钛制设备的发展历程和趋势

钛及钛合金可用于制造化学和石油化学工业中的各种设备，这是因为钛及钛合金具有优异的力学性能、良好的耐蚀性、生物惰性等特点。腐蚀问题是化学工业中最突出的问题之一，利用各种新型耐腐蚀材料，是解决腐蚀问题的最有效方法。因为工业纯钛的力学性能和耐蚀性取决于氧、氮及铁之类杂质的含量，所以，要根据力学和腐蚀化学要求选择具有各种不同强度性能的钛及钛合金。杂质成分对钛的加工或应用时的可塑性有影响。压力容器应用的钛材有较高的强度要求，但是用作衬里及零部件时要经受较大的变形，因而要选择具有杂质含量少、强度较低而塑性高的钛材。工业纯钛在高温下能经受长期静载荷的作用，但是超过250℃时就可能发生蠕变，不宜制造压力容器。计算参数指出，应用工业纯钛制造的压力容器的工作温度大多数限制在250℃以下。现在少数反应器及特殊情况下钛制容器壁厚超过10mm，但大多数采用钢制设备敷以钛衬里，并根据载荷大小及设备规格确定衬里厚为1～2mm，容器底部要选择较厚的钛板。

钛合金能有效地代替下述各种稀缺的材料：镍基合金（蒙乃尔合金或耐腐蚀耐热合金）、高合金钢、Cr18 Ni10Ti型不锈钢、各种稀有金属、各种有色金属（钽、铌、铂铜和锡）、各种塑料。分析证明，在化学工业中应用各种钛合金可以降低整体费用，但是原始投资成本比较高。除了苏联曾制造钛合金设备之外，美国、日本、英国、德国瑞士、意大利也广泛采用钛合金制造的设备。捷克斯洛伐克以及保加利亚、罗马尼亚在钛的应用方面也取得了成功的经验。广泛应用钛的实例，最有代表性的是1960年美国化学工业耗用大约100t钛的铸件（占总耗量的3％），而1970～1971年大约为1000～1200t。最近30年，部分化学工业在钛铸件的总耗量中已达到7.5％～9.0％的占比1971年美国化学工业对钛铸件的消耗量达到了3000t（占工业应用钛总量的65％左右但不包括航空工业）。在日本，化学工业消耗的钛铸件占所有钛铸件的95％。而西欧一些国家占30％～60％。钛及钛合金的耐腐蚀特性使其应用的范围十分广泛，涉及的化工产品多达数十种。

因为钛是比较新的结构材料，已经知道某些钛合金设备与浓度为200g／L的硫酸介质相接触，8年未损坏。甚至在80℃条件下，在有铜盐、镍盐、铁盐的介质中也没有被腐蚀破坏。钛合金在90℃温度条件下、20％（质量分数）浓度的硫酸中的腐蚀速度为0.5mm／年。同时，泵在生产中长期输送含有5％～15％（质量分数）浓度的盐酸及氯化铁、氯化铝、氯化镁的混合物时仍能正常运转而不被破坏。钛在潮湿的氯气中、氯的氧化物中、含有氯的有机化合物中具有高的耐蚀性，而在同样条件下钢及高合金钢则遭受到腐蚀和产生龟裂。BT1-0牌号的钛合金在化学工业中获得了广泛应用，在大多数情况下它具有较好的耐蚀性，并被推荐在不超过350℃的条件下使用。AT-3钛合金也同样在化学工业中具有广阔的应用前景，同其他批量生产的钛合金（包括BT1-0）相比具有较好的耐蚀性，并具有较高的（同BT1-0牌号钛合金相比较）耐磨损性能。对于含有沸腾温度下的浓盐酸及浓硫酸介质、乙酸介质和磷酸介质等建议采用含有合金元素钯和钼的钛合金制造化工容器类设备，这些合金在还原性介质中具有高的耐蚀性，对防止裂纹和其他类型的局部腐蚀较有效。对4200及4201钛合金性质的研究以及由这两种合金制造的设备进行的工业试验证明，可应用到下列化学品的生产之中：四氯烷烃、糠醛氨基酸、甲酸甲基醚、己内酰胺等。(www.xing528.com)

尽管钛材价格比较贵，但和其他金属材料相比却有比强度高等优点，因此，在20世纪50年代初期，钛开始工业生产后，多用于航空等军事工业，钛作为化学工业生产设备的结构材料则始于20世纪50年代中期，1954年美国钛金属公司将钛用作装二氧化氯混合器的衬里，以防止氯化矿浆渣的腐蚀和磨损。1956年西德Krupp公司已经具有了应用钛制硝酸冷凝器以及水和硝酸混合蒸气喷嘴的经验。日本在1957年将工业纯钛作为一种耐腐蚀材料用于化学工业，解决了某些设备存在的严重腐蚀问题。英国的一些公司早在1959年就已经掌握了用钛来制作板式热交换器的技术。苏联从1960年开始采用钛制设备和管道，1970年以后，钛制设备在化学工业的应用得到了显著推广。特别是近年来，随着钛的耐蚀性和耐腐蚀钛合金的研究，钛制设备在化学工业中的应用增长率在不断提高，也获得了较快的发展。

钛材在我国的应用始于20世纪60年代中期，但当时只作为设备的内衬件或零部件（如温度计套管、电解制取高纯镍和钴用的阴极母板等）。1970年由钛复合钢板制造的二甲苯氧化塔投入生产。1972年以后，几乎有70％～80％用于化工、轻工等行业，如氯碱工业相继使用钛制湿氯冷却器和涂钌钛制阳极板来代替石墨冷却器和石墨阳极；漂白工业的钛制亚氯酸钠漂白机由进口改为自制；造纸工业用的二氧化氯反应器、热交换器、氨水泵；电化学工业中电镀镍、电镀工业硬铬等用的阳极及其加热器、电抛光用的阳极挂钩等，也都是使用钛和钛合金材料制造。现在国内已经有成套供应钛制换热器的制造厂。特别是1985年，国内对Φ25mm×0.6mm薄壁焊接钛管工艺取得成功，同年又研制出新的爆炸复合工艺制成钛钢复合管，使钛制设备的制造水平发展到了一个新的阶段。近年来钛制设备的应用日益增加，发展尤为迅速。