Le titane ne rouille pas, et il se corrode. Ce sont deux affirmations différentes et toutes deux sont vraies. La rouille est une réaction du fer, et il n'existe pas de phase de fer dans le titane pour qu'elle se produise, de sorte que la couche orange qui attaque l'acier au carbone n'a ici aucun mécanisme. La corrosion est le terme plus large, et le titane présente une courte liste d'environnements qui traversent son film passif. La partie utile de la réponse est que cette liste est courte et que ses limites sont chiffrées.
Pourquoi le titane résiste à la corrosion
Le titane est un métal réactif. Laissé nu, il s'oxyde presque instantanément, et c'est précisément l'intérêt : la réaction produit un mince film de dioxyde de titane fortement adhérent qui arrête la réaction. Rayez-le en présence d'oxygène ou d'eau, et il se reforme presque immédiatement. Toute réponse concernant la corrosion ci-dessous dépend en réalité de la capacité de l'environnement à laisser ce film se réparer.
Cela explique également le comportement qui surprend certaines personnes. Le titane offre ses meilleures performances dans des conditions oxydantes et ses moins bonnes dans les acides réducteurs chauds, où moins d'oxygène est disponible pour reconstituer le film. La résistance à la corrosion du titane n'est donc pas une propriété unique avec une valeur unique ; c'est le comportement de ce film dans un environnement donné.
Les trois environnements qui attaquent réellement le titane
| Environnement | Ce qui se produit | Où se situe la limite | La nuance qui y répond |
|---|---|---|---|
| Acides réducteurs, tels que les acides chlorhydrique et sulfurique | Le film ne peut pas se réparer, et la corrosion généralisée progresse | Dépend de la concentration et de la température ; les ions métalliques inhibiteurs déplacent fortement la limite, voir ci-dessous | Grade 7, titane au palladium |
| Chlorure chaud dans un interstice étroit | La composition chimique à l'intérieur de l'interstice devient acide et le film se dégrade localement, tandis que la surface exposée reste brillante | Par plages de température dans le tableau ci-dessous | Grade 12 pour la saumure chaude, Grade 7 lorsque l'interstice est également acide |
| Acide fluorhydrique et solutions acides contenant du fluorure libre | Attaque directement le film passif, même à très faible concentration | Il ne s'agit généralement pas d'un problème de sélection de nuance ; la spéciation du fluorure et tout effet inhibiteur démontré doivent être vérifiés | Généralement aucune des nuances de titane ; le matériau ou le fluorure doit changer |
Ces trois cas couvrent la plupart des questions de corrosion qui parviennent à un service de demandes de renseignements. L'eau de mer, le chlore humide, les chlorures en milieu ouvert et la plupart des eaux de procédé sont les environnements où le titane est choisi précisément parce qu'il ne se corrode pas. Un milieu qui n'est pas mentionné sur cette page doit être vérifié à partir de données de corrosion plutôt que supposé relever de l'une de ces lignes.
Corrosion caverneuse, plage par plage
C'est le cas qu'il convient de bien traiter, car la défaillance est locale et le reste de la pièce paraît parfait. Les chiffres ci-dessous concernent le titane non allié dans des interstices étroits dans une saumure saturée de chlorure de sodium quasi neutre. La précision relative à la géométrie n'est pas décorative ; c'est à elle que le chiffre s'applique.
| Température | Ce que la source indique pour le titane non allié dans des interstices étroits |
|---|---|
| En dessous de 70 °C (158 °F) | Une attaque caverneuse est peu probable |
| Environ 93 °C (200 °F) et au-dessus | Une attaque caverneuse devient possible |
La source ne donne aucun chiffre entre ces deux points, et nous n'allons pas en inventer un. Ce que nous pouvons indiquer est le point où la décision relative à la nuance devient déterminante : notre page Grade 12 situe le début pratique pour les interstices étroits à environ 70 à 80 °C, donc au-dessus de 70 °C dans un interstice étroit, la composition chimique doit être vérifiée plutôt que de supposer Grade 2.
Deux facteurs peuvent abaisser la température de début, et ils sont tous deux courants en service réel : un pH plus faible et des concentrations élevées d'ions calcium ou magnésium. Une saumure qui semble dans la plage sur la seule base de la température peut s'en trouver exclue une fois le pH et la dureté connus, raison pour laquelle une demande de renseignements nécessite la composition chimique et pas seulement la température de service.
La réponse en matière de nuance se divise à ce stade. Grade 12 étend la résistance utile à la corrosion caverneuse bien au-delà du point où Grade 2 n'est plus adapté, avec des rapports dans la littérature sur la corrosion faisant état d'une résistance utile à la corrosion caverneuse au-delà de 250 °C dans une saumure à haute température. Il s'agit d'une valeur indicative issue de la littérature, et non d'une garantie de conception. Mais Grade 12 n'est pas une nuance pour acides réducteurs : en dessous d'environ pH 3, son avantage se réduit et Grade 7 devient le choix approprié. Chaud et acide est un problème différent de chaud et neutre, et ces conditions nécessitent des nuances différentes.
L'effet inhibiteur, là où les chiffres deviennent utiles
Le service en acide réducteur n'est pas un verdict fixe, car de petites quantités d'ions métalliques multivalents inhibent la corrosion du titane dans l'acide chlorhydrique, et les flux de procédé en contiennent fréquemment déjà. Dans les essais TIMET à 200 °F (93 °C) avec ajout de 2 g/l de chlorure ferrique, l'acide chlorhydrique dilué donne des vitesses de corrosion qui seraient acceptables en service pour deux des trois nuances.
| État | Non allié, Grade 2 | Grade 12 | Contenant du palladium, Grade 7 |
|---|---|---|---|
| 3 pour cent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.2 mpy | 1.0 mpy | 0.1 mpy |
| 4 pour cent HCl, 200 °F (93 °C), 2 g/l FeCl3 | 0.4 mpy | 2.0 mpy | 0.3 mpy |
Lisez la colonne Grade 12 avant de supposer que les nuances sont classées dans un ordre fixe. Dans cet acide, Grade 12 est cinq fois moins performante que Grade 2 pur, et non meilleure. Grade 12 offre une résistance à la corrosion caverneuse dans une saumure neutre chaude, ce n'est pas une nuance pour acide réducteur, et une règle de sélection qui traite les nuances comme une seule échelle allant de Grade 2 à Grade 7 sélectionnera la mauvaise nuance ici.
Il s'agit de vitesses de corrosion dans la plage normalement considérée comme négligeable, dans un acide qui constituerait autrement une exclusion évidente. La conséquence pratique est qu'une analyse du fluide indiquant des ions ferriques ou cuivriques peut modifier la décision de sélection de la nuance et modifie parfois même la possibilité de considérer le titane.
La source établit l'effet inhibiteur en fonction de la teneur en ions ferriques, de sorte que les équivalences sont importantes lors de la lecture d'une analyse du fluide :
| Teneur en ions ferriques | Chlorure ferrique équivalent |
|---|---|
| 30 ppm | 0,0087 pour cent |
| 60 ppm | 0,0174 pour cent |
| 75 ppm | 0,0218 pour cent |
| 125 ppm | 0,0362 pour cent |
Questions complémentaires courantes
Le titane rouille-t-il ou non ? Pas au sens littéral du terme. ASTM B348 limite le fer dans Grade 2 à 0,30 pour cent à l'état résiduel, et à ce niveau il est en solution dans le titane plutôt que présent sous la forme de la phase de fer distincte requise pour la rouille. Une coloration orange sur une pièce en titane est donc une contamination plutôt que la rouille du titane, mais elle n'est pas esthétique : le fer étalé sur une surface en titane lors de la manutention constitue un point de départ documenté pour une attaque localisée en service, raison pour laquelle le matériau est maintenu à l'écart de tout contact avec l'acier au carbone et la solution consiste à décaper le fer plutôt qu'à l'ignorer ou à rebuter le matériau.
Le titane se corrode-t-il dans l'eau de mer ? Pas en service en eau de mer ouverte, qui est l'une des applications pour lesquelles il est spécifié. Le facteur déterminant est la géométrie des interstices plutôt que l'eau de mer elle-même : les assemblages à brides, les faces de joints, les interstices tube-plaque tubulaire et les dépôts sous les incrustations sont les endroits où les plages de température ci-dessus commencent à importer.
Le titane se corrode-t-il plus rapidement que l'acier inoxydable ? Dans les conditions de chlorures et oxydantes où le titane est spécifié par rapport à l'acier inoxydable, non, et c'est généralement la raison pour laquelle le titane figure sur le plan. Dans un acide réducteur chaud, aucun des deux n'est une réponse par défaut et la nuance doit être choisie en fonction du fluide. La comparaison est présentée sur la page titane par rapport à l'acier inoxydable.
Un contact galvanique peut-il corroder le titane ? Pas par corrosion du titane. Le titane est le métal le plus noble dans la plupart des couples pratiques, de sorte que l'autre métal subit l'attaque accrue. Le rapport des surfaces détermine la gravité de cette attaque pour l'autre métal, et une petite pièce en acier au carbone ou en acier inoxydable boulonnée sur une grande surface en titane est la configuration à éviter.
Un certificat peut-il confirmer les performances de corrosion ? Non. ASTM B265, B338 et B348 définissent la composition chimique, les propriétés mécaniques et les dimensions. Le comportement à la corrosion dépend de la nuance et de l'environnement, et lorsqu'un essai de corrosion est requis, il est convenu dans la commande plutôt que supposé à partir de la spécification.
Détails des spécifications avec sources
Les plages de corrosion caverneuse citées ci-dessus sont les valeurs que Beiyu Titanium publie sur sa page des pièces en contact avec le titane, tiré du manuel de corrosion TIMET : une attaque caverneuse sur du titane non allié dans des interstices étroites, dans une saumure saturée de chlorure de sodium proche de la neutralité, devient possible à environ 93 °C (200 °F) et au-delà, et est peu probable en dessous de 70 °C (158 °F), un pH inférieur ou des concentrations élevées d'ions calcium ou magnésium pouvant abaisser la température d'apparition. Les vitesses en acide chlorhydrique à 200 °F avec 2 g/l de chlorure ferrique, de 0.2, 1.0 et 0.1 mpy à 3 pour cent d'acide et de 0.4, 2.0 et 0.3 mpy à 4 pour cent d'acide pour Grade 2, Grade 12 et Grade 7 respectivement, ainsi que les équivalences en ions ferriques de 30 ppm à 0.0087 pour cent, 60 ppm à 0.0174 pour cent, 75 ppm à 0.0218 pour cent et 125 ppm à 0.0362 pour cent, sont les valeurs TIMET figurant sur la page Grade 7 relative aux acides réducteurs, où les équivalences proviennent de la ligne d'iso-corrosion à 5 mpy de cette source pour le titane non allié. La valeur pour Grade 12 de résistance caverneuse utile signalée au-delà de 250 °C dans une saumure à haute température, que cette page qualifie elle-même de valeur indicative tirée de la littérature sur la corrosion plutôt que de garantie de conception, ainsi que la limite de pH 3 en dessous de laquelle la nuance au palladium est préférée, figurent sur la page Grade 12 relative aux saumures chaudes. La ligne relative à l'acide fluorhydrique, y compris la formulation selon laquelle le titane n'est généralement pas le matériau approprié et selon laquelle la spéciation du fluorure ainsi que tout effet d'inhibiteur démontré doivent être vérifiés, est la ligne figurant sur cette même page relative aux pièces en contact avec le fluide.
Ce que la demande doit comporter
Une question de corrosion ne peut pas recevoir de réponse à partir de la nuance seule, et les informations manquantes sont prévisibles. Indiquez le milieu et sa concentration, la température du métal plutôt que la température globale, le pH, le niveau de chlorures, si du calcium ou du magnésium sont présents en quantité, si des ions métalliques inhibiteurs sont présents dans le fluide, et si la conception comporte des interstices étroites telles que des faces de joints ou des assemblages tube-plaque tubulaire. Avec ces informations, la nuance est déterminée et l'offre peut être établie en conséquence. Beiyu Titanium fournit du titane en Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 et 23 sous forme de barre, plaque, tôle, tube et pièces forgées selon les spécifications ASTM et AMS, avec un certificat de réception 3.1 selon EN 10204 selon le périmètre de la commande.