In Grade 2 titanium, inclusions-primarily Ti₂Fe particles-act as pitting initiation sites. ASTM E45 classifies inclusions by type: Type A (sulfides, rare in titanium), Type B (aluminates), Type C (silicates), and Type D (globular oxides). In titanium, iron-rich inclusions (Type D) are most common and most detrimental. Higher inclusion content correlates directly with higher pitting density in bromine solutions at 50°C. A severe inclusion rating (E45 rating >2) entraîne une densité de piqûres 5 à 10 fois supérieure à celle d'un matériau propre (classement E45<1). The correlation follows a power law, with pitting density approximately proportional to the inclusion density raised to the 0.7 power.

Le mécanisme d'inclusion-Piquage induit dans les solutions de brome

Dans 0,5% de brome (Br₂) à 50 degrés, la solution est oxydante mais peu passivante. Les particules cathodiques de Ti₂Fe créent des cellules galvaniques avec la matrice de titane environnante. La matrice de titane devient l'anode et se dissout localement à l'interface particule -matrice. Une fois qu’une fosse s’ouvre, le brome (un puissant oxydant) entraîne une propagation rapide. La profondeur de la fosse augmente linéairement avec le temps. Les inclusions supérieures à 2 µm sont particulièrement néfastes car elles créent des couples galvaniques plus importants. Les inclusions regroupées créent des zones de corrosion qui se chevauchent, formant des piqûres plus grandes.

Densité quantitative de piqûres en fonction de l'indice d'inclusion

Des tests contrôlés dans 0,5 % de Br₂ à 50 degrés pendant 500 heures ont établi les densités de piqûres suivantes pour les tubes en titane de grade 2 avec divers indices d'inclusion ASTM E45. Pour un indice d'inclusion inférieur à 0,5 (très propre, refondu à l'arc sous vide), la densité des particules de Ti₂Fe est inférieure à 50 particules par mm², la densité de piqûres est de 5 à 20 piqûres par cm² et la profondeur maximale des piqûres est de 20 à 50 µm. Pour un indice de 0,5 à 1,0 (propre), la densité des particules est de 50 à 150 par mm², la densité de piqûres est de 20 à 60 piqûres par cm² et la profondeur des piqûres est de 40 à 100 µm. Pour une note de 1,0 à 1,5 (modérée), la densité des particules est de 150 à 300 par mm², la densité de piqûres est de 50 à 150 piqûres par cm² et la profondeur des piqûres est de 80 à 180 µm. Pour un indice de 1,5 à 2,0 (modéré à fort), la densité des particules est de 300 à 600 par mm², la densité de piqûres est de 100 à 300 piqûres par cm² et la profondeur des piqûres est de 120 à 250 µm. Pour un indice supérieur à 2,0 (lourd), la densité des particules dépasse 600 par mm², la densité des piqûres est de 200 à 500 piqûres par cm² et la profondeur des piqûres est de 200 à 400 µm.

Type d’inclusion et gravité des piqûres

Différents types d'inclusions ont une gravité de piqûres différente. Les inclusions de type A (sulfures) sont très rares dans le titane et ont une faible gravité des piqûres (gravité relative 0,2). Les types B (aluminates) sont également rares et de faible gravité (0,3). Le type C (silicates) se produit occasionnellement à la suite d'une contamination par creuset et a une gravité modérée (0,6). Le type D (oxydes globulaires, principalement Ti₂Fe) est courant dans le titane de grade 2 et a une sévérité élevée (1,0). La densité totale de piqûres est approximativement la somme des contributions de chaque type d'inclusion pondérée par son facteur de gravité.

Guide de contrôle d’inclusion pour le service Brome

Le tableau suivant fournit les indices d'inclusion ASTM E45 maximum autorisés et les densités de particules pour les tubes chauffants en titane de grade 2 dans 0,5 % de brome à 50 degrés, en fonction de la densité de piqûres et de la durée de vie souhaitées.

L'ingénierie au-delà du contrôle de l'inclusion

La qualité du titane affecte le comportement aux piqûres. Le grade 7 (palladium-stabilisé) a une teneur en inclusions similaire à celle du grade 2, mais le palladium modifie le comportement galvanique, réduisant la densité de piqûres de 50 à 70 % pour la même distribution d'inclusions. Le grade 1 a une teneur en fer plus faible (0,08 % maximum) et intrinsèquement moins d'inclusions de Ti₂Fe. L'épaisseur de la paroi fournit une marge de pénétration dans la fosse ; une paroi de 2,0 mm avec des creux de 100 µm a 95 % de sa paroi restante. La finition de la surface du tube affecte l'amorçage de la fosse ; l'électropolissage enlève une fine couche superficielle, exposant moins d'inclusions. Le recuit à l'hydrogène à 700 degrés peut sphéroïdiser les particules de Ti₂Fe, réduisant ainsi leur rapport d'aspect et la gravité des piqûres.

Faire une spécification éclairée

Pour un tube chauffant en titane dans 0,5 % de brome à 50 degrés, spécifiez un indice d'inclusion ASTM E45 inférieur à 1,0 (propre). Nécessite un matériau refondu à l'arc sous vide (VAR) pour obtenir une faible teneur en inclusions. Demander un examen métallographique d'un échantillon représentatif à un grossissement de 500×, avec certification que la densité des particules de Ti₂Fe est inférieure à 150 particules par mm² et qu'aucune particule ne dépasse 5 µm de diamètre. Pour les applications critiques, spécifiez du titane grade 1 ou du titane grade 7. Lors de l'inspection à l'arrivée, effectuez un test de piqûre rapide en immergeant un échantillon dans 0,5 % de Br₂ à 50 degrés pendant 168 heures et examinez-le sous un grossissement de 50 × ; rejeter le lot si la densité de piqûres dépasse 50 piqûres par cm². En contrôlant la teneur en inclusions comme paramètre de qualité, l'ingénieur minimise la densité de piqûres dans le service du brome.