Présentation
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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Titanium and its alloys have seen tremendous development in recent years, and in almost all sectors of technology. This article describes some aspects of titanium metallurgy, and presents the fabrication steps for semi-fished products, reviewing the extractive metallurgy, which transforms the ore into base metal, alloying, and the primary conversion of ingots. Like for steel metallurgy, recycling is extremely important in the making of alloys, and is described in a special section.
Auteur(s)
-
Yves COMBRES : Docteur en sciences et génie des matériaux - Ingénieur de recherches à CEZUS
INTRODUCTION
Le titane a pour symbole Ti dans la classification périodique des éléments ; sa masse atomique est de 47,5 et son numéro atomique 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. On n’a pu obtenir du métal ductile, et donc propre à la fabrication de pièces, qu’à partir de 1910. Cela explique les développements tardifs de ses applications industrielles qui n’ont débuté que vers 1950.
De nos jours, la consommation du minerai est essentiellement réalisée par l’activité des pigments et des charges (90 à 95 % du minerai extrait) qui concerne l’industrie de la peinture, celles des matières plastiques, celle du papier et celle des céramiques. 5 à 10 % du minerai trouve des applications dans le domaine de la métallurgie, sous forme de ferrotitane pour les additions des aciers, ou pour élaborer des alliages de titane. De façon sommaire, on peut dire que ces derniers présentent des caractéristiques mécaniques élevées (compromis résistance mécanique-ductilité compris entre 400 MPa-50 % pour les titanes non alliés et 1 500 à 2 000 MPa-5 à 15 % pour les formulations les plus chargées en éléments d’addition) pour une masse volumique faible (4,54 g/cm3).
Du point de vue des propriétés spécifiques (propriété divisée par la masse volumique), les alliages de titane se placent donc 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, 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 : métallurgie extractive, élaboration et première transformation.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
extractive metallurgy | titanium | recycling of titanium
VERSIONS
- Version courante de mars 2016 par Yves COMBRES
DOI (Digital Object Identifier)
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Éléments de métallurgie physique6. 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 semblent prometteuses, 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 ; il faut noter que l’émergence de techniques telles que la refusion sur sole froide (CHR) permet d’espérer des matériaux contenant encore moins d’inclusions et à un coût sans doute plus faible que 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 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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Conclusion
ANNEXES
1 Données économiques Environnement
En France, bien qu’il existe une petite capacité de production d’éponge de titane à la société CEZUS, cette dernière n’est pas mise en œuvre à cause de la surcapacité existante (tableau 4, [M 2 355]) et des prix qui restent très bas (ordre de grandeur 40 à 50 F/kg). Seul CEZUS refond des lingots et les transforme en barres, brames et fils, Creusot Loire Industries réalisant des plaques et des tôles....
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