Selezione e confronto del grado di titanio per tubi per riscaldamento elettrico: TA1, TA2 e leghe di titanio

I materiali in titanio non sono di un unico grado. In base alla differenza di contenuto di impurità e di elementi di lega, il titanio può essere suddiviso in titanio puro industriale e varie leghe di titanio, con diverse proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e prestazioni di lavorazione. Per i tubi riscaldanti in titanio, i gradi più comunemente utilizzati sono il titanio puro industriale TA1 e TA2 e in alcune occasioni speciali vengono utilizzate leghe di titanio come TC4. Comprendere le differenze prestazionali dei diversi gradi di titanio aiuta a selezionare il materiale più adatto in base alle condizioni di lavoro effettive.

Il titanio puro industriale è la categoria più utilizzata per il riscaldamento dei tubi. In base al contenuto di elementi impuri come ferro, ossigeno e azoto, il titanio puro industriale è suddiviso in diversi gradi. Gli standard nazionali TA1 e TA2 corrispondono rispettivamente al Grado 1 e al Grado 2 internazionali. Più basso è il numero di grado, maggiore è la purezza, migliore è la plasticità e la resistenza alla corrosione, ma minore è la resistenza. TA1 (Grado 1) ha la massima purezza, la migliore duttilità e prestazioni di stampaggio ed è facile da piegare e modellare. È adatto al riscaldamento di tubi con forme complesse e numerosi processi di piegatura. La sua resistenza alla corrosione è anche la migliore tra i titanio puro industriale, ma la sua resistenza è relativamente bassa.

TA2 (Grado 2) è il grado più comunemente utilizzato per i tubi riscaldanti in titanio ed è anche il punto di equilibrio tra prestazioni complete. Rispetto a TA1, TA2 ha un contenuto di impurità leggermente superiore, resistenza e durezza più elevate e può sopportare pressioni e flussi di lavaggio più elevati. La resistenza alla corrosione è leggermente inferiore a TA1, ma la differenza è molto piccola nella maggior parte degli ambienti corrosivi, il che è completamente sufficiente per le applicazioni chimiche e con acqua di mare convenzionali. Grazie alla sua forza equilibrata, resistenza alla corrosione e costo, TA2 è diventato il materiale preferito per la maggior parte dei tubi di riscaldamento e di scambio termico in titanio.

Le leghe di titanio come TC4 (Ti-6Al-4V, grado 5) vengono utilizzate raramente nei tubi di riscaldamento convenzionali. TC4 è una lega di titanio di tipo +, con una resistenza quasi doppia rispetto a quella del titanio puro e può sopportare pressioni e carichi meccanici più elevati. Tuttavia, la resistenza alla corrosione del TC4 è leggermente inferiore a quella del titanio puro industriale in alcuni mezzi, inoltre il processo di saldatura è più difficile e il costo è più elevato. I tubi riscaldanti in lega di titanio vengono solitamente utilizzati solo in occasioni speciali con requisiti di alta pressione ed elevata resistenza, come apparecchiature per acque profonde e sistemi di scambio di calore ad alta pressione.

In termini di resistenza alla corrosione, il titanio puro industriale è generalmente migliore delle leghe di titanio nella maggior parte degli ambienti chimici. L'aggiunta di elementi di lega migliora la resistenza ma può ridurre la stabilità del film passivo in alcuni mezzi specifici. Nell'acqua di mare, nell'acido nitrico diluito, nell'acido cromico e in altri mezzi, TA1 e TA2 hanno quasi le stesse eccellenti prestazioni; negli acidi riducenti come l'acido cloridrico e l'acido solforico, il TA1 ad alta-purezza ha prestazioni leggermente migliori. Per ambienti con forte corrosione, si consiglia di utilizzare prima TA1 per ottenere la migliore resistenza alla corrosione.

In termini di lavorazione e produzione, TA1 ha una buona plasticità ed è facile da piegare, espandere e saldare; TA2 ha una plasticità moderata e può soddisfare anche le esigenze di lavorazione dei tubi riscaldanti convenzionali; La lega di titanio TC4 ha scarsa plasticità a temperatura ambiente, richiede una lavorazione a caldo e anche i requisiti del processo di saldatura sono più elevati.

Tabella 2 Confronto delle prestazioni dei comuni gradi di titanio per tubi riscaldanti

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Una selezione ragionevole dei gradi di titanio in base alle condizioni di lavoro effettive può raggiungere il miglior equilibrio tra prestazioni e costi per i tubi riscaldanti in titanio.