Le titane Grade 2 est du titane commercialement pur (non allié), UNS R50400, Werkstoffnummer 3.7035. ASTM B265 et B348 fixent une résistance à la traction minimale de 345 MPa (50 ksi) avec un allongement minimal de 20 pour cent. C'est la plus utilisée des quatre nuances commercialement pures, offrant une résistance de service et une résistance à la corrosion dans l'eau de mer tout en restant apte au formage et au soudage.
Composition chimique du titane Grade 2
Ces limites sont identiques dans ASTM B265 (bande, tôle, plaque) et ASTM B348 (barre et billette). Chaque valeur est un maximum, et le titane n'est jamais analysé directement : les normes le déterminent par différence. L'oxygène distingue les nuances commercialement pures, donc 0,25 pour cent est la valeur déterminante.
| Élément | Limite, pourcentage en poids | Rôle |
|---|---|---|
| Azote (N) | 0.03 max | Réduit la ductilité |
| Carbone (C) | 0.08 max | Limite l'aptitude au formage |
| Hydrogène (H) | 0.015 max | Contrôle de la fragilisation |
| Fer (Fe) | 0.30 max | Stabilisateur bêta |
| Oxygène (O) | 0.25 max | Détermine la résistance de la nuance CP |
| Résidus, chacun | 0.10 max | Non intentionnel |
| Résidus, total | 0.40 max | Non intentionnel |
| Titane (Ti) | Solde | Par différence |
Norme citée : ASTM B348 Tableau 1 et B265 Tableau 2, publiés dans ASME SB-348 et SB-265. L'hydrogène est indiqué sur le produit fini, et non sur le lingot, et une limite plus stricte que 0,015 pour cent peut être négociée avec l'usine.
Propriétés mécaniques du titane Grade 2
Grade 2 présente une plage spécifiée de limite d'élasticité plutôt qu'un seuil minimal, et uniquement pour les produits plats. ASTM B265 impose un maximum à chaque nuance commercialement pure, ASTM B348 ne le fait pas. ASTM B265 fixe la limite d'élasticité à 0,2 pour cent de décalage à 275 à 450 MPa (40 à 65 ksi), une limite supérieure que le certificat matière de l'usine doit respecter. ASTM B348 pour les barres et billettes conserve le minimum de 275 MPa, ne publie aucun maximum et ajoute une réduction minimale de section de 30 pour cent que B265 n'exige pas. La longueur entre repères diffère également : 2 in. (50 mm) dans B265, 4D dans B348.
| Propriété | ASTM B265 (bande, tôle, plaque) | ASTM B348 (barre, billette) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction, min | 345 MPa / 50 ksi | 345 MPa / 50 ksi |
| Limite d'élasticité, décalage à 0,2% | 275 à 450 MPa / 40 à 65 ksi (plage) | 275 MPa / 40 ksi min (sans maximum) |
| Allongement, min. | 20% dans 2 in. (50 mm) | 20% dans 4D |
| Réduction de section, min | Non spécifié | 30% |
| Essai de pliage, rayon de mandrin | 2T sous 1.8 mm; 2.5T pour 1.8 à 4.75 mm | Non applicable |
| Limite du tableau | État non recuit ou plaque de plus de 25 mm par accord | Sections longitudinales jusqu'à 76 mm et 64,5 cm²; dimensions supérieures par accord |
Grade 2H est le même matériau certifié avec un minimum garanti de résistance à la traction plus élevé de 400 MPa (58 ksi) pour les travaux d'appareil à pression. Au-delà des dimensions de section du tableau, les propriétés sont soumises à l'accord entre l'usine et l'acheteur, de sorte qu'une billette forgée lourde est chiffrée différemment d'une barre de 20 mm. Le détail se trouve dans le Guide ASTM B348 sur les barres et billettes et Guide ASTM B265 sur les tôles et plaques.
Les minimums spécifiés ne correspondent pas à ce qu'expédie une usine. Les valeurs déclarées à température ambiante pour le Grade 2 recuit s'établissent autour de 483 MPa (70 ksi) de résistance à la traction, 352 MPa (51 ksi) de limite d'élasticité et 28 pour cent d'allongement. La résistance diminue fortement avec la chaleur : Rolled Alloys publie 283 MPa de résistance à la traction à 200 degrees C et 186 MPa à 400 degrees C.
Propriétés physiques du titane Grade 2
| Propriété | Métrique | Impérial |
|---|---|---|
| Densité | 4,51 g/cm³ | 0.163 lb/in³ |
| Point de fusion | environ 1660 C (les sources indiquent 1649 à 1671 C) | environ 3020 F (3000 à 3040 F) |
| Module d'élasticité | 105 GPa | 15.2 x 10&sup6; psi |
| Coefficient de Poisson | 0.32 | 0.32 |
| Conductivité thermique à 20 C | 20 à 22 W/m·K | 11.6 à 12.7 BTU/hr·ft·F |
| Capacité thermique massique | 520 J/kg·K | 0.124 BTU/lb·F |
| Coefficient de dilatation thermique | 8.6 x 10⁻&sup6; /K (0 à 100 C) | 4.8 µin/in·F (68 à 212 F) |
| Résistivité électrique | 0.48 à 0.53 µΩ·m | 19 à 21 µΩ·in |
| Dureté | Pas une exigence de B265 ou B348. Les valeurs typiques publiées se situent autour de 150 HB ou 160 à 200 HV. | |
Deux entrées exigent une réserve plutôt qu'un chiffre net. La conductivité thermique publiée s'étale sur environ 16 à 22 W/m·K selon la source et la base de température, et la résistivité électrique présente la même dispersion ; le dimensionnement doit donc utiliser la valeur que soutient votre code de conception. La dureté est le piège habituel : ni la B265 ni la B348 ne comporte de colonne de dureté, une valeur de dureté ne peut donc pas être refusée au titre de ces normes et exige un essai supplémentaire porté à la commande. Les valeurs pour chaque grade se trouvent sur dureté du titane par grade.
Plus d'informations à ce sujet : Le titane est-il magnétique ? présente les valeurs de perméabilité par nuance et explique pourquoi ASTM B265 et B348 ne les vérifient pas.
Résistance à la corrosion du titane Grade 2
Le Grade 2 doit son comportement à un film de dioxyde de titane qui se reforme presque instantanément partout où une trace d'humidité ou d'oxygène est présente, offrant une quasi-immunité totale dans les chlorures et les milieux oxydants, et seulement des performances modérées dans les acides réducteurs. Les chiffres ci-dessous proviennent du manuel de corrosion TIMET, qui désigne le titane non allié comme TIMETAL 50A.
| Milieu et condition | Comportement du Grade 2 | Commentaire |
|---|---|---|
| Eau de mer à température ambiante, faible profondeur | 3.15 x 10⁻⁵ mpy (0.8 x 10⁻⁶ mm/y) | Inférieur à toute surépaisseur de corrosion |
| Eau de mer profonde, 720 à 2070 m | inférieur à 0.010 mpy (0.00025 mm/y) | Aucune attaque mesurable |
| Limite de température de l'eau de mer | Résiste jusqu'à 260 C (500 F) | Base de corrosion générale |
| Vitesse de l'eau de mer | Nulle à 7.6 m/s; 0.3 mpy à 36.6 m/s | Service de condenseur et eau de service |
| Acide nitrique bouillant à 90%, face métallique 116 C | 1.1 à 6.6 mpy (0.03 à 0.17 mm/y) | Type 304L, même essai : 150 à 518 mpy |
| Chlore humide, 10 à 88 C | Nulle à 0.02 mpy (0.001 mm/y) | La teneur en eau protège le film |
| Chlore sec, 30 C | Attaque rapide et inflammation | Exclusion stricte |
| Saumure NaCl saturée, de 21 C à l'ébullition | Nulle | Corrosion générale uniquement |
| Acide chlorhydrique, température ambiante | Utilisable jusqu'à environ 7% HCl | Grade 12 environ 9%, Grade 7 environ 27% |
| Acide sulfurique, température ambiante | Utilisable jusqu'à environ 5% (environ 20% à 0 C) | Grade 7 environ 45% |
| Acide sulfurique bouillant | Vitesses élevées dès 0,5% | Grade 12 environ 1%, Grade 7 environ 7% |
| Acide fluorhydrique | Attaque le film d'oxyde | Ne convient pas |
Ces limites d'acide se situent sur les lignes d'isocorrosion de 5 mpy (0,127 mm/y). Les ions dissous ferriques, cuivriques, nickel et molybdène passivent le titane vis-à-vis de l'acide chlorhydrique, les effluents réels de procédé sont donc souvent moins agressifs que ne le suggèrent les données relatives à l'acide pur.
Quand passer du Grade 2 au Grade 7 ou au Grade 12
Le point de basculement est la corrosion caverneuse, et non la corrosion générale. Dans une saumure quasi neutre, une attaque caverneuse du titane non allié devient possible à environ 93 degrees C (200 F) et est peu probable en dessous de 70 degrees C (158 F) ; dans l'eau de mer, le seuil est supérieur à 82 degrees C (180 F). Un pH plus faible et des concentrations élevées de calcium ou de magnésium abaissent le seuil d'apparition.
- Grade 12 (UNS R53400, 0,3% Mo, 0,8% Ni) : aucune attaque dans des saumures saturées neutres au-dessus de 316 degrees C (600 F) lors d'essais en laboratoire, résistance à la corrosion caverneuse jusqu'à environ pH 3. Le choix pour les saumures chaudes et les applications géothermiques.
- Grade 7 (UNS R52400, Grade 2 plus 0,12 to 0,25% Pd) : meilleur que Grade 12 en dessous de pH 3, et la solution pour les acides réducteurs à environ 27% HCl et 45% d'acide sulfurique à température ambiante.
- Restez sur Grade 2 pour l'eau de mer et les applications d'échangeur de chaleur en dessous des seuils de corrosion caverneuse, pour les acides oxydants tels que l'acide nitrique et l'acide chromique, et pour le chlore humide et les chlorures neutres.
Grade 1 et Grade 2 sont essentiellement insensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte dans l'eau de mer, bien que les nuances non alliées au-dessus de 0,2 pour cent d'oxygène puissent être sensibles. Aucun cas d'attaque influencée microbiologiquement sur le titane n'a été signalé, éliminant un mode de défaillance à l'origine de nombreux choix de tuyauteries inoxydables.
Normes et formes de produits
Grade 2 est spécifié selon la forme de produit, et non selon le matériau. La désignation d'un mauvais numéro ASTM est une cause fréquente de rejet d'un certificat matière : les essais de réception diffèrent entre les normes de plaque et de barre même lorsque la composition chimique est identique.
| Forme de produit | ASTM | ASME | Autre |
|---|---|---|---|
| Bande, tôle, plaque | B265 | SB-265 | AMS 4902 |
| Barre et billette | B348 | SB-348 | – |
| Tube, sans soudure et soudé | B338 | SB-338 | AMS 4941 soudé, AMS 4942 sans soudure |
| Tube sans soudure | B861 | SB-861 | – |
| Tube soudé | B862 | SB-862 | – |
| Pièces forgées | B381 | SB-381 | – |
| Fil | B863 | – | AMS 4951, fil de soudage AWS A5.16 ERTi-2 |
| Raccords | B363 | SB-363 | – |
| Pièces moulées | B367 | SB-367 | – |
| Matière première pour implants chirurgicaux | F67 | – | ISO 5832-2 |
| Désignation européenne | Werkstoffnummer 3.7035, écrit Ti2 ou Titan Grade 2 | ||
Désignation française : Un plan français peut désigner cette nuance par T40, le code français de la nuance écrite UNS R50400 en ASTM et Werkstoffnummer 3.7035 en EN et DIN.
Les numéros ASME SB sont importants dès lors que la pièce relève d'un code de pression : SB-265, SB-338, SB-348, SB-363, SB-367, SB-381, SB-861 et SB-862 sont les versions Section II Partie B des spécifications ASTM correspondantes, tandis que le fil B863 n'a pas d'équivalent SB, et qu'un appareil portant un marquage de code exige le numéro SB.
Grade 2 par rapport au Grade 5 et au Grade 1
| Propriété (base ASTM B265) | Grade 1 (R50250) | Grade 2 (R50400) | Grade 5 (R56400) |
|---|---|---|---|
| Résistance à la traction, min | 240 MPa / 35 ksi | 345 MPa / 50 ksi | 895 MPa / 130 ksi |
| Limite d'élasticité avec décalage de 0,2% | 138 to 310 MPa | 275 to 450 MPa | 828 MPa min |
| Allongement, min. | 24% | 20% | 10% |
| Oxygène, max. | 0.18% | 0.25% | 0.20% |
| Fer, max. | 0.20% | 0.30% | 0.40% |
| Éléments d'alliage | Aucun | Aucun | 5.5 à 6.75% Al, 3.5 à 4.5% V |
| Densité | 4,51 g/cm³ | 4,51 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
Grade 1 privilégie la ductilité grâce à une teneur en oxygène plus faible, 24 pour cent d'allongement contre 20, au prix de 105 MPa de minimum de résistance à la traction. Il convient à l'emboutissage profond et au placage explosif, mais non aux profilés structurels. Grade 5 constitue une classe de matériau différente : Ti-6Al-4V offre environ 2.6 fois le minimum de résistance à la traction mais tombe à 10 pour cent d'allongement, est plus difficile à souder et n'améliore pas la résistance à la corrosion dans les acides réducteurs, où TIMET le classe en dessous du titane non allié. Voir Titane Grade 2 vs Grade 5 et le guide de comparaison des nuances de titane. Règle pratique : les pièces sollicitées passent au Grade 5, les pièces en contact avec le fluide restent en Grade 2 et passent au Grade 7 ou 12.
Applications
Grade 2 est le choix par défaut lorsque le service concerne la corrosion plutôt que la charge : échangeurs de chaleur à calandre et tubes, revêtements d'appareils à pression de réacteur, colonnes, tuyauteries et corps de vanne en usine chimique ; tubes de condenseur, tuyauteries d'eau de service et composants internes de dessalement pour les lignes de distillation flash multi-étagée et d'osmose inverse ; plaques tubulaires de centrales électriques, souvent sous forme de plaque plaquée sur acier au carbone. D'autres utilisations comprennent le blanchiment au dioxyde de chlore dans les industries de la pâte et du papier, les paniers d'anodes et les châssis de galvanoplastie, les composants offshore pour hydrocarbures et les surfaces de procédé pharmaceutique. Grade 2 est également utilisé pour les instruments chirurgicaux et les pièces d'implants non porteuses sous ASTM F67 et ISO 5832-2.
Pour les réservoirs, tuyauteries, vannes et raccords en contact avec le produit, le guide des pièces en contact avec le titane montre comment le liquide, le cycle de nettoyage, la géométrie des interstices et les assemblages de métaux mixtes restreignent le champ des matériaux.
Comment spécifier du titane Grade 2 sur une commande
Une demande comportant ces huit éléments peut faire l'objet d'une offre et d'une certification en une seule étape. Une ligne indiquant uniquement « barre en titane Grade 2 » ne le permet pas : l'usine ne sait pas à quelle norme le certificat doit satisfaire.
- Nuance et numéro UNS. Grade 2, UNS R50400. Ajouter 3.7035 sur un plan européen, et désigner Grade 2H si une pièce sous pression nécessite le minimum garanti de 400 MPa.
- Norme. Le numéro ASTM ou ASME correspondant à la forme, par exemple ASTM B348 pour une barre ou ASME SB-265 pour une plaque soumise au code. Cela détermine si le plafond de limite d'élasticité de 450 MPa et la striction de 30 pour cent s'appliquent.
- Forme du produit. Barre ronde, bloc forgé, plaque, tôle, tube sans soudure, tube soudé, fil ou anneau.
- Dimensions. Diamètre ou épaisseur, largeur, longueur de coupe. Pour un tube, indiquer le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi, et non la dimension nominale du tube.
- Tolérance. Tolérance standard d'usine selon le tableau ASTM, ou valeur plus serrée telle que h9 ou plus-zéro.
- État. Recuit est l'état de fourniture normal. Le préciser, et ajouter un détensionnement pour les pièces usinées à partir de sections épaisses.
- Surface. Laminé à chaud et décalaminé, décapé, rectifié, tourné, rectifié sans centre ou poli.
- Certificat. Certificat de réception 3.1 selon EN 10204 avec traçabilité par numéro de coulée, ainsi que toute exigence supplémentaire omise par la norme de base : dureté, contrôle par ultrasons, hydrogène restreint.
Beiyu Titanium fournit du Grade 2 conformément aux spécifications ASTM et AMS. Lorsque la documentation EN 10204 3.1 et la traçabilité par numéro de coulée ou lot sont requises, indiquez les résultats demandés et les champs de traçabilité dans la demande de prix ; Beiyu confirme le périmètre disponible dans l'offre et la commande. Les dimensions et le format de demande figurent sur la Barre en titane Grade 2 page.
Le titane Grade 2 rouille-t-il ?
Non. La rouille est de l'oxyde de fer, et Grade 2 ne contient pas plus de 0,30 pour cent de fer. Il se forme plutôt un film de dioxyde de titane qui se rétablit presque instantanément partout où une trace d'humidité ou d'oxygène est présente, de sorte qu'une rayure ne devient pas un site de corrosion. Le film a ses limites : l'acide fluorhydrique l'attaque directement, le chlore sec provoque une attaque rapide et une inflammation à 30 degrés C, et les interstices en eau de mer au-dessus d'environ 82 degrés C le dégradent localement.
Le titane Grade 2 est-il magnétique ?
Le titane Grade 2 est paramagnétique, avec une perméabilité magnétique relative seulement légèrement supérieure à 1.0, de sorte que la pratique d'ingénierie le considère comme non magnétique. Il ne retiendra pas un aimant et ne perturbe pas les champs avoisinants d'une manière significative pour l'instrumentation, les environnements d'IRM ou les boîtiers de capteurs. La perméabilité n'est pas vérifiée par B265 ou B348, de sorte qu'une limite spécifiée nécessite un essai complémentaire sur la commande.
Le titane Grade 2 est-il du titane pur ?
Il est commercialement pur, et non chimiquement pur. Les normes n'analysent jamais le titane directement : elles limitent les éléments interstitiels et le fer, puis déterminent le titane par différence, ce qui le porte au-dessus de 98,9 pour cent selon les limites ASTM B265. L'oxygène effectue l'essentiel du travail dans l'échelle des nuances : Grade 1 est limité à 0,18 pour cent, Grade 2 à 0,25 pour cent et Grade 3 à 0,35 pour cent, ce qui explique pourquoi les minimums de résistance à la traction passent de 240 à 345 puis à 450 MPa.
Comment le titane Grade 2 se compare-t-il à l'acier inoxydable 316L ?
Grade 2 est environ 44 pour cent plus léger à 4,51 g/cm³ contre environ 7,98 g/cm³, et présente une limite d'élasticité spécifiée plus élevée, 275 MPa minimum contre 170 MPa pour une plaque 316L selon ASTM A240. La différence déterminante concerne le comportement aux chlorures : Grade 2 ne présente pratiquement aucune corrosion mesurable dans l'eau de mer à température ambiante, tandis que l'acier inoxydable austénitique est confronté à la corrosion par piqûres due aux chlorures et à la fissuration par corrosion sous contrainte. Dans les acides réducteurs, l'ordre s'inverse, car Grade 2 s'arrête à environ 7 pour cent d'acide chlorhydrique et la réponse en titane dans ce cas est Grade 7.
Détails des spécifications avec sources
À l'état recuit, Grade 2 (UNS R50400) doit satisfaire à une résistance à la traction minimale de 345 MPa (50 ksi), une limite d'élasticité comprise entre 275 et 450 MPa, et un allongement minimal de 20%, selon ASTM B265, tableau 2; ASTM B348 applique le même minimum de résistance à la traction de 345 MPa aux barres et billettes.
Les limites d'interstitiels définissent la nuance : l'oxygène est limité à 0,25% et le fer à 0,30% selon ASTM B265, Tableau 1. La densité est de 4,51 g/cm³ (ASM Handbook, Vol. 2), et la désignation européenne Werkstoff 3.7035 dans DIN 17850 couvre la composition non alliée équivalente.