世界上主要有八個(gè)鈦生產(chǎn)國(guó),按美國(guó)、俄羅斯、日本、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利排名。近年來(lái),受包括中國(guó)、日本在內(nèi)的亞洲各國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的拉動(dòng),特別是以中國(guó)為核心的石化、軍工等行業(yè)用鈦量的快速增長(zhǎng),世界鈦材的需求量迅速增加。每年以兩位數(shù)的幅度增長(zhǎng)。美國(guó)是世界上鈦需求量較大的國(guó)家。也是生產(chǎn)大國(guó),2012年產(chǎn)量超過3.5萬(wàn)噸;俄羅斯鈦材產(chǎn)量居全球第2位,2012年產(chǎn)量在3.0萬(wàn)t左右;中國(guó)純鈦管廠家2012年生產(chǎn)鈦材約2.8萬(wàn)t,且2013年有望突破3.0萬(wàn)t;日本2012年的產(chǎn)量也達(dá)到了1.9萬(wàn)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(guó)家在鈦材料深加工和應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)相比,國(guó)內(nèi)鈦材料的發(fā)展相對(duì)廣泛,大部分仍停留在原材料或粗品的加工上。純鈦管廠家生產(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(wú)法廣泛推廣到民用領(lǐng)域。在國(guó)外,如英國(guó)IMI公司研制的M1834合金、美國(guó)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(dòng)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)。
什么是鈦管件?鈦管件是管道系統(tǒng)的連接部件。純鈦管廠家按照金屬材料和非金屬材料的分類,可以把管件分為工業(yè)用金屬管件和非金屬管件。工業(yè)金屬管件按抗壓、耐腐蝕分為高端金屬管件和普通金屬管件。與普通金屬管件相比,高端金屬管件具有以下特點(diǎn):一、管件口徑更大。普通金屬管通常是小直徑的,高端金屬管通常是大口徑的。二、材質(zhì)要求更高。一般金屬管件使用的材料為碳鋼,純鈦管廠家生產(chǎn)的高端金屬管件使用的材料一般為高鋼級(jí)、合金鋼、鈦材、鎳材、鋯材、雙金屬符合料等高性能材料。三、應(yīng)用環(huán)境更苛刻。普通金屬管件可以更適合低壓、室溫環(huán)境,高端金屬管件可以適應(yīng)高壓、高溫或低溫、強(qiáng)腐蝕性和其他環(huán)境,如石油裂解行業(yè)所需的高溫高壓集管、天然氣行業(yè)所需的大口徑推管管件、石油和海洋平臺(tái)所用的高壓管件、苛性堿行業(yè)所需的耐堿腐蝕管件、醫(yī)藥化工所需的無(wú)污染、耐酸堿和耐腐蝕管件
鈦盤管用于沿海電站的冷凝器。在1960年代之前使用了鋁黃銅管或B30白色黃銅管。隨著海水污染的增加,使用壽命大大縮短。純鈦管廠家生產(chǎn)的全鈦冷凝器早在1960年代就已在英國(guó)使用。1970年代,日本推出了薄壁(0.3-0.5mm)焊接鈦管冷凝器,成本大大降低。1987年之前,純鈦管廠家生產(chǎn)的鈦制冷凝器在30%的發(fā)達(dá)國(guó)家中使用。由于對(duì)核電廠安全運(yùn)行和可靠性的要求較高,重點(diǎn)介紹了鈦冷凝器的使用。他們中的大多數(shù)使用薄壁焊接鈦管和無(wú)縫鈦管。中國(guó)從1970年代末開始測(cè)試國(guó)內(nèi)鈦管。自1983年以來(lái),在9個(gè)電廠中使用了18個(gè)全鈦冷凝器,包括浙江臺(tái)州電廠,上海金山熱電廠和浙江鎮(zhèn)海電廠。他們共享700噸鈦管。結(jié)果令人滿意。
鈦盤管的應(yīng)用范圍,純鈦管廠家將鈦線圈廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、發(fā)電、海水淡化、氯堿、制鹽和鈦線圈,也用于生產(chǎn)二氧化鈦、甘氨酸、硝胺酚、農(nóng)藥、燃料化學(xué)、農(nóng)藥中間體、氰尿酸、二氯氰尿酸、氰尿酸和氰尿酸。當(dāng)然,一般來(lái)說,鈦在氧化、中性和弱還原介質(zhì)中都具有耐腐蝕性,因?yàn)殁伜秃踅橘|(zhì)的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生切、惰性、強(qiáng)粘結(jié)、強(qiáng)氧化膜以保護(hù)自身免受腐蝕。即使被機(jī)械性磨損也會(huì)很快自愈或重新再生。綜上所述,鈦是具有強(qiáng)鈍化傾向的金屬。介質(zhì)溫度在315℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,各種新材料制成的設(shè)備被廣泛應(yīng)用于石油、化工、航空航天、醫(yī)療等行業(yè),并衍生出不同的設(shè)備。針對(duì)硫酸、鹽酸、甲胺溶液、高溫濕氯氣、高溫氯化物生產(chǎn)中對(duì)金屬的新需求,純鈦管廠家開發(fā)了鈦鉬、鈦鈀、鈦鉬鎳等系列耐蝕鈦合金。鈦合金可在≥600℃溫度下長(zhǎng)期使用。雖然鈦的導(dǎo)熱系數(shù)低于碳鋼、銅等金屬,但由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能,使其壁厚可以變薄,表面和蒸汽的傳熱方式為凝結(jié),表面不規(guī)模,大大降低了熱阻,使鈦具有較好的傳熱性能。
通過大量實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)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(lái)看,以1983年日本1000mw凝汽器的核電機(jī)組管道(約5萬(wàn)條凝汽器管)價(jià)格為例,根據(jù)凝汽器的使用時(shí)間為40年,鋁黃管年平均漏液量為40年。純鈦管廠家生產(chǎn)的鈦管應(yīng)用于發(fā)電站應(yīng)解決的三個(gè)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(tái)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(shí)就發(fā)生,高溫時(shí)(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(huì)在鈦表面上析出氫化物(TtH2)。隨著表面TiH2含量的增加,4j時(shí)鈦的沖擊值和延伸率迅速下降。此外,舊機(jī)組改造時(shí),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(shí),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(huì)吸氫。3.震動(dòng)問題,由于鈦管的耐腐蝕性好。鈦制凝固器不會(huì)因腐蝕而泄漏。但是,鈦管有可能因振動(dòng)而損壞。為了避免鈦管的振動(dòng)問題,在制造屏蔽鈦凝固器時(shí),純鈦管廠家必須確定適當(dāng)?shù)母舭彘g隔的舊單元改造時(shí),必須檢查原來(lái)的隔板間隔是否適用。
鈦的焊接性分析,鈦是一種活性金屬,能在室溫下形成含氧致密的氧化物薄膜,保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。540℃以上生成的氧化膜則不致密。高溫下鈦與氧、氮、氫反應(yīng)速度較快,鈦在300℃以上快速吸氫,400℃以上開始吸氧、吸氮,600℃以上快速吸氧,700℃以上快速吸氮。氧氣、氮對(duì)鈦的溶解使鈦的塑性和韌性降低,氫對(duì)鈦的溶解使鈦的脆性增強(qiáng),韌性急劇下降。碳通過間隙固溶于鈦,提高鈦的強(qiáng)度,降低塑性,碳含量超過溶解度時(shí),會(huì)產(chǎn)生硬脆的TiC,呈網(wǎng)狀分布,容易產(chǎn)生裂紋。此外,鈦的熔點(diǎn)高,比熱及導(dǎo)熱系數(shù)小,冷卻速度慢,焊接熱影響區(qū)在高溫下停留時(shí)間長(zhǎng),高溫極易過熱粗化,造成接頭塑性下降。鈦的可焊性可以從鈦的上述特性來(lái)分析。為了保證焊接接頭的性能,純鈦管廠家應(yīng)控制碳、氮、氧和氫的侵入。因此,如何在高溫下保持鈦的清潔和保護(hù)是關(guān)鍵問題。同時(shí),純鈦管廠家應(yīng)控制焊接接頭的溫度,避免過熱影響焊接接頭的性能。氬是惰性氣體,既不與鈦形成固溶體,也不與其他元素發(fā)生反應(yīng),因此鈦的焊接適用于氬弧焊,但氬氣的純度應(yīng)很高,一般純度≥99.99%。