1、概述

　　鈦及鈦合金具有密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕和耐壓性好等突出優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、冶金、電力、醫(yī)藥衛(wèi)生和儀器儀表等行業(yè)。為適應(yīng)海洋工程深海容器、船舶等領(lǐng)域需求,在鈦合金閥開(kāi)發(fā)過(guò)程中,用新技術(shù)、新材料和新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì),符合國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)品政策的要求,是一種新興的,又很有發(fā)展前途的材料應(yīng)用技術(shù),從而提高了閥門(mén)質(zhì)量,改善了產(chǎn)品性能。

2、鈦的耐腐蝕性能

　　鈦是一種具有高度化學(xué)活性的金屬,對(duì)大多數(shù)腐蝕介質(zhì)都呈現(xiàn)出特別優(yōu)異的耐腐蝕性。鈦和氧有很大的親和力,在接觸于大氣或任何含氧介質(zhì)時(shí),其表面立即形成一種堅(jiān)固而緊密的鈍性氧化薄膜。這種薄膜十分穩(wěn)定,如果產(chǎn)生機(jī)械損傷,又會(huì)立即重新形成(只要存在一定量的氧) 。

　　金屬鈦有幾種特殊的腐蝕形式,如高溫腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕和腐蝕疲勞等,但鈦應(yīng)用在船舶閥門(mén)上主要是電偶腐蝕。

　　電偶腐蝕是當(dāng)兩種不同的金屬在一電解質(zhì)中構(gòu)成電偶時(shí),作陽(yáng)極的金屬的腐蝕可以被加速。其腐蝕量取決于材料間的電極電位差,也取決于陽(yáng)極和陰極的面積比以及兩者的極化特性。鈦與一般材料不同,它在許多介質(zhì)中是鈍態(tài)的,并且顯示出類(lèi)似于鈍態(tài)18-8不銹鋼的電位。鈦在海水中的電位是-0.10V (對(duì)飽和甘汞電極) 。鈦與蒙乃爾合金、哈斯特洛依C、18-8不銹鋼、加Ni的鋁青銅管板接觸時(shí)電位差很小,不會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕。但同樣在海水中,鈦與鋁、鋅、碳鋼接觸時(shí),鋁、鋅等金屬被腐蝕。然而,它們的腐蝕速度卻比與不銹鋼接觸時(shí)所引起的腐蝕小。這些金屬的腐蝕程度隨鈦和接觸鈦的金屬表面積的比例而變化。接觸鈦的金屬和鈦的表面積比為1∶10(即陽(yáng)極與陰極面積比為1∶10)時(shí),被接觸金屬將很快腐蝕。與此相反,與鈦接觸的金屬和鈦的表面積比為10∶1時(shí),其腐蝕率大大降低。鈦與某些金屬在海水中接觸腐蝕量如圖1。在低濃度還原性酸(如硫酸或鹽酸)也存在類(lèi)似海水的情況。此外,鈦有強(qiáng)烈的極化傾向,即意味著包含鈦?zhàn)麝帢O的電偶,只產(chǎn)生小的電流。由于鈦表面有氧化膜存在,所以,當(dāng)與其他金屬接觸時(shí),其腐蝕率通常不會(huì)增加。因此在船舶用鈦制閥門(mén)上的其他材料應(yīng)注意電偶腐蝕的對(duì)比。

圖1　鈦———異種金屬浸泡于通氣海水(2500h)的性能

3、閥門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　(1)鈦合金閥門(mén)的閥體流道采用圖2形式(以截止閥為例) ,以減小介質(zhì)對(duì)密封面的直接沖刷和由于通道的急劇收縮及擴(kuò)張而產(chǎn)生渦流區(qū)。

圖2　法蘭鈦合金截止閥

　　(2)鈦材較貴,為經(jīng)濟(jì)、合理使用鈦材,在不與腐蝕介質(zhì)接觸的部位,應(yīng)盡量不用鈦制零件。

　　(3)鈦材的力學(xué)性能隨溫度而改變,其值較一般碳素鋼或合金鋼大。其強(qiáng)度指標(biāo)隨溫度上升而下降,如250～300℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度約為常溫時(shí)的50%。因此,即使在設(shè)計(jì)溫度不高的情況下,也應(yīng)按設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度值選取。鈦的屈強(qiáng)比高、持久強(qiáng)度好,因此,設(shè)計(jì)溫度在316℃以下時(shí),決定設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)的往往是該溫度下的抗拉強(qiáng)度值。工業(yè)純鈦是不能通過(guò)熱處理來(lái)提高強(qiáng)度指標(biāo)值的。鈦的熱膨脹系數(shù)小,當(dāng)鈦和其他材料聯(lián)合使用時(shí),要注意膨脹值差引起的應(yīng)力。

　　(4)工業(yè)純鈦和α - 鈦合金壓力加工時(shí)的塑性變形范圍小,容易產(chǎn)生破裂。而提高變形速度或降低變形溫度等都可能導(dǎo)致加工中的破裂。因此,最好不要設(shè)計(jì)變形量大的冷加工件。在需要翻邊的地方,彎曲半徑盡量取得大一些。用強(qiáng)度脹連接的管子與管板管孔之間的間隙公差要小,以免鈦管脹裂。