Panneaux composites en acier au titane : méthodes de liaison, qualités et domaines d'application

Un panneau composite en acier au titane, également appelé plaque d'acier revêtue de titane, lie une couche de titane-résistante à la corrosion à une base-porteuse en acier au carbone. La construction place le métal coûteux uniquement là où le milieu agressif entre en contact, tandis que l'acier de construction ordinaire supporte la pression et le poids. Cette division du travail est ce qui rend le matériau économique dans les grands navires, et c'est également la raison pour laquelle le processus de fabrication décide des applications qu'un panneau donné peut servir.

Que sont les panneaux composites en acier au titane

Le panneau est une plaque stratifiée à deux-ou trois-couches. Le revêtement en titane représente normalement entre 5 et 20 pour cent de l’épaisseur totale, le reste étant occupé par la plaque de support en acier. Étant donné que les deux métaux sont liés métallurgiquement plutôt que fixés mécaniquement, le composite se comporte comme un seul élément de retenue de pression : la liaison transmet le cisaillement, de sorte que le revêtement n'est pas obligé de supporter lui-même une contrainte circonférentielle. Il s'agit de la propriété qui permet à un récipient plaqué d'être conçu et estampé comme un seul composant tout en présentant une surface mouillée en titane.

Deux familles de produits sont commercialisées. Les tôles épaisses sont produites par collage par explosion et par collage par rouleaux de tôles épaisses, et sont utilisées comme matériau structurel résistant à la corrosion-. Les tôles minces sont produites par laminage à chaud continu et sont principalement utilisées comme revêtement pour les structures en acier marines.

Plaque épaisse : liaison par explosion et liaison par rouleau

La liaison par explosion fait exploser une charge contrôlée à travers la plaque de recouvrement en titane de sorte que les deux surfaces entrent en collision selon un angle, projettent leurs films d'oxyde et se soudent sous pression. Le collage au rouleau de tôles épaisses assemble la pile et la réduit à chaud dans une usine de tôles épaisses. Les deux voies produisent un composite épais et soudable, mais leurs limites pratiques diffèrent et ces limites déterminent les tailles de plaques qu'un fabricant peut commander.

Processus	Produit	Gamme de bardage typique	Caractéristiques	Utilisation principale
Liaison explosive	Plaque épaisse	2 - 10 mm de titane sur base en acier au carbone	Grandes plaques simples, combinaisons de larges épaisseurs, aucune couche intermédiaire requise pour la plupart des qualités	Plaque structurelle résistante à la corrosion-pour cuves et plaques tubulaires
Collage de plaques épaisses au rouleau	Plaque épaisse	Bardage plus fin, tolérance d’épaisseur plus stricte	Meilleur état de surface et planéité, limités par la largeur du fraisage	Équipements sous pression nécessitant une tolérance étroite
Laminage à chaud continu	Feuille mince, enroulée	Fine couche de titane sur bande d'acier	Grandes longueurs en bobine, adaptées au revêtement de panneaux	Revêtement de structure en acier marin

Les tôles épaisses fabriquées par l'une ou l'autre des deux premières voies sont fournies conformément aux spécifications des tôles composites telles que ASTM B898 pour les tôles à revêtement métallique réactif et réfractaire, et à la norme GB/T 8547 pour les tôles d'acier revêtues de titane. Ces documents définissent les exigences de qualité de liaison, la tolérance d'épaisseur de revêtement autorisée et la résistance minimale au cisaillement que la plaque finie doit démontrer.

Feuille mince laminée à chaud en continu pour revêtement marin

Le laminage à chaud continu produit un composite mince sous forme de bobine, ce qui modifie la rentabilité des grandes surfaces. Au lieu de fabriquer des plaques épaisses individuelles, le chantier peut dérouler un revêtement continu et le fixer à une structure en acier, ce qui réduit le nombre de joints et la quantité de soudures sur le côté résistant à la corrosion. C'est pourquoi le tracé est associé aux structures en acier marines et au génie civil maritime : murs de quai, portes d'écluses, fronts de palplanches, zones d'éclaboussures de plates-formes offshore et structures similaires où l'attaque de l'eau de mer est continue et où une longue surface ininterrompue de titane vaut plus que l'épaisseur des plaques.

La couche de titane étant mince, le matériau n’est pas destiné à supporter des charges structurelles. Sa fonction est d'isoler le substrat en acier des attaques de chlorures, et la conception dépend donc de la section en acier pour la résistance et du revêtement pour la durabilité.

Domaines d'application dans les industries de transformation

Champ d'application	Exemples d'équipement	Pourquoi le composite convient
Équipement chimique	Équipements d'acide téréphtalique purifié, réacteurs, colonnes, cuves de stockage	L'acide acétique et le bromure attaquent l'acier mais sont traités par le titane ; le support en acier supporte la pression
Échange de chaleur	Plaques tubulaires de condenseur, couvercles de canaux	Les plaques tubulaires doivent être résistantes sur toute leur épaisseur au niveau des trous de tube avec une face en titane en contact avec l'eau de refroidissement.
Production d'énergie	Condenseurs, composants de désulfuration des fumées, boîtes à eau	L'eau de refroidissement contenant du chlorure- et les condensats acides des gaz de combustion nécessitent une surface mouillée en titane.
Structures en acier marines	Revêtement des pieds de plate-forme, des faces de pieux, des portails	La feuille laminée continue fournit une grande barrière en titane sans soudure
Génie civil maritime	Murs de quai, ouvrages d'écluses, tunnels immergés	Exposition à long-à l'eau de mer avec un accès limité pour la maintenance

Le fil conducteur est un environnement de service dans lequel l’acier au carbone ordinaire se corroderait trop rapidement et le titane solide serait inabordable à l’épaisseur requise. Le composite résout ces deux contraintes à la fois, c'est pourquoi il apparaît dans les mêmes familles d'équipements dans les secteurs de la pétrochimie, de l'énergie et de la marine.

Points d'inspection et de qualité

Intégrité de la liaison : le test par ultrasons sur toute la surface de la plaque est la méthode acceptée pour détecter les zones non liées, et les critères d'acceptation doivent être écrits dans le bon de commande.

Résistance au cisaillement : la spécification du composite fixe une résistance minimale au cisaillement de liaison, communément spécifiée à au moins 140 MPa pour les tôles d'acier au titane, et elle doit être vérifiée sur un échantillon du lot livré.

Épaisseur du revêtement : mesurée selon une grille définie afin que le revêtement minimum restant après laminage ou formage soit toujours adéquat pour la tolérance à la corrosion.

Planéité et état des bords : les plaques épaisses doivent être suffisamment plates pour être fabriquées sans retouches excessives, et les bords doivent être propres afin que la couche de titane ne soit pas endommagée mécaniquement lors de la manipulation.

Démonstration de soudabilité : une qualification de procédure utilisant la combinaison de métal d'apport prévue confirme que la face plaquée peut être assemblée tout en conservant la résistance à la corrosion dans la zone de soudure.

Foire aux questions

Q : À quoi sert un panneau composite en acier titane ?
Il est utilisé partout où une surface en titane résistante à la corrosion-est nécessaire sur un composant sous pression ou structurel, y compris les équipements chimiques pour la production d'acide téréphtalique purifié, les plaques tubulaires de condenseur, les équipements de production d'électricité et le revêtement des structures en acier marines.

Q : Quelle est la différence entre les plaques composites liées par explosion et les plaques composites laminées à chaud ?
Le collage par explosion et le collage par rouleaux de plaques épaisses produisent tous deux des plaques épaisses pour le service structurel et sous pression. Le laminage à chaud continu produit des tôles minces sous forme de bobines, qui sont principalement utilisées comme revêtement marin où de grandes surfaces continues sont nécessaires.

Q : Le composite peut-il supporter la pression à lui seul ?
Oui. La liaison transmet le cisaillement entre la couche de titane et la base en acier, de sorte que l'assemblage peut être conçu comme un seul élément de retenue de pression- plutôt que comme un revêtement résistant à la corrosion-sans aucun rôle structurel.

Q : Comment la qualité des obligations est-elle vérifiée ?
Les tests par ultrasons sur toute la surface détectent les régions non liées, et les tests de cisaillement d'un échantillon confirment la force de liaison par rapport à la limite indiquée dans les spécifications de la plaque composite.

Q : Pourquoi la couche de titane reste-t-elle fine ?
Le titane étant le facteur de coût, le revêtement est dimensionné pour fournir la tolérance à la corrosion exigée par le service. Une épaisseur supplémentaire est fournie par la plaque de support en acier, qui est beaucoup moins chère par unité de résistance.

Q : Quelles normes s’appliquent aux tôles d’acier revêtues de titane ?
ASTM B898 couvre les plaques plaquées de métal réactif et réfractaire, et GB/T 8547 couvre les plaques d'acier plaquées de titane. Le bon de commande doit indiquer quel document régit les critères de cautionnement.