鈦合金無縫管材的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、鈦合金無縫管材的廣泛應(yīng)用

鈦合金管材應(yīng)用于海上油田平臺的運輸， 主要是為了減輕平臺重量、降低成本、增加使用壽命。寶鈦研制生產(chǎn)的直徑為準90～準120mm 的油氣開采用TC4S合金高性能擠壓管完 全滿 足 API5CT 中P110 鋼的性能指標，已成功交付并使用。 鈦合金還具有突出的耐海水特性和耐氯化物腐蝕特性，使其在地?zé)峁I(yè)應(yīng)用時不僅增加了設(shè)備可靠性， 而且降低了運營成本。進一步還有望在防止蓄水層枯竭、利用干熱巖產(chǎn)生蒸汽等方面得到應(yīng)用。

鈦合金作為先進的輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高的比強度，被廣泛用于航空航天領(lǐng)域，特別是在管路系統(tǒng)，如：引氣管路、液壓管路、燃油管路。 其中TA18 鈦合金由于有良好的室溫、高溫力學(xué)性能（700℃時抗拉強度≥620MPa），優(yōu)異的冷、熱加工塑性和焊接性，使其一直是航空航天用管的最佳選擇。 另外，鈦合金良好的生物相容性，使它在生物醫(yī)療和骨科植入等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用， 典型的 Paragon 支架就是利用鎳鈦超彈合金毛細管通過激光雕刻后制成的球囊擴張型馬氏體支架。 一些商業(yè)化鈦合金管材的性能和用途如表1所示。

表1 商用鈦合金無縫管材的性能及用途

2、 制約鈦合金無縫管材廣泛應(yīng)用的因素

目前， 國際上鈦管材的制造工藝已基本成熟，但是鈦管的應(yīng)用一直受到成本方面的制約，尤其對于薄壁管、超高強度管、超長管等特殊要求管材，鈦無縫管的生產(chǎn)難度較大、設(shè)備復(fù)雜、周期長、成品率低。 因此，鈦焊管應(yīng)運而生。 在發(fā)達國家，濱海電站和核電站中的凝汽器已用鈦焊管逐步替代鈦無縫管。 我國每年鈦焊管產(chǎn)量已經(jīng)超過 12000t。 可以預(yù)見，由于成本方面的優(yōu)勢，未來鈦焊管將部分替代鈦無縫管。

鈦管材在服役環(huán)境中并不是零腐蝕 。 H MShalaby 等人研究發(fā)現(xiàn)， 純鈦冷凝器管在服役15年后內(nèi)外表面均有嚴重腐蝕穿孔和邊緣破裂。 另外,在鈦管的裝配應(yīng)用過程中， 往往還需對管材進行彎曲、焊接、端頭加工等處理。 由于鈦管的屈彈比高，在彎曲時回彈顯著，過度回彈導(dǎo)致難以控制管子幾何和精度。 利用有限元模擬對 Ti-3Al-2.5V 管在冷彎曲工藝中的回彈現(xiàn)象進行了分析和預(yù)測，但工藝十分復(fù)雜，成形較難控制。鈦管由于化學(xué)活性強、熔點高、導(dǎo)熱性差等物理化學(xué)特性，在焊接時容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，對焊接設(shè)備和保護裝置要求高。這些都是制約鈦合金無縫管材廣泛應(yīng)用的因素。

鈦無縫管有比強度高、耐腐蝕性強、耐熱性好、低溫性能好、彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)活性高、 生物相容性好等特點， 使其受到各領(lǐng)域的青睞。 但是由于生產(chǎn)鈦無縫管的設(shè)備復(fù)雜、周期長、成品率低、造價高等缺點，讓它的應(yīng)用受到限制。另外，我國低端鈦管材產(chǎn)能過剩，但在重要化工裝置、航空航天液壓管路、火箭發(fā)動機燃油管、生物醫(yī)療等領(lǐng)域用高性能鈦管材的研究和生產(chǎn)方面還不足。

目前鈦無縫管材的研制不斷向高性能化、 低成本化、 功能化發(fā)展。 一方面大量應(yīng)用有限元軟件對成形過程進行模擬以實現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)備和工藝的優(yōu)化， 提高質(zhì)量和成材率將成為趨勢。 另一方面要不斷探索創(chuàng)新鈦管材制備方法，簡化工藝，降低成本，積極推廣鈦無縫管材的應(yīng)用。 這些都需要相關(guān)科研人員的共同努力。

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