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鈦及鈦合金性能及選用

2021-06-24 14:45:56 作者：工業(yè)小南點(diǎn) 來(lái)源：工業(yè)小南點(diǎn) 分享至：

◆鈦的耐蝕性能

鈦是熱力學(xué)上很活潑的金屬，其平衡電極電位很低，為-1.63V，鈦的鈍化膜很穩(wěn)定，故在許多介質(zhì)中相當(dāng)耐蝕，鈦不但在氧化性介質(zhì)中，而且在氯化物介質(zhì)中均有很好的耐蝕性。鈦在還原性介質(zhì)中鈍化膜被破壞又不能重新修復(fù)，故腐蝕很快。

鈦在沸騰的硝酸和鉻酸中耐蝕，在王水、次氯酸鈉、氯水和濕氯氣中也耐蝕，但在干氯氣中會(huì)燃燒。鈦在無(wú)機(jī)氯化物溶液中不產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕破裂。鈦還對(duì)大多數(shù)有機(jī)酸耐蝕，但在沸騰甲酸和草酸中，鈦會(huì)腐蝕。鈦在硫酸、鹽酸中的腐蝕速率較高，并隨著溫度、濃度的增高而增加。鈦對(duì)氫氟酸和磷酸不耐蝕。鈦對(duì)稀堿耐蝕，但對(duì)高溫濃堿不耐蝕。

◆鈦的腐蝕類(lèi)型及防護(hù)

★應(yīng)力腐蝕和爆炸：鈦一般不發(fā)生應(yīng)力腐破裂，僅在苛刻條件下，如在紅煙硝酸、含鹽酸或其他鹵素離子的甲醇溶液中會(huì)發(fā)生。鈦在干氯、紅煙硝酸、純氧、液氧等介質(zhì)中由于反應(yīng)激烈會(huì)放出大量熱，引起著火和爆炸，應(yīng)特別注意。

★縫隙腐蝕：在一般腐蝕環(huán)境下不會(huì)發(fā)生，僅在具有深的縫隙、溶液不流動(dòng)且pH值低、含鹵素離子及高溫等條件下才會(huì)發(fā)生。如在處理高溫氯化物裝置上，鈦與聚四氟乙烯墊片接觸處、鈦管與管板脹接處常常發(fā)生縫隙腐蝕。為防止縫隙腐蝕，法蘭密封面可使用Ti-0.2Pd合金、T-0.8Ni-0.3Mo合金，或?qū)︹伱芊饷驽冣Z，或采用菱狀鈦鈀合金墊片，或消除縫隙，以焊代脹。

★氫脆：鈦易吸氫，溫度不高時(shí)就發(fā)生，高于300℃時(shí)吸氫迅速進(jìn)行，鈦的吸氫有兩種現(xiàn)象：一是在基體晶粒內(nèi)有針狀TiH2沉淀，并向內(nèi)擴(kuò)散穿透，這種針狀物相當(dāng)于微裂紋，加速了腐蝕脆裂；二是氫化物在表面積聚，在流動(dòng)介質(zhì)中容易脫落，加速鈦的腐蝕。氫含量>100×10-6，鈦沖擊值下降很多，氫含量（300~500）×10-6，鈦延伸率急劇下降，所以一般規(guī)定鈦中氫含量小于150×10-6。

鈦制化工設(shè)備大多在150~300℃范圍內(nèi)工作，些在高壓下應(yīng)用，反應(yīng)產(chǎn)生原子氫會(huì)被鈦吸收而脆化，另外，設(shè)備處于氫分壓系統(tǒng)氣氛中（含有分子氫）易使鈦吸氫脆裂。鈦缺氧或由于鈦中鐵雜質(zhì)及表面鐵污染會(huì)促進(jìn)吸氫。防止鈦腐蝕氫脆一般是選用鈦鈀合金或鍍鈀，或在介質(zhì)中加入氧化劑。防止氫分壓的氫脆一般是選用含鐵少的鈦材，焊接及加工時(shí)避免鐵污染。

★電偶腐蝕：在腐蝕介質(zhì)中，鈦與異種金屬接觸可能加快另一種金屬的腐蝕。鈦與不銹鋼之類(lèi)容易極化的材料接觸時(shí)，電偶腐蝕不明顯。在鹽酸中鈦與低碳鋼接觸，由于鈦表面產(chǎn)生新生態(tài)氫破壞了鈦的鈍化，引起氫脆加快腐蝕。

鈦在不充氣的沸騰甲酸、醋酸混合液中處于鈍化-活化區(qū)之間，耐蝕性較差，但在充氣條件下，其耐蝕性大為改善。鈦在干氯或紅煙硝酸中會(huì)引起爆炸，但只要有微量水就可避免。鈦表面陽(yáng)極氧化處理可增耐蝕性又消除鐵污染，熱氧化處理也可增加耐蝕性。此外，在鹽酸、硫酸等還原性介質(zhì)中，如存在Cu、Fe等會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的金屬離子，能促進(jìn)鈦的鈍化。

焊接工藝對(duì)鈦耐蝕性關(guān)系重大，鈦焊接比不銹鋼有更嚴(yán)格的要求，通常采用氫弧焊，鈦材和焊絲含H量≤0.015％，其他雜質(zhì)含量要符合規(guī)定，如Fe量≤0.05％，焊前必須對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗。焊接氬氣保護(hù)應(yīng)充分，溫度高于500℃的區(qū)域包括背面均需保護(hù)，停弧后還需保護(hù)一段時(shí)間，采用較小的焊接線能量以縮小熱影響區(qū)。也可采用等離子焊。

鈦在化纖化工設(shè)備中使用溫度不高于330℃，盡量低于250℃。鈦表面光滑不結(jié)垢，耐沖蝕，可承受較大流速，并有滴狀冷凝點(diǎn)，可作換熱設(shè)備，由于有優(yōu)良的耐蝕性和高強(qiáng)度，可制作薄壁管克服熱導(dǎo)率低缺點(diǎn)。反應(yīng)器和容器可采用整體鈦、復(fù)合鈦和襯鈦，復(fù)合材料一般采用爆炸復(fù)合，襯里常采用松村、熱脹等。一般高溫高壓設(shè)備采用3mm厚鈦復(fù)合鋼板。整體鈦制的塔器和容器壁厚在8~10mm以下。

高溫氧化法生產(chǎn)PTA裝置中反應(yīng)溫度在160~230℃、壓力7~35kgf/cm2（1kgf=9. 80665N），介質(zhì)醋酸中含有溴離子，所以反應(yīng)器、冷凝器、母液罐等主要設(shè)備為鈦制。在尼龍66生產(chǎn)中，醇酮裝置的催化劑制備塔、鉻酸制備槽主要介質(zhì)為高溫鉻酸，殼體為鈦材。生產(chǎn)尼龍6的炭基硫酸鹽系統(tǒng)也采用了鈦材設(shè)備，用光化亞硝基化反應(yīng)制己內(nèi)酰胺的設(shè)備也用鈦材。乙烯直接氧化制乙醛的生產(chǎn)工藝中以金屬氯化物為催化劑，因此鈦是標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)材料。

根據(jù)溫度、壓力和耐蝕性的不同，設(shè)備可以選擇不同牌號(hào)的鈦及其合金。在化纖設(shè)備中主要用純鈦，對(duì)要求具有綜合性能的且較大成型場(chǎng)合可選用TA1或TA2，對(duì)要求耐磨和較高強(qiáng)度的可選用TA3；耐蝕鈦合金有Ti-Pd、Ti-Mo、Ti-Ni， Ti-Ni-Mo，Ti-Mo-Pd、 Ti-Ta， TC4（Ti-6Al-4V）等。醋酸脫水塔的緊固件采用Ti-0. 8Ni-0.3Mo，聚酯屏蔽泵的止推軸承采用Ti-50Ni耐磨耐蝕合金。

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