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海洋用大口径钛合金管材应用和发展

文字来源:深圳市恒溢钛业有限公司人气:204发布时间:2018-07-25

  近年来,我国实施了大量海洋舰艇、海洋石油钻井平台、海水淡化、人工岛礁建设等重大工程,对上述领域中大型装备使用的各类高强耐蚀金属管材的需求呈大幅增长趋势。由于金属管材需要在复杂恶劣海洋环境(强腐蚀、台风、强对流、高温、高压、生物附着)中应用,对其耐蚀性能有极高要求,钛及钛合金具有髙强韧性、无磁、低密度及优异的耐蚀性能等独特优势,成为上述领域大型装备中最为理想的材料。大量使用经验证实,低合金钢管路系统使用寿命为1?2年,Cu/Ni管路系统使用寿命也仅有6?8年,远达不到海水管路设计寿命要求。钛具有高强、高韧性、比强度高、质轻、无磁、耐海水腐蚀和海洋大气腐蚀等特点,钛及钛合金管道的腐蚀寿命大于12万小时,服役期限60年以上,在恶劣的海洋工况条件下,钛合金材料的全寿命是其他金属材料无法比拟的,在装备寿命结束之后可百分之百无害化回收。因此,是海洋装备的最佳选材。



  海洋装备的特点


  ①海洋装备属大型金属建筑物,体形吨位大,投资费用高,破坏损失大。


  ②系统结构复杂、功能齐全,工况条件复杂恶劣,对可靠性要求高,建造技术难度大。


  ③材料延寿对保障海洋装备和结构物完整性、可靠性和安全性,促进资源保护和可持续发展具有重要的意义。


  ④提高海洋装备性能主要涉及提高耐腐蚀性、轻量化、高强高韧材料应用、可靠性和全寿命周期产品经济性。


  钛合金管材的优势


  钛合金具有熔点高、密度小、强度大、耐腐蚀、超导、形状记忆和储氢等一系列重要特性,广泛应用于航空、航天、舰船、核电、医疗、化工、冶金、电子、体育休闲、建筑等领域,被人们誉为“第三金属”、“空中金属”和“海洋金属”。管材用于气态、液态介质的传输通道,是国民经济各领域的基础性产品,钛合金管材由于其本身的质轻、耐腐蚀性能好的优异特点,在航空发动机、航天飞行器、石油输送管路、化工设备、海洋环境施工及海上各种作业平台等有着广泛的应用,诸如沿海电站、海上油气开采输送、海水淡化、海洋化工生产、制碱制盐、石油精炼设备等,前景十分广阔。


  推广应用钛材料是船舶与海洋工程装备最重要的技术发展方向之一。钛合金管材已被发达国家广泛应用于船舶与海洋工程装备中,大量采用钛材,使其装备的安全可靠性能得以提高,设备体积减小,质量减轻,设备破损事故和维修保养次数明显减少,极大延长了使用寿命。


  钛合金管材加工性能特点


  钛合金室温塑性较低,变形抗力大,但其在α+β两相区和β相区具有良好的塑性和较低的变形抗力,因此,钛合金材料的成型制造或各种型材制备(板、棒、管等)均需加热至相变点附近进行。


  由于钛合金在高温下易于与氧、氮、碳等发生化学反应且易于吸氢,导致钛合金变形性能急剧下降并影响材料的服役性能,加之钛合金导热系数低,大型坯料加热时,往往会导致截面温差大,极易导致变形过程开裂;此外,钛合金变形区温度范围较窄,且对应变速率较为敏感,一般须在较低速率下变形;同时,由于变形后冷却速度直接影响其室温平衡态组织和构件的服役性能,因此,变形过程中应保持变形温度的恒定或采取措施降低其温降的速率以使其具有足够的塑性。


  我国大口径钛合金管材制备技术分析


  传统的钛合金无缝管生产工艺为挤压穿孔、斜轧穿孔+多道次冷轧、钻镗孔工艺。目前,国内利用传统工艺可以制备小规格钛合金管材,并在航空、航天、船舶以及石油化工领域应用,有力支撑了武器装备和国民经济的发展。


  (1)传统钻镗孔、挤压工艺:钻镗孔加工是直接利用钛合金棒材经钻镗加工,无需加热工序及压延成型,材料利用率极低,一般不足50%,因此,综合成本很高。同时,不适合加工长径比较大以及薄壁管材。


  挤压成型技术可获得较大的变形量,晶粒细小,毛管壁厚均匀度控制较难。挤压成型通常采用玻璃粉润滑或包铜套润滑,玻璃粉润滑挤压钛合金管工艺在我国尚不成熟,在挤压后段润滑效果不理想,极易造成模具和挤压管材的表面严重损伤,制造成本高,生产效率和产品质量低;包铜套润滑效果较好,可以得到较好的钛合金管表面质量,但包铜套材料消耗较大,去除附着在钛合金管表面的包铜套耗酸比较多,容易造成环境污染。

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