Lorsqu'un élément chauffant électrique en titane est utilisé pour chauffer une liqueur de cornichon usée à base d'acide mixte (chlorhydrique 8 % + fluorhydrique 2 %) à 85 degrés, pourquoi le titane de grade 12 est-il requis quelle que soit l'épaisseur de la paroi ?

Compromis fondamental-dans le choix de la qualité du titane pour le décapage à l'acide mixte
La liqueur de cornichon usée issue de la production d'acier inoxydable comprend 8 % d'acide chlorhydrique (HCl) et 2 % d'acide fluorhydrique (HF) à 85 degrés. Dans ce mélange, HF attaque le revêtement passif de TiO 2 et forme des fluorures de titane solubles, tandis que des ions chlorure agressifs sont fournis par HCl, de sorte que le titane de grade 2 (commercialement pur) se corrode rapidement (taux de corrosion de . 3-8 mm/an pour le grade 2 dans 8 % de HCl + 2 % de HF à 85 degrés perforera une paroi de 2,0 mm en 3 à 8 mois. Le molybdène et le nickel dans le titane grade 12 (Ti-0,3%Mo-0,8%Ni) stabilisent le film passif dans des conditions acides réductrices et complexantes. Le taux de corrosion du grade 12 dans la même solution est de 0,05 à 0,15 mm par an, ce qui est 50 à 100 fois inférieur à celui du grade 2. Cette recherche illustre l'absence de toute épaisseur de paroi réalisable de grade 2 avec une durée de vie acceptable et la nécessité du grade 12 quelle que soit l'épaisseur de la paroi.

Mécanisme d'attaque HF : impact sur l'intégrité mécanique
HF is one of the few acids that assaults titanium aggressively because fluoride ions complex titanium ions, inhibiting the creation of a stable passive coating. The reaction is Ti + 6HF -->TiF_6 ^2- + 2H^+ + 2H_2 . Cette réaction n'est pas une diffusion-limitée mais une réaction chimique, et le taux de corrosion ne dépend pas du film passif mais uniquement de la surface métallique exposée. Les tests d'immersion ASTM G31 montrent que le titane de grade 2 a un taux de corrosion dans 8 % HCl + 2 % HF à 85 degrés de 5 mm par an (typique). La cinétique linéaire s'applique. ré=k * t. Pour une durée de vie de 5 ans, l'épaisseur de paroi requise serait de 25 mm-, ce qui n'est pas réalisable pour la production de tubes chauffants.

Le titane de grade 12 contient 0,3 % de molybdène et 0,8 % de nickel. Le molybdène renforce la résistance du film passif aux acides réducteurs en produisant des oxydes de molybdène (MoO 2 , MoO 3 ) non sensibles à la complexation du fluorure. Le nickel améliore la recombinaison cathodique de l'hydrogène, ce qui minimise l'absorption de l'hydrogène et évite la fragilisation par les hydrures. Pour le même acide mélangé, le taux de corrosion du grade 12 est de 0,10 mm par an. Pour une durée de vie de 5 ans, une épaisseur de paroi de 1,0 mm (surépaisseur de corrosion de 0,5 mm + 0.5 mm structurelle) est nécessaire et est tout à fait réalisable.

Effet sur les performances thermiques : uniforme d’un niveau à l’autre
Conductivité thermique Les grades 2 et 12 ont une conductivité thermique similaire (grade 2 : 17 W/m·K ; grade 12 : 14,5 W/m·K à 85 degrés). La conductivité inférieure de 15 % du grade 12 augmente la perte de température conductrice d'environ 0,3 degré pour un mur de 1,5 mm, ce qui est négligeable. Il n’y a donc aucune pénalité thermique lors du passage au grade 12.

Synthèse de compromis : 12e année requise
Taux de corrosion de qualité (8 % HCl + 2 % HF, 85 degrés) Mur requis pour une durée de vie de 5 ansFaisabilité de fabrication recommandée ?
Grade 2 (Ti-CP) 5,0 mm/an 25 mm Impossible Non
Grade 2 (Ti-CP) avec facteur de sécurité 3x5,0 mm/an 75 mm Non Impossible
Grade 7 (Ti-0,15 % Pd) 2,0 mm/an 10 mm Impossible (impossible de plier un mur de 10 mm)Non
Grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,10 mm/an 1,0 – 1,2 mm Oui Oui
12e année (plus épais pour la marge) 0,10 mm/an 1,5 mm Oui Oui (recommandé)
Même le bon grade 7 (Ti-Pd) se corrode dans les combinaisons contenant du HF- à un rythme de 2,0 mm par an, car le palladium ne résiste pas à la complexation du fluorure. Seuls les alliages à base de molybdène- (grade 12 ou supérieur) offrent une résistance suffisante.

Après-Traitement des soudures et ingénierie de l'état des surfaces : plus qu'une simple note
La surface doit être exempte de contamination par le fer et de teinte thermique pour atteindre la résistance à la corrosion nominale de grade 12 dans l'acide HCl-HF combiné. Le revêtement oxydé peut être enlevé et la résistance à la corrosion restaurée par un décapage post-soudure dans une solution à 10 % HNO₃ + 2 % HF (le même mélange d'acides) pendant 5 à 10 min. Le grade 12 nécessite une attention particulière aux zones de soudure, la zone affectée thermiquement (HAZ) peut avoir une teneur en molybdène quelque peu réduite en raison de la ségrégation. La HAZ retrouve sa pleine résistance à la corrosion et la microstructure est homogénéisée par recuit post-soudage à 650 degrés pendant 1 heure. Sans recuit, la ZAT peut se corroder 2 à 3 fois plus rapidement que le métal de base, laissant une paroi de 1,5 mm avec une durée de vie effective de 3 à 4 ans au lieu de 15+.

Conclusion : épaisseur de paroi requise pour la 12e année
Si vous chauffez de la liqueur de cornichon usée acide mélangée (8 % HCl + 2 % HF) à 85 degrés avec un élément chauffant électrique en titane, vous devez utiliser du titane de grade 12, quelle que soit l'épaisseur de paroi dont vous disposez. Les grades 2 et 7 se corroderont à un rythme de 2 à 8 mm par an, de sorte que toute épaisseur de paroi pratique (inférieure à 5 mm) ne conviendra pas à un service sur plusieurs -années. Le grade 12, 0,3 % de molybdène, 0,8 % de nickel se corrode à raison de 0,05 à 0,15 mm par an, donc un mur normal de 1,2 à 1,5 mm aura une durée de vie de 8 à 15 ans. La spécification recommandée concerne les tubes en titane de qualité 12 sans soudure, avec une épaisseur de paroi de 1,5 mm, ainsi que le décapage et le recuit après soudure de tous les joints de soudure. Fournir au fabricant les concentrations spécifiques de HF et de HCl pour vérifier le taux de corrosion. Une fois le grade approprié sélectionné (grade 12), l’épaisseur de la paroi est une variable secondaire. Les acides contenant du HF- ne doivent jamais être classés dans la catégorie 2, quelle que soit l'épaisseur de la paroi.