1. La norme et son champ d'application : que désigne l'ASME SB348 et comment les GR1, GR2, CP2 et CP4 s'y intègrent-ils ?
ASME SB348 est la désignation de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) pour la spécification standard relative aux « barres et billettes en titane et en alliage de titane ». Il est fonctionnellement identique à l'ASTM B348 mais est spécifiquement adopté pour être utilisé dans le code ASME des chaudières et des appareils à pression (BPVC). Cette adoption est essentielle car elle signifie que les matériaux conformes au SB348 sont approuvés pour une utilisation dans la conception et la construction d'équipements sous pression, tels que des récipients, des échangeurs de chaleur et des systèmes de tuyauterie.
Les qualités en question sont toutes du titane commercialement pur (CP), différenciées par leur résistance, qui est contrôlée par leur teneur en oxygène et en fer.
GR1 (Grade 1) : La nuance CP la plus ductile et la plus douce. Offre la formabilité et la résistance aux chocs les plus élevées, mais la résistance la plus faible.
GR2 (Grade 2) : Le grade CP standard et le plus largement utilisé. Il offre un équilibre optimal entre résistance, ductilité et résistance à la corrosion. C’est le cheval de bataille de l’industrie des procédés chimiques.
CP2 : Il s'agit d'une désignation plus ancienne et héritée qui est essentiellement équivalente au GR2 moderne. Vous trouverez généralement « GR2 » sur les rapports d'essais des usines contemporaines.
CP4 / GR4 (Grade 4) : La plus résistante des qualités CP non alliées. Il est utilisé lorsque la résistance à la corrosion du titane pur est requise, mais que la conception exige une résistance supérieure à celle que le GR2 peut fournir.
La forme « barre ronde » est un produit semi-fini fondamental-utilisé pour l'usinage de composants tels que les brides, les tiges de vannes, les arbres de pompe et les fixations pour les systèmes sous pression.
2. Le choix du concepteur d'appareils sous pression : comment un concepteur choisit-il entre GR1, GR2 et GR4 pour un récipient conforme au code ASME ?
La sélection est un compromis d'ingénierie classique-entre résistance à la corrosion, résistance et fabricabilité, le tout dans le cadre du code ASME.
Choisissez ASME SB348 GR1 lorsque :
Une résistance maximale à la corrosion est primordiale : sa ductilité supérieure se traduit souvent par une meilleure résistance dans certains milieux agressifs et une plus grande marge pour les opérations de formage.
Une formabilité extrême est requise : pour les composants nécessitant un formage à froid sévère, tels que les-têtes embouties profondément ou les coudes en U- complexes dans les tubes d'échangeur de chaleur, la faible résistance et l'allongement élevé du GR1 sont idéaux.
L'application n'est pas très sollicitée : elle convient au revêtement, aux déflecteurs ou aux tubes dans les services à basse-pression.
Choisissez ASME SB348 GR2 lorsque :
Vous avez besoin du "meilleur-performant standard" : il s'agit du choix par défaut pour la grande majorité des applications. Il offre une excellente combinaison de :
Résistance adéquate pour la plupart des conceptions-retenant la pression.
Excellente résistance à la corrosion.
Bonne soudabilité et formabilité.
Applications typiques : tuyauterie de procédés chimiques, coques et plaques tubulaires d'échangeurs de chaleur, coques de cuves et buses dans les services impliquant des chlorures, de l'eau de mer et des acides oxydants.
Choisissez ASME SB348 GR4 lorsque :
Une résistance plus élevée est nécessaire mais un alliage n'est pas justifié : si un composant conçu en GR2 donne lieu à une paroi très épaisse et lourde, le passage au GR4 permet une réduction de l'épaisseur et du poids de la paroi tout en conservant l'excellent profil de corrosion du titane pur.
Pour éviter l'utilisation d'un alliage-coûté plus élevé : il constitue une solution rentable-pour combler l'écart entre le GR2 et les alliages de titane plus chers comme le Gr5 (Ti-6Al-4V).
Applications : récipients à pression-supérieure, réacteurs-à parois épaisses et fixations pour lesquelles la résistance GR2 est insuffisante.
La conception finale est régie par l'ASME Section II (propriétés des matériaux) et la Section VIII (règles de conception), qui fournissent des valeurs de contrainte admissibles pour chaque qualité à différentes températures.
3. Résistance à la corrosion en service industriel : les propriétés de corrosion de ces qualités CP sont-elles différentes et comment cela influence-t-il la sélection ?
Toutes les qualités de titane commercialement pures (GR1, GR2, GR4) tirent leur résistance à la corrosion du même mécanisme : une couche d'oxyde superficielle stable, adhérente et auto-cicatrisante (principalement TiO₂). Leur résistance générale à la corrosion dans la plupart des environnements est donc très similaire.
Les différences critiques ne proviennent pas d'un changement dans la stabilité inhérente de la couche d'oxyde, mais de la réponse du matériau aux facteurs mécaniques et de fabrication influencés par sa résistance et sa ductilité.
Résistance à l'érosion-Corrosion : dans les services à haute-vitesse (par exemple, turbines de pompe, buses d'entrée), le GR4 plus dur et plus résistant peut offrir une résistance légèrement meilleure à l'érosion-corrosion par rapport aux GR1 et GR2 plus doux.
Résistance à la corrosion caverneuse : Dans les crevasses étroites (sous les joints, dépôts) dans les solutions de chlorure chaudes, toutes les qualités CP peuvent être sensibles. Cependant, la ductilité supérieure du GR1 peut parfois offrir un léger avantage en permettant au matériau de se déformer et de réduire l'étanchéité de la crevasse. Pour les applications sévères de corrosion caverneuse, une qualité améliorée au palladium-comme le GR7 est souvent nécessaire.
Fabrication-Vulnérabilité induite par la fabrication : lors du soudage et du formage, des contraintes résiduelles peuvent être introduites. Dans un état de forte contrainte, le matériau peut être plus sensible à certaines formes de corrosion, comme la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC), bien que le titane soit très résistant. La résistance plus élevée du GR4 entraîne des contraintes résiduelles plus élevées pour la même déformation, ce qui est à prendre en compte dans les environnements agressifs.
Aperçu de la sélection : Pour la plupart des services chimiques standards (eau de mer, chlorates, nitrates), les performances de corrosion des GR1, GR2 et GR4 sont effectivement identiques. Le choix est donc motivé par des exigences de conception mécanique plutôt que par une différence significative de résistance chimique.
4. Fabrication pour la conformité au code : quelles sont les principales considérations en matière de soudage et de formage pour les barres de titane SB348 CP dans les projets ASME ?
La fabrication de titane CP pour les projets de tampons ASME nécessite le strict respect des procédures visant à maintenir la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques du matériau.
Soudage (GTAW/TIG est standard) :
Excellente soudabilité : Toutes les qualités CP (GR1, GR2, GR4) sont considérées comme excellentes pour le soudage. Ils ne sont pas sujets aux fissures après-soudure.
L'exigence absolue : le blindage. Le facteur le plus critique est de protéger la flaque de soudure fondue et la zone chaude affectée par la chaleur (ZAT) de la contamination atmosphérique par l'air (oxygène et azote). Cela nécessite :
Blindage primaire : Argon ou hélium de haute-pureté provenant de la torche TIG.
Bouclier anti-fuite : dispositif fixé à la torche pour inonder le cordon de soudure de refroidissement avec un gaz inerte.
Purge arrière : Le côté racine de la soudure doit être purgé avec de l'argon pour éviter l'oxydation de la face inférieure.
Métal d'apport : Le métal d'apport correspond généralement à la qualité du métal de base (par exemple, ERTi-2 pour le soudage GR2). Cependant, il est courant et acceptable d'utiliser un métal d'apport d'une qualité inférieure en résistance (par exemple, ERTi-2 pour le soudage GR4) pour maximiser la ductilité de la soudure. Cela doit être spécifié dans les spécifications de procédure de soudage (WPS).
Formage et pliage :
Formage à froid : toutes les qualités CP sont facilement formées à froid-. GR1, avec sa ductilité la plus élevée, est le meilleur pour les opérations de formage sévères. GR2 convient à la plupart des pliages et formages. Le GR4, étant le plus résistant, nécessite des forces de formage plus importantes et a plus de retour élastique.
Formage à chaud : pour les formes plus complexes, le formage à chaud est effectué entre 425 degrés - 650 degrés (800 degrés F - 1200 degrés F). Cela doit être fait dans un four avec une atmosphère légèrement oxydante ou inerte pour éviter la captation d'hydrogène, qui peut fragiliser le titane.
Toutes les activités de fabrication, en particulier le soudage, doivent être effectuées conformément à un WPS qualifié selon la section IX de l'ASME.
5. Vérification et certification des matériaux : quels documents et quels tests sont requis pour qu'une barre en titane ASME SB348 soit utilisée dans un récipient estampillé ?
L'utilisation de tout matériau dans un récipient estampillé du code ASME-exige une vérification rigoureuse pour garantir qu'il est conforme à la norme spécifiée. Celle-ci est fournie par le fabricant/fournisseur du matériau sous la forme d'une documentation spécifique.
1. Certificat de conformité (C of C) : Un document du fournisseur attestant que le matériau est conforme aux exigences de l'ASME SB348 et à la qualité spécifiée. Il s'agit du niveau minimum de certification.
2. Rapport de test d'usine (MTR) / Certificat de conformité : Il s'agit du document crucial et généralement requis. Un MTR n’est pas un simple certificat ; il s'agit d'un rapport détaillé contenant les résultats de tests réels du lot de matériaux (chaleur) à partir duquel la barre a été produite. Il doit comprendre :
Numéro de chauffe : un identifiant unique offrant une traçabilité complète jusqu'à la fonte d'origine.
Analyse chimique : résultats réels pour tous les éléments spécifiés dans SB348 pour la nuance (par exemple, Ti, O, Fe, N, C, H).
Propriétés mécaniques : résultats réels des tests de tension (résistance à la traction, limite d'élasticité, allongement) effectués sur des échantillons soumis à la même chaleur et dans les mêmes conditions.
Tests supplémentaires : si cela est spécifié dans le bon de commande, les résultats de tests supplémentaires tels que des tests d'aplatissement (pour les tubes) ou des tests de dureté peuvent être inclus.
3. Identification du matériau : la barre physique elle-même doit être marquée avec les informations pertinentes, généralement à l'aide d'un estampage ou d'étiquettes à faible contrainte, notamment :
Nom ou logo du fabricant
Spécification (par exemple, ASME SB348)
Niveau (ex : GR2)
Numéro de chaleur
Taille
Le fabricant du navire est responsable de l'examen du MTR pour vérifier sa conformité avant que le matériau ne soit utilisé dans la construction. L'inspecteur représentant le détenteur du timbre « U » ou « UM » vérifiera ces dossiers dans le cadre de sa surveillance. Cette chaîne rigoureuse de documentation et de traçabilité est fondamentale pour la sécurité et la fiabilité des équipements sous pression ASME.
