鈦材質(zhì)的性能,因?yàn)殁伜辖鹪谖锢怼⒒瘜W(xué)、力學(xué)、耐腐蝕等方面都是優(yōu)良的。和工藝性能,鈦管件批發(fā)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可能盲目套用常用黑色金屬和其他有色金屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)。鈦和鈦合金的力學(xué)性能與鋼不同,鈦材屈強(qiáng)比高,塑性變性范圍狹窄,冷沖壓和冷彎事件反彈大,鈦制設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,同時(shí)良好的結(jié)構(gòu)也容易清洗焊接頭附近的表面,用氣體保護(hù)焊接。鈦可以焊接錯(cuò)誤的金屬、鎳、負(fù)荷、鉛金屬,焊后不會(huì)產(chǎn)生脆性,這也是由于這些金屬在鈦中的溶解性。但是鈦和鋼等金屬的互熔特性較差,鈦等金屬不能直接焊接。連接只能通過粘接、焊接、爆炸焊接和螺栓連接鈦的沖擊韌性和斷裂韌性較差,鈦管件批發(fā)在設(shè)計(jì)中應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和焊接接頭的光滑性,避免應(yīng)力集中;鈦的塑性變形范圍窄,存在明顯的加工硬化現(xiàn)象。因此,鈦件的彎曲和翻邊通常采用較大的彎曲半徑和較小的管膨脹率。純鈦在氯化物溶液中易產(chǎn)生裂縫腐蝕,但裂縫腐蝕與溫度、氯濃度、ph值和裂縫大小密切相關(guān)。
一、偏析型缺陷,除β偏析、β斑、富鈦偏析和條狀α偏析外,較危險(xiǎn)的是間隙型α穩(wěn)定偏析(I型α偏析),鈦管件批發(fā)的產(chǎn)品其周圍常伴有細(xì)孔、裂紋,含氧、氮等氣體,脆性較大。富鋁型α穩(wěn)定偏析(II型α偏析)也伴有裂紋和脆性,構(gòu)成危險(xiǎn)缺陷。二、夾雜物是由高熔點(diǎn)和高密度金屬夾雜物引起的缺陷,鈦管件批發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品是由鈦合金成分中的高熔點(diǎn)、高密度元素熔化不充分而留在基體中(如鉬夾雜物)形成的,也有冶煉原料(特別是回收料)中混入的硬質(zhì)合金工具碎片或電極焊接工藝不當(dāng)(鈦合金冶煉一般采用真空自耗電極重熔法),如鎢極電弧焊,留下鎢夾雜物、鈦夾雜物等高密度夾雜物。夾雜物的存在很容易導(dǎo)致裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展,因此不存在缺陷(例如,在蘇聯(lián)1977年的數(shù)據(jù)中,為了對(duì)鈦合金進(jìn)行X射線檢測(cè),必須記錄直徑為0.3-0.5mm的高密度夾雜物)。三、殘余縮孔引起的缺陷,見實(shí)例。四、孔洞,孔不一定是單一的,也可能是多個(gè)密集的,這將加速低周疲勞裂紋的擴(kuò)展速度,導(dǎo)致提前疲勞破壞。五、裂紋主要指鍛造裂紋。鈦基體的粘度大,流動(dòng)性差,導(dǎo)熱性差,因此在鍛造變形過程中,由于表面摩擦力大,內(nèi)部變形不均勻明顯,內(nèi)外溫差大等原因,容易在鍛件內(nèi)部產(chǎn)生剪切帶(應(yīng)變線),嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起裂紋,其取向通常是沿著較大變形應(yīng)力方向。六、過熱引起的缺陷鈦合金的導(dǎo)熱性較差,除了鍛造或原材料加熱不當(dāng)外,由于鍛造過程中變形的熱效應(yīng),容易引起過熱。
鈦管的用途:鈦管通常用于不同的應(yīng)用,鈦管件批發(fā)因?yàn)榇蠖鄶?shù)不銹鋼和其他材料在不同的情況下是低效的。鈦管是最常見的鈦軋機(jī)產(chǎn)品之一,因其耐腐蝕性和強(qiáng)度重量比而被用于無數(shù)產(chǎn)品中。鈦及其合金不斷發(fā)展,以有效地應(yīng)對(duì)各種行業(yè)的挑戰(zhàn),從中需要鈦的新特性以獲得生產(chǎn)率并能夠滿足聯(lián)邦法規(guī)。鈦管件批發(fā)生產(chǎn)的鈦管一些常見用途如下:航空航天,鈦用于機(jī)身和航天發(fā)動(dòng)機(jī)部件。鈦管即使沒有蠕變也能夠處理高溫。由于該管對(duì)疲勞和裂紋生長(zhǎng)具有優(yōu)異的耐受性,因其高強(qiáng)度-密度比而被認(rèn)可。電力行業(yè)的應(yīng)用,發(fā)電-在高溫水和蒸汽環(huán)境中,鈦管發(fā)揮著重要作用。2級(jí)鈦已用于不同的發(fā)電廠,以處理與鍋爐摩擦和冷凝器故障相關(guān)的問題。化工行業(yè)的應(yīng)用,化工處理-高腐蝕環(huán)境,如需求管道系統(tǒng),化工加工工業(yè),熱交換器和其他能處理重負(fù)荷的系統(tǒng)的一般環(huán)境。通過鈦的優(yōu)異耐腐蝕性,它很有可能在極端環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間有效地承受高應(yīng)力。石油天然氣行業(yè),油氣-高溫、高壓或高壓、高溫應(yīng)用,如油氣井應(yīng)用,需要可連續(xù)使用的管道。石油和天然氣工業(yè)通常需要鈦的高耐腐蝕性,特別是在上部,海底和井下等區(qū)域。鈦合金被認(rèn)為是9種地殼中較豐富的元素,同時(shí)也是7種最豐富的金屬。合金鈦管和釩鋁混合可以提高鈦的強(qiáng)度,同時(shí)保持其重量?jī)?yōu)于鋼。鈦可以很容易地工作。它具有剛度、強(qiáng)度、韌性、理想的高性能金屬管和高熔點(diǎn),有可能鼓勵(lì)行業(yè)使用鈦管和鈦管。它可用于飛機(jī)液壓系統(tǒng)、醫(yī)用植入物、液壓系統(tǒng)、水下設(shè)備、海上鉆井平臺(tái)部件以及化學(xué)和海上加工廠。
鈦設(shè)備在石油行業(yè)的應(yīng)用:尿素不僅是優(yōu)質(zhì)肥料,也是石化工業(yè)的原料。自1963生產(chǎn)的襯鈦尿素合成塔投產(chǎn)以來,目前已有近萬臺(tái)設(shè)備在全世界運(yùn)行,鈦管件批發(fā)實(shí)踐表明襯鈦合成塔無明顯腐蝕。而316L不銹鋼的折算腐蝕速度為4.1—4.5mm/a。因此,鈦比不銹鋼具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。除了襯鈦尿素合成塔外,國(guó)內(nèi)從70年代以來,先后使用了C02汽提塔、換熱器、混合器和泵閥等。在含硫和鹽高的原油煉制中,鈦制設(shè)備是理想的。國(guó)外在常壓蒸餾裝置、污水處理設(shè)備、脫硫分離塔的冷凝器和汽提塔的散熱器等許多工序都成功選用鈦制設(shè)備多年。我國(guó)也已在該系統(tǒng)中采用鑄鈦海水泵、催化裂化分餾中的鈦制冷凝器、深冷分離鈦冷凝器和多孔鈦板等,都已正常操作運(yùn)行十年以上。氯化碳?xì)浠衔锸鞘I(yè)中常用的品種之一。由于涉及到氯化反應(yīng),不銹鋼設(shè)備已難勝任。鈦在國(guó)外已用于制造二氯甲烷蒸餾塔、三氯乙烷換熱器、冷凝塔和分餾塔、三氯乙烯冷凝塔、四氯乙烯換熱器和多氯盤管加熱器。我國(guó)在氯乙烯生產(chǎn)中,冷卻塔、廢水汽提塔和廢水貯罐的塔板支承架、接管、法蘭密封面,采用了Ti-0.2Pd的襯里,已使用近十年未見腐蝕。而鈦管道、接頭和氣體分布器等都已采用鈦材多年。苯酚是石油化工的重要原料,以丙烯和苯為原料,從異丙苯和過氧化異丙酯中提取苯酚和丙酮是一種新的工藝。國(guó)外在十幾年前就采用鈦設(shè)備,我國(guó)此項(xiàng)工藝尚在開發(fā)之中。在舊工藝中,苯磺化堿溶液生產(chǎn)苯酚,鈦管件批發(fā)采用鈦反應(yīng)器、鈦線圈冷卻器和離子化氮化鈦攪拌軸套及鈦靶。
工業(yè)純鈦是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬。如果可以通過溶解產(chǎn)生Ti2+,則鈦離子化的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為-1.63V,這使鈦可溶于水并釋放氫。然而,在各種腐蝕性介質(zhì)中,鈦具有很強(qiáng)的耐腐蝕性,鈦管件批發(fā)因?yàn)殁伨哂泻軓?qiáng)的鈍化作用。它的鈍化度超過了鈷,鎳和不銹鋼的鈍化度。在眾多活性介質(zhì)中,尤其是氧化性介質(zhì)、氯化物介質(zhì)中,具有優(yōu)異的耐腐蝕性,但鈦在硫酸和鹽酸中的穩(wěn)定性較差。為了解決常規(guī)鈦及鈦合金對(duì)硫酸、鹽酸等還原性介質(zhì)的耐蝕性差的問題,在鈦合金中加入鉬(10%~32%)可以大大提高鈦合金對(duì)還原性介質(zhì)的耐蝕性。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。合金的強(qiáng)化是其主要性能,對(duì)其應(yīng)用有一定的影響。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護(hù)。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以滿足要求,而且由于抗氯化物能力強(qiáng),特別適合采用海水脫硫的電廠。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。主要性能是合金的強(qiáng)化,在一定程度上影響合金的應(yīng)用。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護(hù)。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強(qiáng)的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。鈦管件批發(fā)的產(chǎn)品主要性能是合金的強(qiáng)化,在一定程度上影響合金的應(yīng)用。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護(hù)。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強(qiáng)的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護(hù)。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強(qiáng)的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護(hù)。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以滿足要求,而且由于抗氯化物能力強(qiáng),特別適合采用海水脫硫的電廠。
焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化,鈦管件批發(fā)生產(chǎn)的鈦是有同素異形體轉(zhuǎn)變的金屬。在886°C時(shí)開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。886°C一下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu),成為α鈦;高于886°C時(shí)α結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的β鈦。這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是在熔池從液體變成固體的瞬間完成的。而這個(gè)瞬間長(zhǎng)短差異對(duì)熔池的結(jié)晶形式有影響,瞬間越長(zhǎng)越有利于柱狀晶生長(zhǎng)。鈦管件批發(fā)由于鈦具有熔點(diǎn)高(1668°C)、熱容量大和導(dǎo)熱性能差等特性,所以焊接時(shí)焊縫收到焊接線能量大小和焊縫強(qiáng)制冷卻的好壞影響,寒風(fēng)處于高溫下滯留的瞬間就有差異。瞬間稍長(zhǎng),為熔池結(jié)晶柱狀晶體生長(zhǎng)和接頭熱影響區(qū)的擴(kuò)大提供條件。這也是焊接接頭塑性下降的主要原因之一。接頭的抗拉強(qiáng)度端口通常出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)。為了減少這種不利影響,鈦焊接時(shí)應(yīng)采用軟焊接規(guī)范,即應(yīng)使用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。