石油化工用钛饼

1、定义

石油化工用钛饼是以钛或钛合金为原料，通过锻造或轧制工艺制成的饼状坯料或半成品，主要用于制造耐腐蚀、高强度的石油化工设备关键部件（如反应器内衬、阀门、泵体等）。

2、材质

常用牌号：

工业纯钛：TA1（Gr1）、TA2（Gr2），成本低，耐一般腐蚀。

耐蚀合金：TA9（Gr7，Ti-0.2Pd）、TA10（Gr12，Ti-0.3Mo-0.8Ni），添加钯、钼、镍提升耐缝隙腐蚀和还原性介质能力。

高强度钛合金：TC4（Gr5，Ti-6Al-4V），用于需高强耐疲劳的部件。

3、性能特点

耐腐蚀性：在含Cl⁻、H₂S、CO₂等介质中优于不锈钢，尤其适合酸性油气环境。

比强度高：密度仅为钢的60%，但强度相当，降低设备自重。

耐热性：长期使用温度可达300℃（纯钛）或450℃（合金）。

生物惰性：无毒性，适用于制药、食品级化工场景。

4、执行标准

国际：

ASTM B381（锻件）、ASTM B348（棒坯）。

ASME SB381（压力容器规范）。

中国：GB/T 16598-2013（钛及钛合金饼材）。

5、加工工艺

熔炼：真空自耗电弧炉（VAR）熔炼，确保低杂质（O、N含量＜0.15%）。

锻造：多向模锻或等温锻造，细化晶粒至5-10μm，提升力学性能。

热处理：β相区固溶处理+时效强化（针对TC4等合金）。

表面处理：酸洗（HF+HNO₃混合液）去除氧化层，或喷砂强化表面。

6、关键技术

晶粒度控制：通过多道次锻造和控温（α+β两相区加工）避免晶粒粗化。

焊接技术：氩弧焊（GTAW）需使用高纯度氩气保护，焊后需退火消除应力。

无损检测：超声波探伤（UT）检测内部缺陷，渗透检测（PT）排查表面裂纹。

7、加工流程

原料制备：海绵钛→VAR熔炼→铸锭（Φ500-1000mm）。

开坯锻造：铸锭加热至950℃（β相区）镦粗拔长，消除铸造缺陷。

精锻成型：在800-850℃（α+β区）模锻至饼状，厚度公差±2mm。

热处理：纯钛退火（700℃×2h），TC4合金双重退火（950℃固溶+550℃时效）。

机加工：车削/铣削至最终尺寸，表面粗糙度Ra≤3.2μm。

检验：UT检测、化学分析、硬度测试（HB 200-300）。

8、具体应用领域

炼油厂：加氢反应器内构件（TA10抗H₂S腐蚀）、催化裂化装置阀门。

天然气处理：海底管道法兰（TC4耐高压）、LNG换热器管板。

化工厂：PTA氧化反应器搅拌桨（TA9耐醋酸腐蚀）、氯碱电解槽电极。

9、与其他钛合金材料对比

对比项	钛饼（TA10/TC4）	钛板/管（Gr2）	钛铸件（ZTA2）
强度	高（TC4抗拉≥895MPa）	中（纯钛≥345MPa）	低（铸态强度下降20%）
耐蚀性	优（TA10耐还原性酸）	良（仅耐氧化性介质）	焊缝区易腐蚀
成本	高（锻造工艺复杂）	低	中（铸造模具费用高）
适用场景	高压/复杂应力部件	常压容器衬里	异形结构件

10、未来发展新领域

深海油气开发：研发Ti6242（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo）合金，耐5000米深海高压及低温。

氢能源：钛饼用于电解水制氢的质子交换膜（PEM）电解槽双极板，抗氢脆。

增材制造：激光选区熔化（SLM）直接成型复杂结构钛饼，减少材料浪费（如GE的3D打印燃油喷嘴）。

绿色冶炼：电解法提取钛（FFC剑桥工艺）降低能耗，替代传统克劳尔法。

总结

石油化工用钛饼凭借其不可替代的耐蚀性和轻量化优势，在苛刻环境中逐步取代传统不锈钢。未来随着新合金开发和制造技术进步，其在新能源、深地工程等领域的应用将进一步扩展。

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