钛及钛合金性能及选用

2021-06-24 14:45:56 作者：工业小南点来源：工业小南点分享至：

◆钛的耐蚀性能

钛是热力学上很活泼的金属，其平衡电极电位很低，为-1.63V，钛的钝化膜很稳定，故在许多介质中相当耐蚀，钛不但在氧化性介质中，而且在氯化物介质中均有很好的耐蚀性。钛在还原性介质中钝化膜被破坏又不能重新修复，故腐蚀很快。

钛在沸腾的硝酸和铬酸中耐蚀，在王水、次氯酸钠、氯水和湿氯气中也耐蚀，但在干氯气中会燃烧。钛在无机氯化物溶液中不产生点蚀和应力腐蚀破裂。钛还对大多数有机酸耐蚀，但在沸腾甲酸和草酸中，钛会腐蚀。钛在硫酸、盐酸中的腐蚀速率较高，并随着温度、浓度的增高而增加。钛对氢氟酸和磷酸不耐蚀。钛对稀碱耐蚀，但对高温浓碱不耐蚀。

◆钛的腐蚀类型及防护

★应力腐蚀和爆炸：钛一般不发生应力腐破裂，仅在苛刻条件下，如在红烟硝酸、含盐酸或其他卤素离子的甲醇溶液中会发生。钛在干氯、红烟硝酸、纯氧、液氧等介质中由于反应激烈会放出大量热，引起着火和爆炸，应特别注意。

★缝隙腐蚀：在一般腐蚀环境下不会发生，仅在具有深的缝隙、溶液不流动且pH值低、含卤素离子及高温等条件下才会发生。如在处理高温氯化物装置上，钛与聚四氟乙烯垫片接触处、钛管与管板胀接处常常发生缝隙腐蚀。为防止缝隙腐蚀，法兰密封面可使用Ti-0.2Pd合金、T-0.8Ni-0.3Mo合金，或对钛密封面镀钯，或采用菱状钛钯合金垫片，或消除缝隙，以焊代胀。

★氢脆：钛易吸氢，温度不高时就发生，高于300℃时吸氢迅速进行，钛的吸氢有两种现象：一是在基体晶粒内有针状TiH2沉淀，并向内扩散穿透，这种针状物相当于微裂纹，加速了腐蚀脆裂；二是氢化物在表面积聚，在流动介质中容易脱落，加速钛的腐蚀。氢含量>100×10-6，钛冲击值下降很多，氢含量（300~500）×10-6，钛延伸率急剧下降，所以一般规定钛中氢含量小于150×10-6。

钛制化工设备大多在150~300℃范围内工作，些在高压下应用，反应产生原子氢会被钛吸收而脆化，另外，设备处于氢分压系统气氛中（含有分子氢）易使钛吸氢脆裂。钛缺氧或由于钛中铁杂质及表面铁污染会促进吸氢。防止钛腐蚀氢脆一般是选用钛钯合金或镀钯，或在介质中加入氧化剂。防止氢分压的氢脆一般是选用含铁少的钛材，焊接及加工时避免铁污染。

★电偶腐蚀：在腐蚀介质中，钛与异种金属接触可能加快另一种金属的腐蚀。钛与不锈钢之类容易极化的材料接触时，电偶腐蚀不明显。在盐酸中钛与低碳钢接触，由于钛表面产生新生态氢破坏了钛的钝化，引起氢脆加快腐蚀。

钛在不充气的沸腾甲酸、醋酸混合液中处于钝化-活化区之间，耐蚀性较差，但在充气条件下，其耐蚀性大为改善。钛在干氯或红烟硝酸中会引起爆炸，但只要有微量水就可避免。钛表面阳极氧化处理可增耐蚀性又消除铁污染，热氧化处理也可增加耐蚀性。此外，在盐酸、硫酸等还原性介质中，如存在Cu、Fe等会发生氧化还原反应的金属离子，能促进钛的钝化。

焊接工艺对钛耐蚀性关系重大，钛焊接比不锈钢有更严格的要求，通常采用氫弧焊，钛材和焊丝含H量≤0.015％，其他杂质含量要符合规定，如Fe量≤0.05％，焊前必须对工件进行严格清洗。焊接氩气保护应充分，温度高于500℃的区域包括背面均需保护，停弧后还需保护一段时间，采用较小的焊接线能量以缩小热影响区。也可采用等离子焊。

钛在化纤化工设备中使用温度不高于330℃，尽量低于250℃。钛表面光滑不结垢，耐冲蚀，可承受较大流速，并有滴状冷凝点，可作换热设备，由于有优良的耐蚀性和高强度，可制作薄壁管克服热导率低缺点。反应器和容器可采用整体钛、复合钛和衬钛，复合材料一般采用爆炸复合，衬里常采用松村、热胀等。一般高温高压设备采用3mm厚钛复合钢板。整体钛制的塔器和容器壁厚在8~10mm以下。

高温氧化法生产PTA装置中反应温度在160~230℃、压力7~35kgf/cm2（1kgf=9. 80665N），介质醋酸中含有溴离子，所以反应器、冷凝器、母液罐等主要设备为钛制。在尼龙66生产中，醇酮装置的催化剂制备塔、铬酸制备槽主要介质为高温铬酸，壳体为钛材。生产尼龙6的炭基硫酸盐系统也采用了钛材设备，用光化亚硝基化反应制己内酰胺的设备也用钛材。乙烯直接氧化制乙醛的生产工艺中以金属氯化物为催化剂，因此钛是标准的结构材料。

根据温度、压力和耐蚀性的不同，设备可以选择不同牌号的钛及其合金。在化纤设备中主要用纯钛，对要求具有综合性能的且较大成型场合可选用TA1或TA2，对要求耐磨和较高强度的可选用TA3；耐蚀钛合金有Ti-Pd、Ti-Mo、Ti-Ni， Ti-Ni-Mo，Ti-Mo-Pd、 Ti-Ta， TC4（Ti-6Al-4V）等。醋酸脱水塔的紧固件采用Ti-0. 8Ni-0.3Mo，聚酯屏蔽泵的止推轴承采用Ti-50Ni耐磨耐蚀合金。

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