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海洋用大口徑鈦合金管材應用和發展

文字來源:深圳市恒溢鈦業有限公司人氣:372發布時間:2018-07-25

  近年來,我國實施了大量海洋艦艇、海洋石油鉆井平臺、海水淡化、人工島礁建設等重大工程,對上述領域中大型裝備使用的各類高強耐蝕金屬管材的需求呈大幅增長趨勢。由于金屬管材需要在復雜惡劣海洋環境(強腐蝕、臺風、強對流、高溫、高壓、生物附著)中應用,對其耐蝕性能有極高要求,鈦及鈦合金具有髙強韌性、無磁、低密度及優異的耐蝕性能等獨特優勢,成為上述領域大型裝備中最為理想的材料。大量使用經驗證實,低合金鋼管路系統使用壽命為1?2年,Cu/Ni管路系統使用壽命也僅有6?8年,遠達不到海水管路設計壽命要求。鈦具有高強、高韌性、比強度高、質輕、無磁、耐海水腐蝕和海洋大氣腐蝕等特點,鈦及鈦合金管道的腐蝕壽命大于12萬小時,服役期限60年以上,在惡劣的海洋工況條件下,鈦合金材料的全壽命是其他金屬材料無法比擬的,在裝備壽命結束之后可百分之百無害化回收。因此,是海洋裝備的最佳選材。



  海洋裝備的特點


  ①海洋裝備屬大型金屬建筑物,體形噸位大,投資費用高,破壞損失大。


  ②系統結構復雜、功能齊全,工況條件復雜惡劣,對可靠性要求高,建造技術難度大。


  ③材料延壽對保障海洋裝備和結構物完整性、可靠性和安全性,促進資源保護和可持續發展具有重要的意義。


  ④提高海洋裝備性能主要涉及提高耐腐蝕性、輕量化、高強高韌材料應用、可靠性和全壽命周期產品經濟性。


  鈦合金管材的優勢


  鈦合金具有熔點高、密度小、強度大、耐腐蝕、超導、形狀記憶和儲氫等一系列重要特性,廣泛應用于航空、航天、艦船、核電、醫療、化工、冶金、電子、體育休閑、建筑等領域,被人們譽為“第三金屬”、“空中金屬”和“海洋金屬”。管材用于氣態、液態介質的傳輸通道,是國民經濟各領域的基礎性產品,鈦合金管材由于其本身的質輕、耐腐蝕性能好的優異特點,在航空發動機、航天飛行器、石油輸送管路、化工設備、海洋環境施工及海上各種作業平臺等有著廣泛的應用,諸如沿海電站、海上油氣開采輸送、海水淡化、海洋化工生產、制堿制鹽、石油精煉設備等,前景十分廣闊。


  推廣應用鈦材料是船舶與海洋工程裝備最重要的技術發展方向之一。鈦合金管材已被發達國家廣泛應用于船舶與海洋工程裝備中,大量采用鈦材,使其裝備的安全可靠性能得以提高,設備體積減小,質量減輕,設備破損事故和維修保養次數明顯減少,極大延長了使用壽命。


  鈦合金管材加工性能特點


  鈦合金室溫塑性較低,變形抗力大,但其在α+β兩相區和β相區具有良好的塑性和較低的變形抗力,因此,鈦合金材料的成型制造或各種型材制備(板、棒、管等)均需加熱至相變點附近進行。


  由于鈦合金在高溫下易于與氧、氮、碳等發生化學反應且易于吸氫,導致鈦合金變形性能急劇下降并影響材料的服役性能,加之鈦合金導熱系數低,大型坯料加熱時,往往會導致截面溫差大,極易導致變形過程開裂;此外,鈦合金變形區溫度范圍較窄,且對應變速率較為敏感,一般須在較低速率下變形;同時,由于變形后冷卻速度直接影響其室溫平衡態組織和構件的服役性能,因此,變形過程中應保持變形溫度的恒定或采取措施降低其溫降的速率以使其具有足夠的塑性。


  我國大口徑鈦合金管材制備技術分析


  傳統的鈦合金無縫管生產工藝為擠壓穿孔、斜軋穿孔+多道次冷軋、鉆鏜孔工藝。目前,國內利用傳統工藝可以制備小規格鈦合金管材,并在航空、航天、船舶以及石油化工領域應用,有力支撐了武器裝備和國民經濟的發展。


  (1)傳統鉆鏜孔、擠壓工藝:鉆鏜孔加工是直接利用鈦合金棒材經鉆鏜加工,無需加熱工序及壓延成型,材料利用率極低,一般不足50%,因此,綜合成本很高。同時,不適合加工長徑比較大以及薄壁管材。


  擠壓成型技術可獲得較大的變形量,晶粒細小,毛管壁厚均勻度控制較難。擠壓成型通常采用玻璃粉潤滑或包銅套潤滑,玻璃粉潤滑擠壓鈦合金管工藝在我國尚不成熟,在擠壓后段潤滑效果不理想,極易造成模具和擠壓管材的表面嚴重損傷,制造成本高,生產效率和產品質量低;包銅套潤滑效果較好,可以得到較好的鈦合金管表面質量,但包銅套材料消耗較大,去除附著在鈦合金管表面的包銅套耗酸比較多,容易造成環境污染。

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