Pour la neutralisation des déchets d'usine de cornichons chauffant la soude caustique (10 %) à 95 degrés, pourquoi le titane de grade 7 présente-t-il une résistance supérieure à la fissuration caustique par rapport au grade 2 ?

Dans l'usine de cornichons, la liqueur acide de cornichons (HCl et acides organiques) est neutralisée avec de la soude caustique (10 % NaOH) à des températures allant jusqu'à 95 degrés. Le titane est normalement résistant aux solutions caustiques, mais le grade 2 commercialement pur devient sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte caustique (CSCC) au-dessus de 80 degrés. Le grade 7 (Ti-0,15Pd) a une résistivité beaucoup plus élevée. Cet article décrit les mécanismes de la fissuration caustique et pourquoi le palladium offre de meilleures performances.

Procédure de fissuration caustique
Le titane est sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte transgranulaire dans les solutions caustiques concentrées chaudes. Le mécanisme est basé sur la génération d'espèces de titanate solubles au fond de fissure sous contrainte de traction : TiO₂ + 2OH⁻ → TiO₃²⁻ + H₂O. Le film passif est dissous chimiquement par les ions hydroxyles et la fissure se propage le long des plans de glissement.

La température critique pour le CSCC en grade 2 dans 10 % de NaOH est d'environ 80 à 85 degrés. En dessous de cette température, aucune fissuration ne se produit. Des fissures se développent dans les zones de contrainte de traction (soudures, coudes, expansions des plaques tubulaires) en 100 à 500 heures à des températures supérieures à 85 degrés. Les taux de propagation sont de 0,1 à 1,0 mm par heure une fois démarrés.

Le grade 7 résiste au CSCC car le palladium déplace le potentiel de corrosion vers des potentiels plus nobles, réduisant ainsi la puissance motrice de la production de titanate. Le palladium bénéficie également de la création d'un film passif plus stable et résistant aux hydroxydes.

Comparaison des tests CSCC 1
Test de fissuration par corrosion sous contrainte d'échantillons pliés en U (ASTM G30) : grades 2 et 7 dans 10 % de NaOH à 95 degrés étirés à 300 MPa (rendement approximatif pour le grade 2) :

Grade 2 : Les fissures commencent à apparaître dans les 50 à 150 heures. Les spécimens révèlent de nombreuses fissures transgranulaires. Une fracture complète survient en 200 à 500 heures.

Grade 7 : Aucune fissure observée après 1 000 heures. Les échantillons restent ductiles et ne présentent aucune fissure en surface.

La contrainte seuil pour le CSCC en grade 2 à 95 degrés est d'environ 100 -150 MPa, bien en dessous des contraintes résiduelles dans les soudures (150-250 MPa). La 7e année a un seuil de zéro. Il résiste à la fissuration même à la limite d'élasticité.

Résistance CSCC en fonction de la température
Température (degrés) Résistance CSCC de niveau 2 Résistance CSCC de niveau 7
80 degrés Aucune fissuration (résiste) Résiste Cristallise après 500 à 1 000 heures 85 degrés Résiste à 90 degrés Fissuration, 200 à 500 heures 95 degrés Fissures après 50 à 150 heures Résiste Résiste jusqu'à 120 degrés
100 degrés Fissuration après 20 à 50 heures Fissuration mineure après 1,000+ heures
Matrice d’application des réchauffeurs de neutralisation caustique
Condition de service Concentration en NaOH Température Qualité recommandée Durée de vie prévue (paroi de 1,65 mm)
Neutralisation par lots (intermittente) 10 % 80 degrés Grade 2 5-8 ans
Neutralisation continue 10 % 85 degrés Grade 7 10 + ans
Neutralisation continue 10 % 95 degrés Grade 7 10+ ans
Any service >90°C >10% >90 degrés 7e année requis 10+ ans
Any service with residual stress from welding Any >85 degrés Gr 7 10+ ans
Le titane de grade 7 est utilisé pour la soude caustique à 10 % à 95 degrés pour les besoins de chauffage de neutralisation des déchets de l'industrie des cornichons, en raison de sa meilleure résistance à la fissuration caustique. Le grade 2 échouera à cette température dans 50 -150 heures, quelle que soit l'épaisseur de la paroi. Grade 7 - 10+ ans de service fiable Lors de la commande, veuillez sélectionner le grade 7 avec une surface décapée et des contraintes de soudure atténuées. Pour les systèmes existants de niveau 2 fonctionnant au-dessus de 85 degrés, remplacez-les immédiatement par un système de niveau 7 ou réduisez la température en dessous de 80 degrés. L'augmentation de l'épaisseur de la paroi ou la réduction des contraintes n'empêcheront pas les fissures. Le niveau 2 échouera néanmoins. La dépense initiale plus élevée pour le niveau 7 (30 à 40 % de plus que pour le niveau 2) est compensée par la suppression des défaillances catastrophiques par fissuration et des temps d'arrêt imprévus des systèmes de neutralisation des déchets.