Les spécifications du titane dans l'entretien contre la corrosion en industrie sont publiées par des sociétés industrielles reconnues partout dans le monde. Les plus courantes sont les normes ASTM, ASME, DIN, BS, SIS et JIS. En Amérique du Nord, et dans plusieurs autres parties du monde, les spécifications de produits ASTM, AWS ou ASME énumérées dans le tableau 1 peuvent être utilisées. Des spécifications comparables pour la plupart des formules et grades de composition sont publiées par d'autres organismes consultatifs sur les normes.

Sous chacune des spécifications de produits du tableau 1 on regroupe plusieurs grades qui définissent la composition chimique et les propriétés mécaniques. Les tableaux 2, 3 et 5 énumèrent les grades ASTM les plus couramment utilisés et indiquent lesquels sont acceptés pour la construction selon le Code ASME.

Grades non alliés

Les grades 1, 2 et 3 sont du titane non allié, qu'on appelle dans l'industrie du titane " commercialement pur " ou " CP ". La puissance relative est déterminée principalement par le contenu croissant d'éléments interstitiels, d'oxygène, d'azote, d'hydrogène, de carbone et de fer. Ces éléments sont des impuretés, comme le carbone dans l'acier, mais leur effet est différent. Le métal consiste en une matrice tridimensionnelle d'atomes de titane, avec les éléments interstitiels qui occupent l'espace entre les atomes de titane. Leur présence causent une déformation du réseau, qui accroît la résistance aux dépens de la ductilité.

Le titane non allié de grade 2 est celui qui est le plus utilisé. La composition du grade 2 offre un ratio optimal de puissance et de ductibilité et est souhaitable pour la plupart des utilisations en environnement de corrosion dans l'industrie. Le grade 2 est habituellement demandé pour les constructions solides dans de l'équipement à traitement résistant à la corrosion, y compris les arbres de transmission, l'équipement mécanique, la tuyauterie, les réservoirs, les échangeurs thermiques et les cuves.

Grades de métaux nobles

Plusieurs alliages de titane comportant de petites quantités de métaux nobles ont une importance significative pour l'industrie. Bien que le titane ait une excellente résistance à la corrosion en ce qui a trait à plusieurs milieux corrosifs, il a ses limites en saumure neutre très chaude ainsi que dans des conditions acides ou réductrices comme les fissures. L'ajout d'un métal noble accroît la performance anticorrosion de l'alliage dans ces conditions et allonge la gamme utile de températures de service pour l'entretien en eaux salées et en saumure. La présence d'une petite quantité d'un métal noble n'a pratiquement pas d'effet sur les propriétés mécaniques du matériau, mais a un effet important sur la résistance à la corrosion résultant de sa présence dans la surface de titane qui vient en contact avec le milieu corrosif. On croit que le mécanisme de protection est un petit courant protecteur provenant du palladium ou du ruthénium plus noble qui protège galvaniquement la surface adjacente en titane.

À l'origine, un alliage qui comprend une quantité conservatrice d'environ 0,2 Pd a été mis au point afin de tirer parti de cet effet. La mise au point de l'alliage a été fondée sur des travaux antérieurs qui ont démontré que l'ajout de petites quantités de la plupart des métaux du groupe du platine améliorent la performance anticorrosion du titane. Deux alliages de titane-palladium, le grade 7 (mécaniquement comparable au grade 2) et le grade 11 (comparable au grade 1) ont été largement utilisés dans l'industrie. Toutefois, même la présence d'une petite quantité de palladium augmente énormément le coût de l'alliage, et étant donné que le coût du palladium augmentait, l'industrie a cherché un moyen de réduire le coût de cet important groupe d'alliages. La première étape consistait à réduire le contenu précis de palladium à 0,15 et à le garder près de la limite de spécification la plus basse de 0,12, ce qui a été rendu possible lorsque l'industrie a appris comment mieux contrôler les ajouts d'alliages.

Alliage nickel-molybdène

Le grade 12, Ti 0,8 Ni-0,3 Mo est un important alliage. Il a été mis au point à l'origine pour offrir une plus grande résistance à la corrosion en haute température contre les saumures à un coût plus bas que le grade 7 (alliage Ti-0,2 Pd). Il a été mis au point selon les résultats de tests anticorrosion qui ont démontré que le nickel et le molybdène ont un effet avantageux sur la résistance du titane à la corrosion pour les fissures dans des conditions de saumure. On a découvert des applications supplémentaires au grade 2, là où les tensions les plus élevées permises à des températures élevées selon le code ASME résultent en des coûts d'équipement plus bas. L'approbation récente de l'ASME du grade 12 pour la division 2 offre aux utilisateurs finaux une économie encore plus grande en ce qui a trait aux cuves de pression. Titanium Fabrication Corporation a commandité l'action initiale du Code, a été la première société à construire de l'équipement à partir de cet alliage et a plus d'expérience dans ce domaine que toute autre société.

Alliages aluminium vanadium

Lorsqu'une application exige plus de puissance, les alliages de titane les plus utilisés sont le grade 5 (Ti 6Al-4V) ou le grade 23 à variante interstitielle pauvre (Ti 6Al-4V ELI). Ces bêta-alliages à haute résistance ont à peu près la même résistance à la corrosion que le titane non allié, mais une résistance à la rupture de 120 000 psi ou 110 000 pour la variante ELI. Ils ont une ductilité plus faible, coûtent plus cher et sont plus difficile à usiner et à former que les grades non alliés, bien que la soudabilité soit semblable. Selon les règles de l'art, on précise un ELI grade 23 à interstitiel extra faible là où la dureté et la résistance à la fatigue et à la corrosion sont nécessaires. Ces grades ne sont pas acceptés pour la construction par le code ASME.

Grade résistant à l'ignition (alliage de titanium-niobium)

L'alliage Ti 45 Nb est un grade déposé qui n'a pas encore de désignation ASTM. Il a été mise au point pour fournir au titane une résistance à la corrosion en acides minéraux inhibés tout en minimisant les possibilités d'ignition en environnements d'oxygène pur. Ce grade trouve sa place en hydrométallurgie sous pression pour la lixiviation de sulfure de métaux précieux et de minerais réfractaires, Relativement aux grades non alliés, il est relativement cher, sensiblement comparable au grade 7, mais utilisé sélectivement lorsque ses propriétés uniques de résistance à l'ignition sont nécessaires peuvent solutionner un sérieux problème d'utilisation.

Nitinol - le métal qui a une mémoire

Un autre grade intéressant qu'on oublie quelquefois est l'alliage de titane à 55 % et de nickel à 45 % qui a des propriétés de mémoire de forme uniques. Cet alliage peut être formé selon la forme désirée et selon un traitement thermique précis. S'il est ensuite formé pour adopter une forme différence, par exemple pour l'emballage ou pour permettre de l'insérer dans un espace restreint et qu'on le chauffe à une température précise, le métal reprend sa forme originale. Une des premières utilisations a été une antenne filaire pour un vaisseau spatial, où un courant électrique a été utilisé pour chauffer à nouveau le câble pour l'agrandir et former une large boucle. Les propriétés de l'alliage sont souvent démontrées en pliant un bout de câble, puis en l'immergeant dans une tasse de café chaud, le forçant ainsi à reprendre sa forme rectiligne originale.

Alliages pour l'aérospatiale

Il est à noter que l'industrie du titane est issue d'une base aérospatiale pour laquelle elle a mis au point plusieurs alliages à haute résistance, dont certains sont aptes au traitement thermique, pour utilisation dans les moteurs et les cellules d'avion. Ces alliages sont généralement plus difficiles à fabriquer, requièrent un concept plus élaboré et des tests non destructifs et n'ont souvent pas la résistance à la corrosion des grades plus simples habituellement utilisés dans le secteur industriel. Ces alliages sont également de 1 1/2 à 2 fois plus chef que les grades industriels, en raison des exigences de fabrication strictes de l'industrie aérospatiale.

Références

1.       “Effects of Metal Chemistry on Behavior of Titanium in Industrial Applications”, Forrest, A. L., Industrial Applications of Titanium and Zirconium, ASTM STP 728, E. W. Kleefisch, éditeur. ASTM 1980.