tiene un contenido de inclusiones similar al grado 2, pero el paladio modifica el comportamiento galvánico, reduciendo la densidad de picaduras entre un 50% y un 70% para la misma distribución de inclusiones. El grado 1 tiene un menor contenido de hierro (0,08% máximo) e inherentemente menos inclusiones de Ti₂Fe. El espesor de la pared proporciona un margen de penetración en fosas; A una pared de 2,0 mm con hoyos de 100 µm le queda el 95% de su pared. El acabado de la superficie del tubo afecta la iniciación de la picadura; El electropulido elimina una capa superficial delgada, exponiendo menos inclusiones. El recocido con hidrógeno a 700 grados puede convertir las partículas de Ti₂Fe en esferoides, reduciendo su relación de aspecto y la gravedad de las picaduras.

Hacer una especificación informada

Para un tubo calentador de titanio con 0,5 % de bromo a 50 grados, especifique una clasificación de inclusión ASTM E45 inferior a 1,0 (limpio). Requiere material refundido por arco de doble vacío (VAR) para lograr un bajo contenido de inclusión. Solicite un examen metalográfico de una muestra representativa con un aumento de 500×, con certificación de que la densidad de las partículas de Ti₂Fe es inferior a 150 partículas por mm² y que ninguna partícula supera los 5 µm de diámetro. Para aplicaciones críticas, especifique titanio Grado 1 o titanio Grado 7. Durante la inspección entrante, realice una prueba rápida de picaduras sumergiendo una muestra de muestra en Br₂ al 0,5% a 50 grados durante 168 horas y examínela con un aumento de 50×; rechazar el lote si la densidad de picaduras excede 50 picaduras por cm². Al controlar el contenido de inclusión como parámetro de calidad, el ingeniero minimiza la densidad de picaduras en el servicio de bromo.