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RÉSUMÉ
Le titane et ses alliages ont connu un essor récent, mais fulgurant, au cours de ces dernières années, et ce, dans quasi tous les secteurs d’activité. L’article vise à donner quelques éléments de métallurgie du titane, puis s’attache aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue la métallurgie extractive, permettant de passer du minerai au métal de base, l’élaboration des alliages et la première transformation des lingots. A l’instar de la métallurgie des aciers, le recyclage a une place tout à fait remarquable dans l’élaboration des alliages et fait l’objet d’une partie dédiée.
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Yves COMBRES : General Manager China Ventures - AREVA-NP - Ugine Plant, UGINE France
INTRODUCTION
Le titane a été découvert relativement récemment. En effet, ce n’est qu’en 1790 que le révérend William Gregor trouva l’oxyde d’un élément inconnu, dans les sables noirs de la Côte de Cornouailles, présentant des propriétés magnétiques, mais il n’identifia pas le métal. Ce fut le chimiste allemand Klaproth qui le fit et le nomma « titane » en 1795, par référence aux « Titans » de la mythologie grecque. Ces minerais sont présents au Canada, États-Unis, Brésil, Norvège, Afrique du Sud, Inde, Chine, Australie, CEI…
Le titane a pour symbole Ti dans la classification périodique des éléments ; sa masse atomique est de 47,5 et son numéro atomique de 22. C’est un corps très répandu sur la terre, quatrième métal suivant l’ordre décroissant d’abondance dans l’écorce terrestre, il constitue 0,44 % de la masse de celle-ci, à comparer à 8 % pour l’aluminium, 5 % pour le fer et 2 % pour le magnésium.
L’obtention du métal à partir du minerai a nécessité une longue mise au point. En effet, il s’avère que sa métallurgie extractive est très délicate et impactante sur le plan environnemental par l’utilisation du chlore. Le métal ductile, et donc propre à la fabrication de pièces, n’a été obtenu qu’à partir de 1910. Cela explique les développements tardifs de ses applications industrielles qui n’ont débuté que vers 1950.
Du point de vue des propriétés spécifiques (propriété divisée par la masse volumique), les alliages de titane se placent avant les alliages d’aluminium et les aciers ; néanmoins, le prix de revient des pièces est élevé. Cela permet de comprendre leur développement important plutôt dans les domaines aéronautique, spatial et de l’armement. Le titane non allié possède une excellente tenue à la corrosion et une très grande souplesse de mise en forme : cela explique aussi des applications importantes dans le domaine de l’industrie chimique, des usines de dessalement d’eau de mer, des centrales nucléaires, de l'exploitation pétrolière off-shore et du génie civil (plaques d’ornement, protection de piles de pont…).
Les objectifs de cet article sont de présenter quelques éléments de métallurgie du titane, puis de s’attacher aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue sa métallurgie extractive, son élaboration et sa première transformation.
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- Version archivée 1 de juin 1997 par Yves COMBRES
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6. Conclusion
La métallurgie extractive du titane est extrêmement délicate et coûteuse, ce qui implique des prix de matière première élevés ; le procédé le plus employé est le procédé Kroll, et même si d’autres techniques sont envisagées leur viabilité industrielle n’est pas encore démontrée. De même, les méthodes d’élaboration sont assez sophistiqués, et le procédé VAR reste encore le plus utilisé avec en complément les techniques telles que la refusion sur sole froide (CHR) ou sur skull. Cela permet d’obtenir des matériaux contenant encore moins d’inclusions et à un rendement acceptable par rapport à ceux du procédé VAR, compte tenu de la possibilité de coulée quasi continue. La première transformation des lingots obtenus est réalisée à l’aide des techniques classiques employées pour les aciers, l’aluminium, les alliages base nickel…
Pour fabriquer des demi-produits, une importante expérience est requise car le client n’est pas seulement intéressé par une certaine forme de produit, mais souvent par sa qualité métallurgique (taille et répartition des phases en présence), dont dépendent fortement les propriétés finales des pièces. Cette exigence est fortement présente dans l’aéronautique et l’aérospatial, domaines grâce auxquels le titane et ses alliages ont pu connaître une certaine viabilité industrielle, mais le demi-produit reste encore cher. Sans nul doute, l’avenir réside dans l’ouverture à des marchés de grande diffusion tels que le secteur de l’automobile par exemple. Dans ces conditions, le prix des demi-produits ne pourrait que baisser, rendant le titane encore plus compétitif et attractif.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PETRUNKO (A.N.) et al - * - . – * – TITAN, p. 5 à 7 (fév. 1995).
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(2) - FISHER (G.T.), TRAUT (D.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS p. 2393 à 2400 (1993).
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(4) - ROSENBERG (H.W.), GREEN (J.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2371 à 2376 (1993).
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(5) - YOSHIMURA et al - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS, p. 2459 à 2464 (1993).
-
(6) - WINAND (R.) et al - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2385 à 2392 (1993).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Il existe deux normes françaises :
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la norme AIR éditée par le ministère de la Défense ; elle se divise en la norme AIR 9182 « tôles de titane non alliées » et la norme AIR 9183 « barres, billettes, pièces forgées, coulées en alliage de titane » ;
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une autre éditée par l’Association Française de Normalisation (AFNOR).
Le document de base des normes anglaises est le Standard Catalogue édité par le British...
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