Le titane et l'acier inoxydable résistent tous deux à la corrosion et sont tous deux spécifiés pour les applications chimiques, marines et de procédés, les acheteurs doivent donc souvent choisir entre les deux. Le titane l'emporte en matière de corrosion dans les chlorures et de rapport résistance/poids, l'inox l'emporte en matière de prix et de facilité de fabrication, et il existe une catégorie d'applications où l'un ou l'autre conviendrait et où le budget décide. Cette page compare les deux en termes de corrosion, résistance, poids, température, fabrication et coût, et indique dans quels cas chacun constitue le bon choix.
Titane vs acier inoxydable en un coup d'œil
| Propriété | Titane (Grade 2 / Grade 5) | Acier inoxydable (304 / 316) |
|---|---|---|
| Densité | Environ 4,5 g/cm3 | Environ 8,0 g/cm3 |
| Corrosion par chlorures et eau de mer | Résiste à la corrosion par piqûres, à la corrosion caverneuse et à la corrosion sous contrainte | Peut se piquer et se fissurer en présence de chlorures, davantage à chaud |
| Rapport résistance/poids | Élevé, le plus élevé en Grade 5 | Inférieur |
| Acides réducteurs (HCl, H2SO4) | Limité, utiliser Grade 7 ou Grade 12 | Certaines nuances fortement alliées s'en sortent mieux |
| Coût initial du matériau | Supérieur | Inférieur |
| Coût sur cycle de vie en eau de mer ou en présence de chlorures | Plus faible, longue durée de vie sans entretien | Plus élevé lorsque la corrosion par piqûres ou la fissuration réduit la durée de vie |
Résistance à la corrosion
Le titane offre une meilleure résistance à la corrosion en présence de chlorures et en eau de mer. Son film d'oxyde protecteur résiste à la corrosion par piqûres, à l'attaque caverneuse et à la fissuration sous contrainte en milieu chloruré qui affectent les inox 304 et 316 en eau chaude et salée. L'acier inoxydable repose sur un film d'oxyde de chrome qui se dégrade lorsque les chlorures deviennent suffisamment concentrés et chauds, ce qui explique pourquoi les tubes d'échangeur piqués et l'inox fissuré en eau de mer sont des défaillances courantes. Le titane supporte l'eau de mer, le chlore humide, l'eau de Javel et la saumure chaude, là où l'inoxydable ne le peut pas.
| Propriété | Titane | Acier inoxydable |
|---|---|---|
| Corrosion par chlorures et eau de mer | Le plus performant; son film d'oxyde protecteur résiste à la corrosion par piqûres, à l'attaque caverneuse et à la corrosion sous contrainte par les chlorures | 304 ou 316; 316 ajoute environ 2 à 3 pour cent de molybdène, ce qui porte sa résistance à la corrosion par piqûres due aux chlorures au-dessus de celle du 304 |
| Résistance | Grade 5 (Ti-6Al-4V) atteint environ 895 MPa de résistance à la traction | Environ 515 MPa pour le 316 recuit |
| Densité | Près de 4,5 g/cm3 | Environ 8,0 g/cm3 |
| Poids pour la même pièce | Environ 44 pour cent de moins | Référence |
Le titane n'est pas immunisé contre tout. Dans les acides fortement réducteurs comme l'acide chlorhydrique ou sulfurique chaud, le titane commercialement pur se corrode, et la solution est alors le Grade 7 (titane-palladium) ou le Grade 12, non l'inoxydable. L'acide fluorhydrique attaque fortement le titane et doit être évité. Pour les acides oxydants comme l'acide nitrique, les deux matériaux se comportent bien. La raison pour laquelle le titane résiste à ce qu'il résiste est le film passif ; le mécanisme est expliqué dans le guide sur pourquoi le titane résiste à la corrosion.
304, 316 ou titane : l'échelle pratique
La plupart des choix d'inox se résument à 304 ou 316. Le 316 ajoute environ 2 à 3 % de molybdène, ce qui améliore sa résistance à la corrosion par piqûres en milieu chloruré par rapport au 304 ; c'est pourquoi le 316 est l'inox de qualité marine. Même ainsi, le 316 continue de piquer et de se fissurer en eau de mer chaude et en présence de chlorures concentrés. L'échelle pratique est la suivante : 304 pour un service modéré, 316 pour un service à chlorures modérés, inox duplex ou super-duplex pour un service à chlorures plus sévère, et titane lorsque les chlorures sont chauds, concentrés ou continus. Le titane se situe au sommet de cette échelle pour la corrosion par chlorures.
| Matériau | Où le guide le situe dans l'échelle |
|---|---|
| Inox 304 | Service peu sévère |
| Inox 316 | Service modéré en chlorures; 316 ajoute environ 2 à 3 pour cent de molybdène, ce qui porte sa résistance à la corrosion par piqûres due aux chlorures au-dessus de celle du 304, le 316 est donc l'inox pour applications marines |
| Acier inoxydable duplex ou super-duplex | Service plus sévère en chlorures |
| Titane | Lorsque les chlorures sont chauds, concentrés ou continus |
La même logique s'applique aux équipements auxiliaires autour d'un procédé, et pas uniquement aux pièces en contact avec le fluide. Dans les systèmes d'extraction des cuisines commerciales et de la transformation alimentaire, les cellules collectrices et les carters sont couramment spécifiés en acier inoxydable 304 ou 316, les matériaux de nuance supérieure étant réservés aux sites les plus agressifs. de Polygee précipitateur électrostatique en gaine est un exemple : il s'installe directement dans la gaine pour capter les graisses et la fumée avant rejet, avec des cellules lavables pouvant être adaptées au niveau de corrosion du site.
Résistance et rapport résistance/poids
Le titane Grade 5 (Ti-6Al-4V) atteint environ 895 MPa en traction, bien au-dessus des quelque 515 MPa de l'inox 316 recuit, et ce pour environ la moitié du poids. Le titane Grade 2 commercialement pur est proche du 316 en traction brute à 345 MPa, mais bien plus léger. Sur le plan du rapport résistance/poids, le titane n'a pas de réel concurrent, ce qui explique son choix pour l'aérospatiale, les pièces tournantes et tout ce où la masse a un coût. Lorsque seule la résistance brute compte et non le poids, les inox à haute résistance et les nuances duplex restent en lice.
Poids et densité
Le titane a une densité proche de 4,5 g/cm3 contre environ 8,0 g/cm3 pour l'acier inoxydable, de sorte qu'une pièce en titane pèse environ 44 % de moins que la même pièce en inox. Sur un appareil à pression, une pompe, un collecteur ou une structure, cela représente près de la moitié du poids en moins. Pour tout ce qui se déplace, est suspendu, transporté ou doit être soutenu, l'allègement est la principale raison pour laquelle le titane est spécifié plutôt que l'inox, même lorsque les deux résisteraient au milieu.
Service à haute température
La haute température est le domaine où l'inox peut l'emporter. Les nuances austénitiques comme 310 et 321 conservent leur résistance et résistent à l'oxydation à des températures continues bien supérieures à ce que le titane tolère. Le titane commence à absorber de l'oxygène et à perdre sa ductilité lorsque les températures dépassent quelques centaines de degrés ; pour les pièces de four, d'échappement et de procédé à haute température, un inox résistant à la chaleur ou un alliage de nickel est généralement la meilleure réponse. Le titane trouve sa place dans les services humides et corrosifs à température basse à modérée, et non dans un service sec à haute température.
| Point | Ce que le guide indique |
|---|---|
| Service à haute température | Les températures élevées sont le domaine où l'acier inoxydable peut l'emporter. Les nuances austénitiques telles que 310 et 321 conservent leur résistance et résistent à l'oxydation à des températures soutenues bien supérieures à la plage du titane |
| Usinage et soudage | L'acier inoxydable est plus facile et moins coûteux à usiner et à souder avec les pratiques courantes d'atelier. Le titane nécessite des vitesses de coupe plus faibles, des outils affûtés et un bon liquide de refroidissement |
| Couplage galvanique | Lorsque le titane et l'acier inoxydable sont boulonnés ou soudés ensemble dans un environnement humide et conducteur, le titane est le métal le plus noble et l'acier inoxydable devient la partie qui se corrode |
| Coût | L'acier inoxydable coûte moins par kilogramme et constitue le choix le moins coûteux au départ, souvent avec une marge importante. Le titane coûte davantage à extraire, fondre et usiner |
Usinage, soudage et grippage
L'acier inoxydable est plus facile et moins coûteux à usiner et à souder avec les pratiques d'atelier courantes. Le titane nécessite des vitesses de coupe plus faibles, des outils affûtés et un bon liquide de refroidissement, et il doit être soudé sous protection de gaz inerte avec un contrôle strict de la contamination, sous peine de fragiliser la soudure. Le titane grippe également s'il glisse contre lui-même ou contre l'inox sans lubrification ni traitement de surface. Les deux métaux sont soudables et usinables ; le titane exige simplement plus de contrôle et plus de coût en atelier, ce qui doit entrer dans la décision.
Association titane et inoxydable : remarques sur la corrosion galvanique
Lorsque le titane et l'acier inoxydable sont boulonnés ou soudés ensemble dans un environnement humide et conducteur, le titane est le métal le plus noble et l'inox devient la pièce qui se corrode le plus vite. Le titane lui-même ne subit pratiquement aucun effet du couple galvanique. Dans les systèmes en eau de mer qui associent les deux métaux, les éléments de fixation ou les brides en inox nécessitent une attention particulière, par isolation, revêtement ou passage au titane pour ces pièces également. C'est un détail courant qui est oublié lorsqu'une installation ne remplace que les tubes par du titane en laissant la robinetterie en inox dans le même circuit.
Coût et cycle de vie
L'acier inoxydable coûte moins cher au kilogramme et constitue le choix le moins onéreux à l'achat, souvent avec un écart important. Le titane coûte plus cher à extraire, à fondre et à usiner. La comparaison honnête porte sur le coût total sur la durée de vie de la pièce. En service corrosif, le titane peut durer des années de plus que l'inox et supprimer la corrosion par piqûres, les fuites, les remplacements et les arrêts liés à l'inox corrodé, et l'allègement peut réduire la charpente de support et le fret. Pour un service modéré, l'inox est la réponse économique ; pour un service en chlorures chauds ou en eau de mer, le titane coûte souvent moins cher une fois les remplacements pris en compte.
Lequel choisir
Choisir le titane lorsque le service implique l'eau de mer, les chlorures chauds, le chlore humide ou l'eau de Javel, ou lorsque le poids est critique ; la durée de vie en corrosion et l'allègement compensent le prix plus élevé. Choisir l'acier inoxydable lorsque le milieu reste dans ses limites et que le budget prime, ou lorsque le service est sec et chaud, domaine où l'inox tient mieux. De nombreuses installations utilisent les deux, en plaçant l'inox là où il est sûr et le titane là où l'inox échouerait. L'essentiel est d'adapter le métal au service réel, et non de choisir par défaut un seul matériau pour tout.
| Choisir | Ce que le guide indique |
|---|---|
| Titane | Lorsque le service concerne l'eau de mer, les chlorures chauds, le chlore humide ou l'eau de Javel, ou lorsque le poids est critique |
Nuances côte à côte
| Propriété | Ti Grade 2 (R50400) | Ti Grade 5 (R56400) | Inox 304 | Inox 316 |
|---|---|---|---|---|
| Résistance à la traction (min) | 345 MPa | 895 MPa | ~515 MPa | ~515 MPa |
| Densité | 4,51 g/cm3 | 4,43 g/cm3 | ~8,0 g/cm3 | ~8,0 g/cm3 |
| Piqûres/corrosion caverneuse en chlorures chauds | résiste | résiste | se pique facilement | meilleur que 304, se pique encore |
| Fissuration sous contrainte en milieu chloruré | immunisé | immunisé | sensible | sensible |
| Coût relatif par kg | plus élevé | le plus élevé | le plus faible | faible |
Questions courantes
Le titane est-il plus résistant que l'acier inoxydable ? Le titane Grade 5 est bien plus résistant que l'inox 316, pour la moitié du poids. Le Grade 2 commercialement pur est similaire au 316 en traction mais bien plus léger.
Le titane se corrode-t-il moins que l'acier inoxydable ? En présence de chlorures et en eau de mer, oui. Le titane résiste à la corrosion par piqûres, à la corrosion caverneuse et à la fissuration sous contrainte en milieu chloruré qui affectent les inox 304 et 316 en service chaud et salé.
L'inox 316 est-il aussi performant que le titane pour l'eau de mer ? Non. Le 316 résiste mieux que le 304, mais il se pique et se fissure encore en eau de mer chaude ou stagnante. Le titane tient là où le 316 échoue.
Quand l'acier inoxydable est-il le meilleur choix ? Pour un service modéré ou sec, pour un service à haute température où le titane perd sa ductilité, et lorsque le budget prime et que le milieu reste dans les limites de l'inox.
Pourquoi le titane est-il plus cher que l'inox ? Le titane est plus difficile à extraire, à fondre et à usiner. Le retour sur investissement vient d'une durée de vie plus longue en service corrosif et de l'allègement.
Peut-on souder le titane à l'acier inoxydable ? Le soudage par fusion direct des deux métaux n'est pas fiable ; ils sont généralement assemblés mécaniquement ou par une pièce de transition, et le couple galvanique doit être géré en service humide.
Beiyu Titanium est la marque internationale d'exportation de titane de Jiaxing Beiyu New Materials Technology Co., Ltd., avec un soutien de production à Baoji, Shaanxi. Pour une demande de prix de sélection de matériau, envoyez la forme de produit requise, la nuance, la norme ASTM ou AMS applicable, les dimensions, l'état, la quantité, l'application et l'étendue des documents de contrôle à [email protected]. Pour comparer d'abord les nuances de titane, utilisez le guide de comparaison des nuances de titane, le page Grade 2, le page Grade 5 et, pour le service en acide réducteur, le page Grade 7. Si la documentation EN 10204 3.1 ou la traçabilité par numéro de coulée est requise, indiquez les résultats et champs de traçabilité nécessaires afin que l'étendue disponible puisse être confirmée avant le lancement de la commande.
La comparaison entre deux familles de matériaux modifie ce que le certificat doit prouver
Une comparaison entre le titane et l'acier inoxydable s'arrête généralement aux propriétés. La partie qui décide d'une substitution en pratique est documentaire : les deux familles sont acceptées selon des chaînes de spécifications différentes, et le titane dispose de ses propres méthodes d'essai désignées pour chaque valeur citée.
| Ce qui est indiqué pour le titane | Références de méthode ASTM B348 |
|---|---|
| Oxygène et azote | ASTM E1409 |
| Hydrogène | ASTM E1447 |
| Carbone | ASTM E1941 |
| Propriétés de traction | ASTM E8, à la vitesse de déformation fixée par la spécification, 0,003 to 0,007 in./in./min jusqu'à la limite d'élasticité spécifiée |
La désignation d'une méthode établit comment une valeur a été obtenue. Elle n'ajoute pas un examen que la commande n'a pas demandé.
Ce qu'une demande de substitution devrait contenir
| Ligne | Pourquoi une substitution en a particulièrement besoin |
|---|---|
| Environnement de service, et non seulement le nom du matériau | La raison pour laquelle le titane est envisagé est généralement l'environnement, et celui-ci détermine la nuance |
| Norme titane applicable avec la nuance | La base d'acceptation change avec la chaîne de spécifications, non avec la famille |
| Section et tolérance | Une section en acier inoxydable n'est pas automatiquement disponible sous la même forme en titane |
| Certificat et périmètre du rapport | Certificat de réception EN 10204 3.1 avec traçabilité par numéro de coulée, périmètre défini par la commande |
Une substitution chiffrée à partir d'un seul tableau de propriétés tend à être accompagnée de documents qui répondent à moins de questions que le processus de réception ne l'attend.
L'acier est-il plus dur que le titane ? Cela dépend de l'acier, et c'est la réponse utile
C'est sur la dureté que cette comparaison se trompe le plus souvent, et la réponse honnête est qu'elle dépend de l'acier considéré. Les plages de dureté de l'acier et du titane se chevauchent : un acier inoxydable austénitique recuit peut se situer en dessous du titane Grade 5 recuit, tandis qu'un acier à outils ou à roulements trempé peut avoir une dureté sensiblement supérieure à celle de l'un comme de l'autre. Le résultat dépend de la nuance désignée et de son état de traitement thermique, et non du métal. Le titane est généralement sélectionné lorsque la faible densité et la résistance à la corrosion sont les priorités de conception, plutôt que pour la dureté globale, qui est une propriété différente mesurée sur une échelle différente.
| Matériau | Dureté telle que publiée dans les fiches techniques Beiyu | État |
|---|---|---|
| titane Grade 2 (CP, UNS R50400) | Valeurs typiques proches de 150 HB, ou de 160 à 200 HV | Recuit |
| titane Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) | 30 à 36 HRC ; la fiche technique donne environ 330 HV et 334 HB comme équivalents approximatifs pour le même état | Recuit |
| titane Grade 5 | Environ 35 à 39 HRC | Mis en solution et vieilli |
| Acier | S'étend de l'acier doux aux nuances à outils et à roulements trempées | Dépend entièrement de la nuance et du traitement thermique |
La dernière ligne explique pourquoi la question ne peut recevoir de réponse telle qu'elle est habituellement posée. L'acier n'est pas un matériau unique. Sa plage de dureté couvre la majeure partie de l'échelle pratique, de sorte qu'une comparaison avec le titane n'est pertinente qu'une fois la nuance d'acier et son état de traitement thermique désignés. Comparer le titane à un acier non spécifié produit une réponse qui varie selon l'acier que le lecteur avait à l'esprit.
La dureté ne figure pas sur le certificat, et cela surprend les acheteurs
Il existe un deuxième piège qui compte davantage sur une commande que dans une discussion. Ni ASTM B265 ni ASTM B348 ne comporte de colonne de dureté. Ce sont les spécifications selon lesquelles sont achetées la plupart des tôles, plaques et barres en titane, et elles définissent la composition chimique, les propriétés mécaniques et les tolérances. La dureté n'en fait pas partie.
Deux conséquences en découlent. Un certificat matière délivré selon B265 ou B348 n'est pas tenu d'indiquer la dureté, de sorte qu'un plan spécifiant une limite de dureté spécifie un élément que la norme applicable ne vérifie pas. Et un matériau ne peut pas être rejeté sur la base de la dureté selon ces normes, car elles ne comportent aucune exigence à laquelle il puisse ne pas satisfaire. Si une limite de dureté est une exigence réelle de conception, elle doit figurer sur la commande comme essai additionnel convenu, avec la méthode et l'état indiqués, de la même manière qu'une limite de perméabilité magnétique.
| Ce qu'indique le plan | Ce qu'indique un certificat B265 ou B348 | Ce qui doit être convenu sur la commande |
|---|---|---|
| Une limite de dureté | Composition chimique, traction, limite d'élasticité, allongement. Aucune dureté | L'échelle de dureté, la limite, la méthode d'essai et l'état de livraison auxquels elle s'applique |
| État recuit, aucune limite de dureté | Composition chimique et propriétés mécaniques | Rien de plus ; l'état définit déjà la plage attendue |
| Traité en solution et vieilli Grade 5 | Composition chimique et propriétés mécaniques pour cet état | Confirmer si la valeur de dureté est une exigence ou une valeur typique indiquée à titre d'information |
Ce qu'il convient de comparer à la place lorsque la pièce doit résister à l'usure
Si la raison de la question sur la dureté est l'usure, la comparaison à effectuer n'est pas le titane contre l'acier dans l'abstrait. Le titane se grippe contre lui-même et contre de nombreux métaux en contact, ce qui relève d'un comportement de surface plutôt que d'une valeur de dureté globale, et cela se traite par traitement de surface, par le choix d'un matériau d'accouplement différent, ou par le déplacement de la surface d'usure sur un composant différent. Lorsqu'une pièce choisie en titane pour des raisons de corrosion doit ensuite supporter une usure par glissement, c'est généralement le cas où la spécification doit changer, et non le matériau.
La corrosion est la raison habituelle pour laquelle le titane figure sur le plan à la place de l'inox, et les cas où le titane lui-même est attaqué sont présentés dans le titane se corrode-t-il.
L'aspect poids de cette comparaison, avec la densité par nuance, les kilogrammes par mètre selon la dimension de barre et la tolérance de surpoids fixée par les normes, se trouve sur le titane est-il lourd.
Détails des spécifications avec sources
Les deux films passifs proviennent de budgets d'alliage différents, et les normes de produit les indiquent. ASTM A240 maintient le type 316 entre 16,0 et 18,0 pour cent de chrome et 10,0 à 14,0 pour cent de nickel, la réserve à partir de laquelle son film d'oxyde de chrome est maintenu, tandis que ASTM B265 définit le titane Grade 2 comme un métal non allié avec une teneur en fer limitée à 0,30 pour cent et une teneur en oxygène limitée à 0,25 pour cent. Le film du titane se forme à partir du métal de base lui-même, ce qui explique pourquoi son comportement en présence de chlorures ne dépend pas d'une réserve d'éléments d'alliage qu'une saumure chaude concentrée peut épuiser localement.
| Norme | Composition citée par le guide |
|---|---|
| ASTM A240, type 316 | 16,0 à 18,0 pour cent de chrome et 10,0 à 14,0 pour cent de nickel, la réserve à partir de laquelle son film d'oxyde de chrome est maintenu |
| ASTM B265, titane Grade 2 | Métal non allié avec une teneur en fer limitée à 0,30 pour cent et une teneur en oxygène limitée à 0,25 pour cent |
Les achats se divisent également par famille de spécifications, et citer les bons documents évite les commandes à normes mixtes. Le titane en contact avec le fluide est acheté selon ASTM B265 pour la tôle et la plaque, B348 pour la barre et B338 pour les tubes d'échangeur, tandis que les équivalents inoxydables sont A240 pour la plaque, A276 pour la barre et A312 pour le tube, les documents miroirs ASME SB et SA prenant le relais pour les travaux sous pression réglementés. EN 10204 définit le certificat de contrôle de type 3.1 utilisé dans les deux familles, de sorte qu'un projet utilisant le titane et l'inox côte à côte peut conserver un modèle documentaire unique tandis que chaque coulée est évaluée selon les tableaux de sa propre norme.