通過大量實驗和應(yīng)用實例證明,鈦管在電站凝汽器中的應(yīng)用在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有很大的優(yōu)越性。從經(jīng)濟(jì)角度來看,以1983年日本1000mw凝汽器的核電機(jī)組管道(約5萬條凝汽器管)價格為例,根據(jù)凝汽器的使用時間為40年,鋁黃管年平均漏液量為40年。無縫鈦管批發(fā)生產(chǎn)的鈦管應(yīng)用于發(fā)電站應(yīng)解決的三個問題:1.腐蝕問題,海水用作沿海電站冷凝器的冷卻水。由于海水中含有大量的泥沙、懸浮物、海洋生物和各種腐蝕性物質(zhì),在海水和河水交替出現(xiàn)的微咸水中,情況更加嚴(yán)重。傳統(tǒng)銅平臺金屬管的腐蝕方式有:整體腐蝕(均勻腐蝕)、沖蝕、應(yīng)力腐蝕等。鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性,鈦管凝氣器因腐蝕而消除海水泄漏事故,但耐腐蝕性好,不像銅合金管那樣表面產(chǎn)生含毒物質(zhì),鈦管內(nèi)壁容易附著海生物,影響傳熱效果,需要相應(yīng)的清洗裝置。2.吸氫問題,雖然鈦表面有致密的鈍化膜,在許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中非常耐腐蝕,但鈦與氫的親和力很高。非常容易吸氫。在常溫時就發(fā)生,高溫時(如100℃)吸氫迅速。氫在鈦中的固熔限很小(約為20ppm),超過限量就會在鈦表面上析出氫化物(TtH2)。隨著表面TiH2含量的增加,4j時鈦的沖擊值和延伸率迅速下降。此外,舊機(jī)組改造時,由于管板采用銅合金,冷凝管采用鈦,因此需要采用陰極保護(hù)裝置,防止電化學(xué)腐蝕。比如日立電廠的冷凝器是海水冷卻,鈦管和銅合金板組成熱電偶。當(dāng)保護(hù)電位低于0.75V(SCE)時,出口鈦管端吸收氫氣,氫氣含量達(dá)到650ppm使用一年后;如果電位為0.5~0.75V(SCE),鈦在常溫下不會吸氫。3.震動問題,由于鈦管的耐腐蝕性好。鈦制凝固器不會因腐蝕而泄漏。但是,鈦管有可能因振動而損壞。為了避免鈦管的振動問題,在制造屏蔽鈦凝固器時,無縫鈦管批發(fā)必須確定適當(dāng)?shù)母舭彘g隔的舊單元改造時,必須檢查原來的隔板間隔是否適用。
一、偏析型缺陷,除β偏析、β斑、富鈦偏析和條狀α偏析外,較危險的是間隙型α穩(wěn)定偏析(I型α偏析),無縫鈦管批發(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)成危險缺陷。二、夾雜物是由高熔點和高密度金屬夾雜物引起的缺陷,無縫鈦管批發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品是由鈦合金成分中的高熔點、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,為了對鈦合金進(jìn)行X射線檢測,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,見實例。四、孔洞,孔不一定是單一的,也可能是多個密集的,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)重時會引起裂紋,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。
世界上主要有八個鈦生產(chǎn)國,按美國、俄羅斯、日本、中國、英國、法國、德國、意大利排名。近年來,受包括中國、日本在內(nèi)的亞洲各國經(jīng)濟(jì)增長的拉動,特別是以中國為核心的石化、軍工等行業(yè)用鈦量的快速增長,世界鈦材的需求量迅速增加。每年以兩位數(shù)的幅度增長。美國是世界上鈦需求量較大的國家。也是生產(chǎn)大國,2012年產(chǎn)量超過3.5萬噸;俄羅斯鈦材產(chǎn)量居全球第2位,2012年產(chǎn)量在3.0萬t左右;中國無縫鈦管批發(fā)2012年生產(chǎn)鈦材約2.8萬t,且2013年有望突破3.0萬t;日本2012年的產(chǎn)量也達(dá)到了1.9萬t左右;歐洲近兩年鈦材的產(chǎn)量變化不大。但是,與發(fā)達(dá)國家在鈦材料深加工和應(yīng)用方面的優(yōu)勢相比,國內(nèi)鈦材料的發(fā)展相對廣泛,大部分仍停留在原材料或粗品的加工上。無縫鈦管批發(fā)生產(chǎn)的少量技術(shù)含量高的成品主要用于軍工產(chǎn)品,由于成本等原因無法廣泛推廣到民用領(lǐng)域。在國外,如英國IMI公司研制的M1834合金、美國Timet公司研制的Ti-1100鈦合金等鈦合金系列均己成為先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)上的主要材料。TIMT公司的ExhaustXT合金、KoBESTEEL公司的Ti-1.2ASN合金以及NIPPONSTEEL公司的TI-lCu-0.5Nb合金等,由于室溫塑性和高溫抗氧化性能較好,已陸續(xù)應(yīng)用于汽車排氣系統(tǒng)。
醫(yī)學(xué)鈦在口腔上的應(yīng)用:科研人員在單側(cè)耳聾人群中測試了該裝置。一項研究證實,該裝置舒適的穿著,對牙齒無害,并提高了對噪音環(huán)境中語言的理解。研究者們計劃較早在2010年向美國食品和藥物管理局提交他們的研究結(jié)果和申請許可。如果無縫鈦管批發(fā)一切都按計劃進(jìn)行,無縫鈦管批發(fā)將該設(shè)備將于2010年下半年投入市場,這將給數(shù)百萬聾人帶來好處。單側(cè)耳聾的人,很難判斷聲音的確切來源,他們過馬路時非常危險,在吵鬧的房間里聽別人的談話也很困難。位于美國加利福尼亞州的圣馬特奧耳鳴研究中心發(fā)明了纏繞在牙齒上的小裝置,接受放在耳聾中的微型麥克風(fēng)的聲音信息,轉(zhuǎn)換為振動信號。震動信號通過牙齒和下頜傳到健耳的耳蝸,再傳到大腦產(chǎn)生立體聽覺。這種骨傳導(dǎo)的聽覺傳達(dá)樣本是普通人聽自己聲音的方式,一些助聽裝置也通過骨傳導(dǎo)將聲音傳達(dá)給耳蝸,但有些需要鉆頭骨放置鈦棒,有些需要戴麻煩的耳機(jī)。通常的助聽器簡單地擴(kuò)大空氣傳導(dǎo)的聲音,然后傳入耳朵。
鈦設(shè)備在化工中的應(yīng)用例子:對苯二甲酸是工業(yè)上通過對二甲苯氧化合成聚酯的原料。乙酸和溴化物無論在高溫氧化或低溫氧化條件下都存在高溫腐蝕,在135℃以上介質(zhì)中,316L不銹鋼經(jīng)幾十小時即發(fā)生點蝕。故設(shè)計規(guī)范規(guī)定在135℃以上必須使用鈦材。北京石化總廠引進(jìn)了一整套鈦設(shè)備,包括16個氧化反應(yīng)器、溶劑脫水塔、加熱器、冷凝器和再沸器。南京揚子石化公司引進(jìn)年產(chǎn)45萬噸對苯二甲酸裝置,有56臺鈦設(shè)備和大量鈦管道閥門。上海石化總廠引進(jìn)的氧化反應(yīng)釜高32m,上直徑4m,下直徑5.3m,容積為505m,設(shè)備自重達(dá)175t。鈦的使用效果非常好,推廣應(yīng)用前景廣闊。乙醛氧化為乙醛,乙醛氧化為乙酸,丙烯氧化為丙酮,除原料及產(chǎn)物有一定的腐蝕性外,主要腐蝕介質(zhì)為催化劑,其中無縫鈦管批發(fā)生產(chǎn)的不銹鋼腐蝕速度較快,鈦則具有較好的耐蝕性。早在1963年,鈦就在美國成功地應(yīng)用于乙烯氧化制乙醛。我國的乙烯氧化制乙醛裝置已于1976年投入使用,至今鈦設(shè)備的運行情況良好。在國外,有襯鈦反應(yīng)器高達(dá)9.6米,直徑3米,有換熱器,催化劑再生塔,乙醛溶液冷卻器等11個鈦設(shè)備。中國自20世紀(jì)80年代以來,上海和吉林分別引進(jìn)了國外乙烯氧化乙醛的成套設(shè)備,其中許多設(shè)備和泵閥等由鈦制成。與不銹鋼相比,它們具有明顯的優(yōu)勢,無縫鈦管批發(fā)使用效果非常令人滿意。丙烯氧化成丙酮設(shè)計,鈦設(shè)備有12臺,每年生產(chǎn)3萬噸丙酮裝置,鈦設(shè)備可達(dá)40噸。