Dans les lignes de décapage utilisant un mélange d'acides HNO₃-HF à 50 degrés, à quelle fréquence les tubes chauffants en titane de qualité 2 doivent-ils être inspectés pour détecter une attaque intergranulaire après 5 000 heures de fonctionnement ?

Des solutions mixtes d'acide nitrique-fluorhydrique sont utilisées dans les lignes de décapage de l'acier inoxydable et des alliages de titane pour éliminer le tartre d'oxyde et les impuretés de surface. Les formulations typiques comprennent 10 à 20 % de HNO3 et 1 à 5 % de HF à 40 à 60 degrés. Le titane de grade 2 est souvent utilisé pour les thermoplongeurs de ces lignes car il crée une couche passive d'acide nitrique. Mais la présence d’acide fluorhydrique (HF) modifie fondamentalement le mécanisme de corrosion. HF attaque le titane en dissolvant le film passif sous forme d'hexafluorotitanate soluble (TiF6 2- ) . Le HF peut attaquer les joints de grains provoquant une attaque intergranulaire (IGA). Contrairement à la corrosion uniforme, l'IGA progresse le long des joints de grains avec peu de changements visibles à la surface jusqu'à ce que les grains soient sous-dépoulés et tombent. Sur la base des taux de pénétration IGA mesurés après 5 000 heures de service dans des lignes de décapage mixtes HNO3-HF, le document propose des intervalles d'inspection pour les tubes chauffants en titane de grade 2.

Mécanisme d'attaque des limites des grains dans les acides contenant du HF-
Les acides mixtes HNO3-HF sont oxydants et passiveraient normalement le titane, mais le HF forme un composé avec les ions titane et empêche la formation d'un film. Le mécanisme de corrosion se transforme en dissolution active. Le taux de dissolution augmente aux limites des grains en raison des facteurs suivants : ségrégation des impuretés (fer, carbone, oxygène) aux limites des grains ; augmentation de l'énergie de déformation aux joints de grains ; et attaque préférentielle d'orientations cristallographiques particulières.

Pour le titane de grade 2 (commercialement pur et à faible teneur en alliages), les zones limites des grains sont légèrement plus réactives que l'intérieur des grains. Le taux de dissolution des joints de grains est 3 à 10 fois supérieur au taux de corrosion général à 50 degrés et aux concentrations de HF supérieures à 0,5 %. Après une longue exposition, un tube qui ne semble que légèrement gravé en surface peut présenter des rainures de 50 à 100 µm de profondeur aux limites des grains. Lorsque ces rainures atteignent une profondeur suffisante (généralement 30 à 50 % de l’épaisseur de la paroi), des grains peuvent tomber et des piqûres se forment et perforent rapidement le tube.

Taux de pénétration mixte HNO₃-HF IGA
Les données quantitatives sur la pénétration de l'IGA sont obtenues à partir de tests d'immersion contrôlés d'échantillons de titane de grade 2 (recuit, granulométrie de 20 à 40 µm) dans des formulations d'acide de décapage à 50 degrés. Les échantillons exposés ont été sectionnés et la profondeur maximale d'attaque des joints de grains a été mesurée métallographiquement.

Le taux de corrosion général est de 0,3 à 0,5 mm/an dans 15 % HNO₃ + 3 % HF à 50 degrés (bain de décapage moyen en acier inoxydable). L'IGA pénètre à un rythme de 1,5 à 2,5 mm chaque année - 5 fois plus rapidement. Après 5 000 heures (environ 7 mois de fonctionnement continu), la pénétration IGA calculée est de 0,9 à 1,4 mm. Pour un tube à paroi standard de 1,65 mm, cela s'applique à 55 à 85 % de la consommation de paroi d'IGA, ce qui signifie que le tube présente un risque élevé de perte de grains et de perforation.

Le taux de corrosion habituel pour 10 % HNO3 + 1 % HF (moins agressif, utilisé pour le décapage des alliages de titane) est de 0,08 à 0,12 mm/an. Le taux de pénétration de l'IGA est de 0,3 à 0,5 mm/an. La pénétration de l'IGA est de 0,17 à 0,29 mm après 5 000 heures, soit environ 10 à 18 % d'un mur de 1,65 mm. C'est important mais pas urgent."

Le taux de corrosion général dans 20 % de HNO₃ + 5 % de HF (décapage agressif à haut-débit) est de 0,8 à 1,2 mm/an tandis que le taux de pénétration de l'IGA est de 4 à 6 mm/an. Toute épaisseur de paroi réalisable serait complètement perforée par une pénétration IGA de 2,3 à 3,4 mm après 2 000 à 3 000 heures après 5 000 heures.

Configuration de l'intervalle d'inspection
La fréquence d'inspection est basée sur une pénétration de 30 % de l'IGA dans l'épaisseur de la paroi, auquel cas le risque de perte de grain est élevé. Pour un tube à paroi de 1,65 mm, 30 % équivaut à une profondeur IGA de 0,5 mm.

Sur la base des taux de pénétration IGA ci-dessus, le temps nécessaire pour une profondeur IGA de 0,5 mm est :

Pour 15 % HNO3 + 3 % HF 0,5 mm/(1,5-2,5 mm/an)=0.2-0.33 an=1, 750-2 900 h. Inspection recommandée à 2 000 heures (environ . 3 mois).

Pour 10 % HNO₃ + 1 % HF : 0,5 mm/(0,3-0,5 mm/an)=1.0-1.67 an=8, 800-14 600 h 8 000 heures (environ 11 mois) OK pour inspection

La pénétration de l'IGA est déjà de 0,9 à 1,4 mm (paroi de 55 à 85 %) pour un tube qui a travaillé 5 000 heures dans un bain 15/3. Mettez immédiatement le tube hors service, quelle que soit son apparence extérieure. Pour un bain 10/1, 5 000 heures correspondent à 0,17-0,29 mm IGA. À ce stade, une inspection doit être effectuée pour mesurer la pénétration réelle et prévoir la durée de vie restante.

Intervalles d’inspection de la matrice d’application
Composition des acides de décapage Température Taux de pénétration (mm/an) de l'IGA Grade 2Durée jusqu'à 30 % de pénétration dans la paroi (tube de 1,65 mm)Première inspection Méthode d'inspection recommandée
10 % HNO3 + 1 % HF 50 degrés 0.3-0.5 8, 800 à 14 600 heures 5 000 à 6 000 heures Mesure de paroi par ultrasons + réplication métallographique
10 % HNO3 + 2 % HF 50 degrés 0.8-1.2 3, 700 à 5 500 heures 3 000 à 4 000 heures Ultrasons + courants de Foucault 15 % HNO3 + 3 % HF 50 degrés 1.5-2.5 1, 750 à 2 900 heures 2 000 heures Géométrie IGA Ultrasons peu fiable Retirer et séparer
20 % HNO₃ + 5 % HF 50 degrés 4.0-6.0 700-1, 100 heures 500 heures Non recommandé pour le niveau 2 ; utiliser Grade 7 ou Hastelloy
Toute composition à 60 degrés (contre 50 degrés) 60 degrés Taux 2-3x à 50 degrés 2-3 fois la réduction de l'intervalle Ajuster selon les besoins Comme ci-dessus Méthodes d'inspection de détection IGA
L’assaut aux limites des grains ne génère pas de perte de paroi douce et parallèle, de sorte que la mesure d’épaisseur par ultrasons conventionnelle n’est généralement pas appropriée pour l’IGA. Le signal ultrasonore peut être réfléchi par les rainures limites des grains les plus profondes, mais les grains intermédiaires peuvent toujours être attachés. Une lecture d'épaisseur de 1,2 mm (signal vers la rainure la plus profonde) peut se produire avec des grains qui se sépareront à 0,8 mm de la paroi restante réelle.

Les moyens plus fiables incluent :

Réplication métallographique : Une section de la surface du tube polie et gravée est répliquée sur de l'acétate de cellulose et l'attaque des limites de grains peut être examinée au microscope sans couper le tube. Les répliques peuvent détecter des profondeurs IGA de 20 à 30 µm et moins.

Tests par courants de Foucault Les courants de Foucault à haute fréquence (100-500 kHz) sont sensibles aux discontinuités aux limites des grains et peuvent être utilisés pour cartographier la gravité de l'IGA sur les surfaces des tubes.

Coupe et mesure directe. Pour les applications essentielles, un élément chauffant est retiré à l'intervalle nécessaire et des sections transversales sur plusieurs sites (sections droites, coudes, soudures) sont coupées et la profondeur IGA mesurée sous un métallographe. Cela fournit des données définitives pour la prédiction de la durée de vie restante.

L'inspection des tubes chauffants en titane de qualité 2 pour les lignes de décapage avec un mélange de 15 % HNO3 + 3 % HF à 50 degrés est requise après 2 000 heures (environ 3 mois de fonctionnement continu). En règle générale, après 5 000 heures, la pénétration de l'IGA représente 55 - 85 % d'une paroi de 1,65 mm et le tube doit être remplacé. Pour les formulations moins agressives à 10 % HNO3 + 1% HF, un examen après 5 000 heures est raisonnable. La réplication métallographique doit être utilisée pour déterminer la profondeur de l’IGA. Le remplacement doit être effectué lorsque la profondeur de l'IGA dépasse 0,5 mm. Le titane grade 2 n'est pas conseillé pour les formulations acides où HF > 3 % ou températures > 50 degrés. Le grade 7 (résistance IGA 2 à 3 fois plus forte) ou l'Hastelloy C-276 doivent être fournis. Demandez des tubes recuits avec une granulométrie fine (ASTM 7-8, 20-25 µm) lors de l'achat, car ils ont des taux d'IGA inférieurs à ceux des matériaux à gros grains.