Titanium¶

Samenvatting¶

Titanium is een uitzonderlijk sterk, licht en corrosiebestendig metaal dat wordt toegepast in omgevingen waar zelfs hoogwaardige roestvaststaalsoorten of nikkellegeringen tekortschieten. Dankzij de natuurlijke oxidelaag is titanium bestand tegen veel agressieve chemicaliën, zeewater en chloridehoudende omgevingen.

Binnen de procesindustrie worden vooral Titanium Grade 2 en Titanium Grade 7 gebruikt. Grade 2 is de meest toegepaste kwaliteit vanwege de goede combinatie van sterkte, vervormbaarheid en corrosiebestendigheid. Grade 7 bevat een kleine hoeveelheid palladium (Pd), waardoor het nog beter bestand is tegen sterk reducerende zuren.

Titanium is aanzienlijk duurder dan staal en moeilijker te bewerken. Daarom wordt het alleen toegepast wanneer de unieke eigenschappen technisch noodzakelijk zijn.

Theorie¶

Wat is titanium?¶

Titanium is een chemisch element met het symbool Ti.

Het behoort niet tot de staalsoorten, maar vormt een eigen groep constructiematerialen.

Titanium staat bekend om zijn bijzondere combinatie van:

hoge sterkte;
laag gewicht;
uitstekende corrosiebestendigheid;
goede vermoeiingssterkte;
biocompatibiliteit.

Hierdoor wordt het niet alleen in de procesindustrie gebruikt, maar ook in de luchtvaart, medische implantaten en de maritieme sector.

Waarom is titanium zo corrosiebestendig?¶

Net als roestvast staal vormt titanium vanzelf een zeer dunne beschermende oxidelaag.

Deze laag bestaat uit titaandioxide (TiO₂).

Wanneer de laag licht beschadigd raakt, herstelt zij zich vrijwel direct zodra het materiaal weer met zuurstof in aanraking komt.

Hierdoor is titanium uitstekend bestand tegen:

zeewater;
chloriden;
vocht;
veel organische zuren;
veel oxidatiemiddelen.

Titanium Grade 2¶

Grade 2 is de meest gebruikte industriële titaniumkwaliteit.

Eigenschappen:

uitstekende corrosiebestendigheid;
goede lasbaarheid;
goede vervormbaarheid;
relatief hoge sterkte;
lage dichtheid.

Grade 2 wordt toegepast in onder andere:

warmtewisselaars;
procesleidingen;
tanks;
reactoren;
menginstallaties.

Titanium Grade 7¶

Grade 7 lijkt sterk op Grade 2, maar bevat een kleine hoeveelheid palladium.

Deze toevoeging verhoogt de weerstand tegen:

reducerende zuren;
spleetcorrosie;
putcorrosie onder specifieke omstandigheden.

Hierdoor wordt Grade 7 toegepast in zeer corrosieve chemische processen waar Grade 2 onvoldoende bescherming biedt.

Belangrijkste eigenschappen¶

Zeer hoge corrosiebestendigheid¶

Titanium behoort tot de meest corrosiebestendige constructiematerialen.

Het is bijzonder geschikt voor:

zeewater;
chloridehoudende oplossingen;
nat chloor;
veel chemische processen.

Lage dichtheid¶

Titanium is ongeveer 45% lichter dan staal.

Toch bezit het een hoge mechanische sterkte.

Hierdoor ontstaat een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding.

Voor bewegende onderdelen kan dit een belangrijk voordeel zijn.

Hoge vermoeiingssterkte¶

Titanium is goed bestand tegen wisselende belastingen.

Dit maakt het geschikt voor toepassingen waarbij langdurig dynamische krachten optreden.

Biocompatibiliteit¶

Titanium reageert nauwelijks met het menselijk lichaam.

Daarom wordt het ook gebruikt voor:

implantaten;
prothesen;
chirurgische instrumenten.

Hoewel dit voor Jongia meestal minder relevant is, laat het wel zien hoe inert het materiaal is.

Titanium versus RVS 316L¶

Eigenschap	RVS 316L	Titanium Grade 2
Corrosiebestendigheid	Zeer goed	Uitstekend
Gewicht	Hoog	Veel lager
Sterkte-gewichtsverhouding	Goed	Uitstekend
Bestand tegen zeewater	Beperkt	Uitstekend
Kosten	Lager	Veel hoger

Voor veel industriële toepassingen is 316L voldoende. Titanium wordt gekozen wanneer de procesomstandigheden uitzonderlijk zwaar zijn.

Titanium versus Hastelloy¶

Titanium en Hastelloy worden beide toegepast in corrosieve omgevingen, maar ze zijn niet uitwisselbaar.

In grote lijnen geldt:

Titanium presteert uitstekend in zeewater en chloridehoudende media.
Hastelloy is vaak beter geschikt voor sterk reducerende of zeer agressieve chemische zuren.

De keuze hangt altijd af van de chemische samenstelling van het procesmedium.

Lassen van titanium¶

Titanium is goed lasbaar, maar het lasproces is zeer kritisch.

Bij hoge temperaturen reageert titanium gemakkelijk met:

zuurstof;
stikstof;
waterstof.

Hierdoor kan het materiaal bros worden.

Daarom moet tijdens het lassen het volledige smeltbad én het afkoelende materiaal zorgvuldig worden beschermd met inert gas, meestal argon.

Vaak wordt ook de achterzijde van de las beschermd (back purging).

Bewerken van titanium¶

Titanium is moeilijker te verspanen dan staal.

Belangrijke aandachtspunten zijn:

lage warmtegeleiding;
hoge snijkrachten;
snelle gereedschapsslijtage;
kans op warmteopbouw.

Daarom worden vaak:

scherpe gereedschappen;
lage snijsnelheden;
krachtige koeling;

toegepast.

Nadelen van titanium¶

Ondanks de uitstekende eigenschappen kent titanium ook beperkingen.

Belangrijkste nadelen:

hoge materiaalkosten;
moeilijke bewerking;
kritische lasprocedures;
beperkte beschikbaarheid ten opzichte van standaard RVS.

Daarom wordt titanium alleen gekozen wanneer de voordelen opwegen tegen de hogere kosten.

Praktijk bij Jongia¶

Hoewel RVS 316L voor veel installaties van Jongia de standaard is, zijn er toepassingen waarin titanium noodzakelijk is. Denk aan processen met hoge chlorideconcentraties, zeewater of specifieke agressieve chemicaliën waarbij zelfs Duplex of Hastelloy niet de optimale keuze zijn.

In dergelijke projecten wordt al tijdens de engineeringfase een uitgebreide materiaalanalyse uitgevoerd. Daarbij worden onder andere de chemische samenstelling van het medium, de temperatuur, de druk en de gewenste levensduur van de installatie beoordeeld.

Omdat titanium duur is en specialistische kennis vraagt tijdens productie en lassen, wordt het alleen toegepast wanneer de technische voordelen duidelijk opwegen tegen de extra kosten.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat titanium onverwoestbaar is. Hoewel de corrosiebestendigheid uitzonderlijk hoog is, is ook titanium niet bestand tegen alle chemische stoffen.
Grade 2 en Grade 7 als hetzelfde materiaal zien. De toevoeging van palladium aan Grade 7 zorgt voor een betere weerstand tegen bepaalde corrosieve omstandigheden.
Titanium automatisch kiezen omdat het 'het beste' materiaal zou zijn. Voor veel toepassingen is RVS 316L of Duplex technisch voldoende en economisch aantrekkelijker.
De complexiteit van het lassen onderschatten. Titanium moet tijdens het lassen volledig worden beschermd tegen zuurstof, stikstof en waterstof om kwaliteitsverlies te voorkomen.
Alleen naar corrosiebestendigheid kijken. Bij de materiaalkeuze spelen ook kosten, bewerkbaarheid, beschikbaarheid, onderhoud en levensduur een belangrijke rol.