Tubes en titane pur Tubes en alliage de titane ASTM B338 Gr 5 Gr7 pour une utilisation industrielle

Tube de titane pur titane tuyaux en alliage titane tube ASTM B338 gr 5 gr7 pour les usages industriels

Le titane et ses alliages sont devenus des matériaux indispensables dans diverses industries, offrant une combinaison de résistance exceptionnelle, de propriétés légères et de résistance à la corrosion exceptionnelle. Lorsqu'ils sont utilisés sous forme de tubes en titane et de tuyaux, ils offrent des avantages uniques pour une gamme d'applications industrielles qui nécessitent une durabilité et une résistance aux environnements sévères. Cet article discutera des caractéristiques et des utilisations clés des tubes en titane pur, des tuyaux en titane et des tubes en alliage de titane selon les normes ASTM B338, en particulier les notes GR5 et GR7, et explorer comment elles répondent aux demandes de diverses industries.

Qu'est-ce que ASTM B338?

ASTM B338 est la spécification standard pour les tuyaux en alliage en titane et en titane. Cette norme définit les exigences pour la construction, les propriétés et les performances des tuyaux en titane utilisés dans diverses industries. La spécification couvre plusieurs grades d'alliages de titane, qui varient dans leur composition et leurs caractéristiques, offrant différents niveaux de résistance, de résistance à la corrosion et de tolérance à la température.

Comprendre le titane pur (grade 2) et les alliages de titane (grades GR5 et GR7)

Titane pur (grade 2) - Titane commercialement pur:

• Le titane de grade 2 est le grade de titane pur le plus utilisé. Il est souvent appelé titane commercialement pur (CP-Ti) en raison de sa haute pureté. Le grade 2 offre un équilibre de force, de formabilité et d'une excellente résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements marins et le traitement chimique.
• Applications: Largement utilisé dans les applications marines, le traitement chimique et les implants médicaux en raison de sa biocompatibilité et de sa résistance à la corrosion dans l'eau de mer, ses acides et d'autres produits chimiques rigoureux.

5e année - alliage de titane (TI-6AL-4V):

• GR5 est un titane allié contenant 6% d'aluminium et 4% de vanadium, offrant une résistance nettement plus élevée que le titane pur. Cette note est souvent appelée TI-6AL-4V, l'un des alliages de titane les plus couramment utilisés au monde.
• Propriétés: une résistance à la traction élevée et une meilleure résistance à la fatigue rendent GR5 idéal pour les applications où la résistance, la durabilité et le poids sont cruciaux.
• Applications: Utilisé dans les industries aérospatiales, marines, chimiques et automobiles pour les composants qui doivent résister à des contraintes élevées et des températures élevées. Il est également couramment utilisé pour les échangeurs de chaleur, les récipients sous pression et les pièces d'avion.

7e année - alliage de titane avec palladium:

• GR7 est un autre alliage de titane, ajoutant du palladium au titane pur, améliorant sa résistance aux produits chimiques agressifs et aux environnements à haute température.
• Propriétés: résistance supérieure à la corrosion par rapport au grade 2, en particulier contre les chlorures, l'acide sulfurique et d'autres produits chimiques industriels.
• Applications: Idéal pour une utilisation dans le traitement chimique, les industries pharmaceutiques et les environnements où les substances corrosives sont répandues, telles que les réacteurs chimiques, les échangeurs de chaleur et les équipements de raffinage.

Avantages des tubes et tuyaux en titane:

Les tubes et les tuyaux en titane, en particulier ceux fabriqués à partir de GR2, GR5 et GR7, offrent plusieurs avantages clés par rapport aux matériaux traditionnels comme l'acier inoxydable, l'acier au carbone et d'autres alliages. Ces avantages comprennent:

Résistance à la corrosion:

• Le titane présente une résistance exceptionnelle à la corrosion dans la plupart des environnements agressifs, notamment l'eau de mer, les solutions acides et les composés contenant du chlorure. Cette propriété le rend idéal pour les industries comme le traitement chimique, le foret marin et offshore.

Ratio de force / poids:

• Le titane a un rapport de force / poids supérieur, ce qui en fait une alternative plus légère à d'autres métaux, en particulier dans des applications comme l'aérospatiale et l'ingénierie automobile. Il en résulte des économies de coûts en raison de la réduction du poids et de l'amélioration de l'efficacité énergétique.

Performances à haute température:

• Les alliages de titane comme GR5 et GR20 offrent d'excellentes performances à des températures élevées, offrant une résistance au fluage et la capacité de effectuer des échangeurs de chaleur, des composants de turbine et des applications à haute pression.

Biocompatibilité:

• Le titane pur (GR2) et certains alliages de titane (GR7) sont biocompatibles, ce qui les rend idéaux pour les implants médicaux tels que les dispositifs orthopédiques, les implants dentaires et les outils chirurgicaux. Le corps ne rejette pas le titane, permettant une implantation à long terme.

Durabilité et longévité:

• Le titane est résistant à l'usure, à la fatigue et à la corrosion, garantissant que les tuyaux et les tubes en titane ont une longue durée de vie, même dans des environnements extrêmes. Cela fait du titane une solution rentable au fil du temps, en réduisant le besoin de remplacements et de réparations.

Applications de tuyaux et de tubes en titane:

Les tuyaux et tubes en titane trouvent une utilisation généralisée dans une variété d'industries. Voici un aperçu de la façon dont les tuyaux en titane ASTM B338 GR5 et GR7 servent des secteurs clés:

Aérospatial:

• Les propriétés légères et à haute résistance du titane le rendent parfait pour une utilisation dans les composants des avions et des vaisseaux spatiaux, y compris les cellules, les ailes et les moteurs. GR5 est largement utilisé pour les pièces d'avion qui doivent résister à des contraintes et des températures élevées.

Traitement chimique:

• La résistance à la corrosion du titane est très bénéfique dans les plantes chimiques qui traitent des substances agressives comme l'acide sulfurique, les chlorures et l'acide chlorhydrique. Les tuyaux en titane GR7 sont utilisés dans les échangeurs de chaleur, les réacteurs et les systèmes de tuyauterie qui nécessitent une résistance élevée aux produits chimiques agressifs.

Industrie marine:

• Les environnements marins sont très corrosifs, avec l'exposition à l'eau de mer et au sel, mettant un immense stress sur les matériaux. Les tubes et les tuyaux en titane, en particulier GR2, offrent une résistance à la corrosion dans l'eau salée et sont utilisés dans la construction navale, les composants sous-marins et les plates-formes d'huile offshore.

Médical:

• La biocompatibilité du titane en fait un choix idéal pour les implants médicaux tels que les remplacements de la hanche, les implants du genou et les implants dentaires. Sa nature légère et forte le rend confortable et fonctionnel dans le corps humain.

Industrie du pétrole et du gaz:

• La capacité du titane à résister aux environnements à haute pression et à haute température le rend crucial pour les applications de forage offshore et d'extraction de pétrole. Les tuyaux en titane GR5 et GR7 sont utilisés dans les pipelines sous-marines, les têtes de puits et les échangeurs de chaleur.

Composition chimique de ASME SB338 TI GR 2 Pipe transparent

Processus de fabrication des tuyaux en titane

Le processus de fabrication des tuyaux en titane implique plusieurs étapes clés pour s'assurer que le produit fini répond aux spécifications requises pour la résistance, la résistance à la corrosion et d'autres caractéristiques critiques. Les tuyaux en titane sont utilisés dans diverses industries, notamment l'aérospatiale, le traitement chimique, la marine et le médical, où les performances et la durabilité sont essentielles. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des processus typiques impliqués dans la fabrication de tuyaux en titane.

Préparation des matières premières

La production de tuyaux en titane commence par du titane brut, qui est généralement obtenu sous forme de billettes ou de lingots. Ceux-ci sont généralement créés à partir de l'éponge de titane (une forme purifiée de titane) à travers le processus de Kroll, qui implique de réduire le tétrachlorure de titane avec du magnésium pour produire du titane métal.

• L'éponge en titane est la principale matière première utilisée pour produire des billettes de titane ou des lingots.
• Les lingots sont ensuite forgés ou roulés dans la forme requise pour un traitement ultérieur dans les tuyaux.

Extrusion ou perçage

Une fois le matériau en titane préparé, l'étape suivante est le processus d'extrusion ou de perçage, qui est utilisé pour former la forme initiale du tuyau.

• Extrusion: Cela implique de forcer des billettes de titane chauffées à travers une matrice pour produire un tube creux. Le processus crée un tuyau avec une épaisseur uniforme et une surface lisse. Cette méthode est souvent utilisée pour les tuyaux de plus petit diamètre et convient aux alliages de titane tels que le grade 2 (titane pur), la 5e année (TI-6AL-4V) et la 7e année (avec palladium).

• Piercing: Si un tuyau de plus grand diamètre est requis, les billettes de titane peuvent être percées pour créer un centre creux, puis étirée à travers un moulin à pilon ou un moulin à tube pour réduire la taille et l'épaisseur aux dimensions souhaitées. Le perçage est plus courant pour les tuyaux et les tubes plus grands.

Pilgerring (dessin à froid)

Après extrusion ou perçage, le tuyau en titane subit souvent un processus de pilère, qui est un processus de dessin à froid où le tuyau est réduit de diamètre et d'épaisseur de paroi tout en maintenant la longueur globale. Le pilage est une étape clé pour atteindre les dimensions de haute précision et améliorer les propriétés mécaniques du tuyau.

• Pendant le pilon, le tuyau est tiré à travers un dé et un mandrin pour le façonner davantage dans les dimensions finales. Ce processus aide également à améliorer la finition de surface et à améliorer les propriétés mécaniques du matériau.

• Le pilage peut être effectué à température ambiante ou des températures élevées, selon les propriétés souhaitées du tuyau.

Traitement thermique

Les tuyaux en titane subissent souvent un traitement thermique pour améliorer leur résistance, leur ductilité et leur résistance à la corrosion. Le processus de traitement thermique peut impliquer un ou plusieurs des éléments suivants:

• Recuit: Cela implique de chauffer les tuyaux en titane à une température spécifique, puis de les refroidir lentement pour soulager les contraintes internes et améliorer l'ouvabilité du matériau. Le recuit améliore également la ductilité du tuyau et aide à prévenir la fissuration lors du traitement ultérieur.

• Recuit des solutions: Dans certains cas, en particulier pour les alliages de titane, les tuyaux sont chauffés à une température où les éléments d'alliage deviennent complètement dissous, et le matériau est rapidement refroidi pour verrouiller la microstructure souhaitée.

• Le soulagement des contraintes: ce processus est utilisé pour réduire les contraintes résiduelles qui peuvent s'être développées au cours des étapes de fabrication précédentes, améliorant l'intégrité globale du tuyau de titane.

Dimensionnement et redressement

Une fois le tuyau extrudé, pilé et traité par la chaleur, il peut subir d'autres processus pour atteindre les dimensions finales et la rectitude.

• Dimensionnement: Le tuyau passe à travers un ensemble de matrices pour affiner son diamètre extérieur et son épaisseur de paroi. Cela garantit que le tuyau en titane répond aux spécifications exactes requises pour l'utilisation finale.

• Redressant: une fois le tuyau formé et dimensionné, il peut avoir de légères virages ou courbes en raison du processus de fabrication. Le redressement est un processus où la force mécanique ou hydraulique est appliquée pour redresser le tuyau et s'assurer qu'elle a une forme uniforme et droite sur toute sa longueur.

Finition:

Une fois que le tuyau a été dimensionné et redressé, il subit souvent plusieurs processus de finition pour atteindre la qualité et l'apparence de la surface souhaitées:

• Polissage: Pour éliminer les défauts de surface et améliorer l'apparence esthétique du tuyau en titane, le polissage est souvent effectué. La surface polie aide également à améliorer la résistance à la corrosion du tuyau, en particulier lorsqu'elle est exposée à des environnements sévères.

• Centre: Les bords du tuyau en titane peuvent être biseautés pour permettre un soudage plus facile, en particulier dans des applications telles que le traitement chimique et l'aérospatiale.

Traitement de surface: Des traitements de surface supplémentaires tels que le décapage (nettoyage d'acide), la passivation (traitement d'oxydation) ou l'anodisation (pour augmenter l'épaisseur de la surface et la résistance à la corrosion) peuvent être appliqués.​ 

Contrôle et test de qualité:Le contrôle de la qualité est une étape critique dans la fabrication de tuyaux en titane. Divers tests sont effectués pour garantir que les tuyaux répondent aux normes et spécifications de l'industrie, telles que ASTM B338 pour les tubes en titane. Ces tests incluent:

• Inspection dimensionnelle: s'assurer que le tuyau répond aux dimensions spécifiées pour le diamètre, l'épaisseur de la paroi et la longueur.

• Test de traction et de limite d'élasticité: pour confirmer la résistance mécanique et la durabilité des tuyaux en titane.

• Test de résistance à la corrosion: s'assurer que le tuyau en titane peut résister aux environnements corrosifs spécifiques pour lesquels il est conçu.

• Rayon X et essais à ultrasons: pour vérifier les défauts internes, tels que les fissures ou les inclusions, qui pourraient compromettre l'intégrité du tuyau.

Emballage et expédition:

Une fois que les tuyaux ont réussi le contrôle de la qualité, ils sont prêts à l'emballage et à l'expédition. Selon les exigences du client, les tuyaux peuvent être:

• Couper à des longueurs spécifiques ou enroulé pour un transport plus facile.
• Enveloppé et protégé des dommages pendant l'expédition, surtout si les tuyaux sont transportés à l'international.

Résumé du processus de fabrication de tuyaux en titane

1. Préparation des matières premières: L'éponge en titane est transformée en billets ou en lingots.
2. Extrusion ou perçage: la billette est extrudée ou percée pour former un tube creux.
3. Pilgerring (dessin à froid): Le tuyau est réduit en taille et en épaisseur par le dessin à froid.
4. Traitement thermique: Le tuyau subit un recuit ou un recuit de solution pour améliorer les propriétés.
5. Dimensionnement et redressement: le tuyau est redimensionné et redressé pour répondre aux spécifications.
6. Finition: le polissage, le biseau et les traitements de surface améliorent la qualité de la surface.
7. Contrôle de qualité et tests: les tuyaux subissent des tests rigoureux pour s'assurer qu'ils répondent aux normes.
8. Emballage et expédition: les tuyaux sont préparés à la livraison aux clients.

La fabrication de tuyaux en titane implique une combinaison d'usinage de précision, de traitement thermique et de techniques de finition de surface qui garantissent que les tuyaux répondent aux normes élevées requises pour les applications critiques. Ce processus se traduit par des tuyaux en titane qui offrent une résistance exceptionnelle, des propriétés légères et une résistance à la corrosion, ce qui en fait des composants essentiels pour des industries comme l'aérospatiale, le traitement chimique et l'ingénierie marine.

Tailles de tube en titane: