Contrôle de la teneur en hydrogène, éléments essentiels du processus de traitement thermique des raccords de tuyauterie en titane

L'hydrogène est la principale impureté nocive qui restreint la fiabilité du service degarnitures de tuyauterie en titane. Une absorption excessive d’hydrogène forme facilement de l’hydrure de titane cassant, induisant des fissures de fragilisation par l’hydrogène. Le traitement thermique est le processus clé pour réguler la structure métallographique des tuyaux, éliminer l'excès d'hydrogène et équilibrer les propriétés mécaniques.

 

 

1. Dommages causés par un excès d’hydrogène

Le titane absorbe facilement l'hydrogène à des températures supérieures à 300 degrés. L'hydrogène sursaturé précipite sous forme d'hydrure de titane fragile, qui se dilate en volume et génère des contraintes internes, entraînant des microfissures sur la paroi interne, les soudures et les zones de contraintes, et finalement provoquant une fracture par fragilisation par l'hydrogène.

 

Limites de contrôle de la teneur en hydrogène: titane industriel/Gr5 : Inférieur ou égal à 0,015 % en poids ; raccords de tuyauterie pour l'aérospatiale : inférieur ou égal à 0,010 % en poids ; Énergie hydrogène et tuyaux en titane-de haute mer : inférieur ou égal à 0,008 % en poids.

 

2. Contrôle à la source de l’absorption d’hydrogène dans l’ensemble du processus

• Contrôle des matières premières : Adoptez des billettes de fusion à l'arc consommables sous vide,-inspectez à nouveau la teneur en hydrogène des matériaux entrants et contrôlez strictement les taches d'eau, les taches d'huile et la rouille sur les matières premières pour bloquer l'hydrogène primaire à la source.
• Protection pendant le formage et le traitement

Décapage : passez à une formule à faible teneur en acide nitrique-acide fluorhydrique, raccourcissez le temps de trempage, puis lavez et séchez complètement après le décapage pour éviter la perméation de l'hydrogène induite par l'acide résiduel-.

Laminage et étirage à froid : utilisez une huile lubrifiante sans hydrogène-, contrôlez strictement les bosses et les rayures du traitement pour éviter d'endommager le film protecteur en titane et l'absorption ultérieure d'hydrogène.

• Contrôle de l'humidité pendant le traitement thermique: Sécher le corps du four et assurer son étanchéité ; la teneur en vapeur d'eau et en oxygène dans le four à argon doit être inférieure ou égale à 10 ppm. Dégraisser les pièces avec de l'acétone et de l'éthanol anhydre, et interdire l'utilisation d'hydrocarbures halogénés et de méthanol pour éviter le dégagement d'hydrogène lors du chauffage.

 

3. Mesures correctives en cas d'excès d'hydrogène

• La déshydrogénation par recuit sous vide-à haute température est adoptée pour les tuyaux en titane contenant un excès d'hydrogène : sous un vide de<0.066 Pa, hold at 540–760°C for 2–4 hours followed by furnace slow cooling.
• La température élevée favorise la diffusion et la précipitation de l'hydrogène pour répondre à la norme, qui est une méthode de reprise courante pour les tuyaux en titane aérospatiaux.

 

 

1. Titane commercialement pur Gr1 et Gr2

• Recuit de détente: Maintenir à 520-580 degrés pendant 60-120 minutes, suivi d'un refroidissement lent sous vide/argon. Il élimine les contraintes résiduelles de traitement, évite les fissures par absorption d'hydrogène induites par la corrosion sous contrainte-, maintient la résistance et la précision et est utilisé pour les canalisations d'approvisionnement et de drainage de produits chimiques et d'eau.
• Recuit complet: Maintenir à 650-720 degrés pendant 90-180 minutes suivi d'un refroidissement du four. Il élimine l'écrouissage, affine les grains équiaxes, améliore la plasticité, facilite le cintrage et l'évasement des tuyaux et élimine accessoirement les traces d'hydrogène absorbées.

 

2. Alliage de titane Gr5

• Recuit complet conventionnel: Maintenir à 800–850 degrés pendant 1 à 2 heures suivi d'un refroidissement à l'air pour obtenir une microstructure équiaxiale + fine avec une résistance et une ténacité équilibrées et une résistance à la fragilisation par l'hydrogène, principalement utilisée pour les pipelines de pétrole, de gaz et d'échange de chaleur.
• Traitement en solution et vieillissement: Traitement en solution à 920-950 degrés suivi d'une trempe à l'eau, puis vieillissement à 480-530 degrés pendant 3 à 5 heures, avec une résistance supérieure à 900 MPa. Le traitement au four sous vide permet d'obtenir simultanément un renforcement et un contrôle/déshydrogénation de l'hydrogène.
• Double recuit : Refroidissement par air à 920 degrés + maintien et refroidissement lent à 700 degrés, ce qui inhibe la formation d'hydrure et convient aux raccords de tuyauterie à haute pression-d'énergie en mer profonde et à l'hydrogène-.

 

3. Prévention de l’oxydation et de l’absorption d’hydrogène pendant le traitement thermique

• Privilégier le traitement thermique sous vide au-dessus de 540 degrés ; les fours à air ordinaires ne sont utilisés que pour les tuyaux bas de gamme-, et la couche d'oxyde doit ensuite être éliminée par usinage.
• L'acier au carbone ne doit pas être mélangé dans le four pour éviter la corrosion galvanique et la fragilisation par absorption d'hydrogène des matériaux en titane causées par les impuretés de fer.

 

 

1. Propriétés mécaniques

• La résistance à la traction du titane pur est de 350 à 500 MPa et celle du Gr5 recuit est de 830 à 900 MPa, avec une densité de seulement 60 % de celle de l'acier, permettant des tuyaux légers. Le Gr5 vieilli a une résistance supérieure à 1 000 MPa, adapté aux pipelines aérospatiaux à haute pression-.
• Les tubes en titane à teneur en hydrogène qualifiée et recuit standardisé ont un taux d'allongement supérieur ou égal à 15%, facilitant le cintrage à froid ; la structure à grains fins-offre une résistance à la fatigue, adaptée aux échangeurs de chaleur. Un excès d'hydrogène réduira considérablement la plasticité et provoquera des fissures faciles lors du cintrage des tuyaux.

 

2. Résistance à la corrosion et à l’hydrogène

• Le film passif de TiO₂ de surface est résistant à la corrosion par les acides, les alcalis et l'eau de mer, avec une durée de vie 5 à 10 fois supérieure à celle de l'acier au carbone. Un film passif intact peut bloquer la pénétration de l’hydrogène.
• Teneur en hydrogène inférieure ou égale à 0,015 % peut éviter la fragilisation par l'hydrogène à température normale et moyenne-basse pression ; un excès d'hydrogène a tendance à s'accumuler et à former des hydrures sous contrainte de corrosion, entraînant une rupture fragile et soudaine. Les pipelines d'énergie en haute mer-pression en haute mer-et d'hydrogène nécessitent un contrôle strict de la teneur en hydrogène.

 

3. Propriétés physiques

Non-magnétique, faible coefficient de dilatation thermique, microstructure stable à une température élevée de 350 degrés et bonne ténacité à basse-température, adapté aux pipelines spéciaux cryogéniques.

 

 

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