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鈦及鈦合金性能及選用

2021-06-24 14:45:56 作者：工業小南點來源：工業小南點分享至：

◆鈦的耐蝕性能

鈦是熱力學上很活潑的金屬，其平衡電極電位很低，為-1.63V，鈦的鈍化膜很穩定，故在許多介質中相當耐蝕，鈦不但在氧化性介質中，而且在氯化物介質中均有很好的耐蝕性。鈦在還原性介質中鈍化膜被破壞又不能重新修復，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，但在干氯氣中會燃燒。鈦在無機氯化物溶液中不產生點蝕和應力腐蝕破裂。鈦還對大多數有機酸耐蝕，但在沸騰甲酸和草酸中，鈦會腐蝕。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。鈦對氫氟酸和磷酸不耐蝕。鈦對稀堿耐蝕，但對高溫濃堿不耐蝕。

◆鈦的腐蝕類型及防護

★應力腐蝕和爆炸：鈦一般不發生應力腐破裂，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發生。鈦在干氯、紅煙硝酸、純氧、液氧等介質中由于反應激烈會放出大量熱，引起著火和爆炸，應特別注意。

★縫隙腐蝕：在一般腐蝕環境下不會發生，僅在具有深的縫隙、溶液不流動且pH值低、含鹵素離子及高溫等條件下才會發生。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，或對鈦密封面鍍鈀，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，溫度不高時就發生，高于300℃時吸氫迅速進行，鈦的吸氫有兩種現象：一是在基體晶粒內有針狀TiH2沉淀，并向內擴散穿透，這種針狀物相當于微裂紋，加速了腐蝕脆裂；二是氫化物在表面積聚，在流動介質中容易脫落，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，所以一般規定鈦中氫含量小于150×10-6。

鈦制化工設備大多在150~300℃范圍內工作，些在高壓下應用，反應產生原子氫會被鈦吸收而脆化，另外，設備處于氫分壓系統氣氛中（含有分子氫）易使鈦吸氫脆裂。鈦缺氧或由于鈦中鐵雜質及表面鐵污染會促進吸氫。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，焊接及加工時避免鐵污染。

★電偶腐蝕：在腐蝕介質中，鈦與異種金屬接觸可能加快另一種金屬的腐蝕。鈦與不銹鋼之類容易極化的材料接觸時，電偶腐蝕不明顯。在鹽酸中鈦與低碳鋼接觸，由于鈦表面產生新生態氫破壞了鈦的鈍化，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引起爆炸，但只要有微量水就可避免。鈦表面陽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、硫酸等還原性介質中，如存在Cu、Fe等會發生氧化還原反應的金屬離子，能促進鈦的鈍化。

焊接工藝對鈦耐蝕性關系重大，鈦焊接比不銹鋼有更嚴格的要求，通常采用氫弧焊，鈦材和焊絲含H量≤0.015％，其他雜質含量要符合規定，如Fe量≤0.05％，焊前必須對工件進行嚴格清洗。焊接氬氣保護應充分，溫度高于500℃的區域包括背面均需保護，停弧后還需保護一段時間，采用較小的焊接線能量以縮小熱影響區。也可采用等離子焊。

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

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

根據溫度、壓力和耐蝕性的不同，設備可以選擇不同牌號的鈦及其合金。在化纖設備中主要用純鈦，對要求具有綜合性能的且較大成型場合可選用TA1或TA2，對要求耐磨和較高強度的可選用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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