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鈦合金材料在海洋工程及船舶上的應用

文字來源:深圳市圣瑞金屬科技有限公司人氣:583發布時間:2018-04-06

  1 概述
  鈦及鈦合金具有密度低、強度高、耐腐蝕和耐壓性好等突出優點,目前已廣泛應用于航空、航天、石油、化工、冶金、電力、醫藥衛生和儀器儀表等行業。為適應海洋工程深海容器、船舶等領域需求,在鈦合金閥開發過程中,用新技術、新材料和新標準規范產品設計,符合國家高新技術產品政策的要求,是一種新興的,又很有發展前途的材料應用技術,從而提高了閥門質量,改善了產品性能。
  2 鈦的耐腐蝕性能
  鈦是一種具有高度化學活性的金屬,對大多數腐蝕介質都呈現出特別優異的耐腐蝕性。鈦和氧有很大的親和力,在接觸于大氣或任何含氧介質時,其表面立即形成一種堅固而緊密的鈍性氧化薄膜。這種薄膜十分穩定,如果產生機械損傷,又會立即重新形成(只要存在一定量的氧)。
  金屬鈦有幾種特殊的腐蝕形式,如高溫腐蝕、應力腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕和腐蝕疲勞等,但鈦應用在船舶閥門上主要是電偶腐蝕。
  電偶腐蝕是當兩種不同的金屬在一電解質中構成電偶時,作陽極的金屬的腐蝕可以被加速。其腐蝕量取決于材料間的電極電位差,也取決于陽極和陰極的面積比以及兩者的極化特性。鈦與一般材料不同,它在許多介質中是鈍態的,并且顯示出類似于鈍態18-8不銹鋼的電位。鈦在海水中的電位是 - 0.10V(對飽和甘汞電極)。鈦與蒙乃爾合金、哈斯特洛依C、18-8不銹鋼、加Ni的鋁青銅管板接觸時電位差很小,不會產生電偶腐蝕。但同樣在海水中,鈦與鋁、鋅、碳鋼接觸時,鋁、鋅等金屬被腐蝕。然而,它們的腐蝕速度卻比與不銹鋼接觸時所引起的腐蝕小。這些金屬的腐蝕程度隨鈦和接觸鈦的金屬表面積的比例而變化。接觸鈦的金屬和鈦的表面積比為1∶10(即陽極與陰極面積比為1∶10)時,被接觸金屬將很快腐蝕。與此相反,與鈦接觸的金屬和鈦的表面積比為10∶1時,其腐蝕率大大降低。鈦與某些金屬在海水中接觸腐蝕量如圖1。在低濃度還原性酸(如硫酸或鹽酸)也存在類似海水的情況。此外,鈦有強烈的極化傾向,即意味著包含鈦作陰極的電偶,只產生小的電流。由于鈦表面有氧化膜存在,所以,當與其他金屬接觸時,其腐蝕率通常不會增加。因此在船舶用鈦制閥門上的其他材料應注意電偶腐蝕的對比。
 
  3 閥門結構特點
 ?。?)鈦合金閥門的閥體流道以減小介質對密封面的直接沖刷和由于通道的急劇收縮及擴張而產生渦流區。
 ?。?)鈦材較貴,為經濟、合理使用鈦材,在不與腐蝕介質接觸的部位,應盡量不用鈦制零件。
 ?。?)鈦材的力學性能隨溫度而改變,其值較一般碳素鋼或合金鋼大。其強度指標隨溫度上升而下降,如250~300℃時的抗拉強度和屈服強度約為常溫時的50%。因此,即使在設計溫度不高的情況下,也應按設計溫度下的強度值選取。鈦的屈強比高、持久強度好,因此,設計溫度在316℃以下時,決定設計強度指標的往往是該溫度下的抗拉強度值。工業純鈦是不能通過熱處理來提高強度指標值的。鈦的熱膨脹系數小,當鈦和其他材料聯合使用時,要注意膨脹值差引起的應力。
 ?。?)工業純鈦和α-鈦合金壓力加工時的塑性變形范圍小,容易產生破裂。而提高變形速度或降低變形溫度等都可能導致加工中的破裂。因此,最好不要設計變形量大的冷加工件。在需要翻邊的地方,彎曲半徑盡量取得大一些。用強度脹連接的管子與管板管孔之間的間隙公差要小,以免鈦管脹裂。

 ?。?)選用鈦制螺栓時,必須考慮由于鈦在常溫下也有蠕變現象而產生應力松弛問題,最好不用鈦制螺栓作強制密封的連接件。當因耐腐蝕須用鈦制螺栓時,結構設計需考慮易于定期擰緊螺栓以保證密封。鈦和不銹鋼一樣,也具有摩擦粘結和咬合現象。鈦制螺紋易咬合,可使用異種材料或較大間隙的螺紋配合或用適當的潤滑劑解決。應少采用需要攻絲的內螺紋,盡量選用帶退刀槽的車制螺紋結構。同樣,通過手輪旋轉閥桿控制鈦閥的調節及動作,應通過材料性能和各個零件的工藝性來保證。

  通過分析了鈦合金材料在海水中的電偶腐蝕特點及其力學性能。提出了鈦合金閥門設計、制造及使用中應注意的問題,隨著科學的發展,鈦合金材料得到了越來越廣泛地應用,其工藝及化學性能也得到了越來越深刻的研究,能滿足在海洋工程及船舶上的應用。

 我們圣瑞專門提供各類鈦材產品,如,鈦板,鈦合金板,鈦棒,鈦絲,鈦靶,鈦合金閥門等。

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