摘 要：鈦以其良好的耐腐蝕、傳熱性、抗熱膨脹、高強度等性能特點廣泛應(yīng)用于我國工業(yè)中，創(chuàng)造了良好的應(yīng)用價值。本文在分析鈦材各性能特點的基礎(chǔ)上，探討了鈦材的研制方法及其在制鹽工業(yè)中的應(yīng)用情況和加工特點。并分析了目前鈦材在我國工業(yè)事業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，以期更好的推動我國工業(yè)事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鈦材 性能特點 制鹽工業(yè) 應(yīng)用 展望

中圖分類號：TS3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0089-02

近年來，鈦材以其良好的耐腐蝕、傳熱性、抗熱膨脹、高強度等性能在眾多金屬材料中脫穎而出，由早期的航空業(yè)轉(zhuǎn)到普通工業(yè)，乃至人們?nèi)粘Ｉ钪校〉昧肆己玫膽?yīng)用價值。尤其是在制鹽工業(yè)中，制鹽設(shè)備長期存在氯離子對金屬材料嚴重腐蝕，為解決腐蝕問題提供了良好的解決途徑，應(yīng)用范圍不斷增加。然而，鈦在自然界的分布比較零散，且提取難度大，因此被認為是一種稀有金屬。且與國外相比，鈦材在我國工業(yè)事業(yè)中的運用尚處于初步階段，如何提高各鈦材設(shè)備的制造、加工技術(shù)以及掌握鈦材的應(yīng)用要點，進而充分利用鈦材的性能優(yōu)勢對提高鈦材的社會價值及推動我國工業(yè)事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。本文在分析鈦材各性能的基礎(chǔ)上，探討了鈦材在制鹽工業(yè)中的應(yīng)用及其加工特點。并分析了目前鈦材在應(yīng)用中存在問題和發(fā)展前景。

1 鈦材的性能特點

1.1 耐腐蝕

鈦的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。常溫下，鈦容易與空氣中的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進而合成一層堅固、致密的氧化膜薄膜覆蓋在鈦的表面，從而保護其不與強酸、強堿發(fā)生反應(yīng)。因此，體現(xiàn)出鈦材的耐腐蝕性能。

1.2 傳熱好

用于換熱器，滴狀冷凝，強度高，所以管壁薄，所以傳熱效果好。

1.3 抗熱膨脹

鈦的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能較差。因而其熱穩(wěn)定性量好，熔點為1660±10 ℃，沸點為3287 ℃，熱膨脹系數(shù)低。所以用其做設(shè)備材料時，可以發(fā)揮良好的抗熱膨脹性能，保證材料的穩(wěn)定，不變形。

1.4 強度高

鈦的密度為4.506～4.516 g/cm3（20 ℃），其比強度位于金屬之首。且在非合金的狀態(tài)下，鈦的強度跟某些鋼相若，因而具有強度高的良好性能。

2 鈦材的開發(fā)和應(yīng)用

從20世紀70年代起，制鹽設(shè)備的腐蝕及滴漏問題日漸對制鹽工業(yè)造成嚴重困擾，因主要的氯離子腐蝕問題，受我國金屬材料發(fā)展的制約，主體設(shè)備，大部分是碳鋼制造，一般在二年左右，其中換熱器用過20號碳鋼管，一般使用年限不會超過一年，基本上是幾個月就開始穿管了；后來發(fā)展到使用銅材，使用時間大約在二至三年左右，造成設(shè)備制造、更換費用高，而且影響生產(chǎn)。近些年，不銹鋼被大量應(yīng)用于制鹽行業(yè)，其中316L證實可以耐氯離子腐蝕，但制鹽系統(tǒng)中的換熱器因?qū)Q熱系數(shù)的要求，316L材料不適用。新的耐腐蝕制鹽設(shè)備材料亟待開發(fā)。

1910年，美國在試驗室中第一次用鈉法制得海綿鈦。20世紀50年代，我國鈦工業(yè)開始起步。70年代，在國家統(tǒng)一規(guī)劃下，投入到鈦材的開發(fā)、研究。隨后，鈦材性能優(yōu)勢不斷凸顯，其良好的耐氯離子腐蝕引入制鹽行業(yè)，國家于90年代開始，制鹽行業(yè)的換熱器開始使用鈦材。

2.1 鈦材的研制

目前，鈦材的研制重要包括有電子束冷床爐法、真空吸鑄法、粉末冶金法。

2.2 鈦在制鹽工業(yè)的應(yīng)用

（1）鈦材及鈦合金在真空制鹽加熱室中的應(yīng)用。

真空制鹽工藝中，加熱室是最關(guān)鍵的設(shè)備。在鈦材未應(yīng)用于制鹽工業(yè)之前，加熱室中的加熱管多采用普通鋼管、銅管。但這些鋼管耐腐蝕性能低，常被制鹽鹵水介質(zhì)腐蝕，從而嚴重制約著制鹽工業(yè)的發(fā)展。后來，隨著鈦材及鈦合金的誕生，因其抗氯離子性能優(yōu)良，后國家推廣到制鹽行業(yè)應(yīng)用。

國內(nèi)制鹽基本上四效真空制鹽工藝，鈦材應(yīng)用于換熱器換熱管，管長一般有9m，壁厚在0.8～1.5之間。因為每效操作溫度各不相同，加上鈦材的制造原因，鈦材有工業(yè)純鈦和鈦鉬鎳合金之分，工業(yè)純鈦含合金成分少，價格相對便宜，但鈦合金耐溫性相對較好，強度方面也稍強。

制鹽行業(yè)首效加熱室加熱強度高，最容易結(jié)垢，對制鹽生產(chǎn)有較大的制約。而選用鈦鉬鎳合金材料，純鈦在II、III、IV效加熱室的應(yīng)用。且具有良好的耐腐蝕、熱傳導(dǎo)性、不積垢優(yōu)點，有效避免了加熱管的堵塞，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。其次，傳統(tǒng)材料應(yīng)用下，加熱室極易發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象。而純鈦表面雜質(zhì)少，抗腐蝕性能強，從而不易發(fā)生腐蝕穿孔及管道堵塞現(xiàn)象。且在同等傳熱性能下，鈦加熱室具有重量比鋼管加熱室輕，體積小的優(yōu)點。

（2）鈦材鹽水預(yù)熱器的應(yīng)用。

在制鹽工藝中，鹵水預(yù)熱器是又一重要的工藝設(shè)備。在100℃以下的環(huán)境中，鈦在NaCl溶液中具有較強的抗腐蝕性能。因此，在制作鹽水預(yù)熱器的管束、封頭時采用鈦材能有效避免NaCl溶液對預(yù)熱器零部件的腐蝕，從而保證了設(shè)備的正常使用。

（3）鈦材在氯堿行業(yè)的應(yīng)用。

作為我國重要的原材料工業(yè)，氯堿廣泛用于造紙，輕紡、醫(yī)藥，建材等行業(yè)，同時，氯堿也是是國內(nèi)使用鈦材最大的用戶。近年來，Ti12和Ti-Pd和金是氯堿行業(yè)中應(yīng)用效果良好的耐縫隙腐蝕材料。主要應(yīng)用于鈦泵泵體、葉輪以及其他零部件的制作中，以及金屬陽極電解槽、離子膜電解槽、脫氯塔的制造中，取得了良好的應(yīng)用價值。

3 鈦材設(shè)備的制造加工特點

合理的加工工藝是保證鈦材應(yīng)用價值的重要環(huán)節(jié)。為避免鈦材加工中對金屬結(jié)構(gòu)以及性能的破壞，應(yīng)綜合鈦的物理、化學(xué)及機械性能特點來采取適當?shù)募庸すに?。目前，鈦材的加工環(huán)節(jié)主要包括機加工環(huán)節(jié)和焊接加工環(huán)節(jié)，其加工工藝特點分別如下所示。

3.1 機加工

鈦材機械加工環(huán)節(jié)中，加工刀頭一般選用合金刀頭，避免選用工具鋼刀頭，?？刂魄锌趨^(qū)滲碳。剪切下料時要保證切口加工余量的留足，將切口表層產(chǎn)生的污染物質(zhì)機械清除。并將一層牛皮紙貼在鈦材表面，起到保護作用。同時，加工時的加熱溫度不宜過高，加熱時間不宜過長，避免高溫條件下鈦金屬晶粒長大，體積擴張等情況的發(fā)生而導(dǎo)致鈦材綜合性能的破壞。另外，在沖壓過程中，基于鈦的彈性模量較低，回彈量大特點的考慮，盡量選擇模壓法（預(yù)彎）或在三輥卷板機上模板滾壓成形。并可分多次熱成形以保證封頭的幾何尺寸。

3.2 焊接加工

鈦材焊接加工前，首先應(yīng)將附著在焊口的油污和雜質(zhì)清除，將氧化膜刷去，以防止焊接口污染或再次氧化。其次，為盡可能的保證焊縫與基本金屬具有相近的耐腐蝕性能，應(yīng)盡量保證所采用焊絲的成分與基本進食相近。最后，嚴格避免強制對口，保證管道及管件組對接的同心，內(nèi)壁平齊。

焊接氣體保護，任何接頭的施焊，必須進行焊接過程中的全程氣體保護，否則鈦易被氧化，焊縫強度下降，出現(xiàn)裂紋，焊縫質(zhì)量無法保證。通常是做焊縫跟蹤和焊后區(qū)補氣護罩，如果是管類施焊，必須將管另一頭做堵頭堵住，焊前就開始充氣，氣體產(chǎn)選氮氣，排除環(huán)境空氣，焊接時，補氣護罩對住已焊的焊縫，保護，直到焊縫降溫到200度以下，所以鈦材焊縫需要一段一段的施工。

4 鈦材的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

近年來，鈦材作為一種優(yōu)良的耐蝕材料和一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。除了應(yīng)用在航空航太工業(yè)、船舶工業(yè)、制鹽工業(yè)、氯堿工業(yè)中外，還憑借其耐氯離子，耐腐蝕、傳熱的性能特點，推廣用于工業(yè)廢水的處理工業(yè)中。

東江環(huán)保股份有限公司從事廢物處置中，有大量的氨氮廢水需要處理，主要工藝就是蒸發(fā)濃縮減量化處理，應(yīng)用了MVR和普通蒸發(fā)系統(tǒng)，早期設(shè)備采用316L類不銹鋼，有些地方耐腐蝕性可以滿足要求，但主體換熱器仍不耐腐蝕。后借鑒制鹽行業(yè)經(jīng)驗，主體換熱器和濃縮母液管路都用鈦材，取得滿意效果。值得注意的是，東江公司位于惠州的處理基地，有鎳渣回收處理后廢水，含有氯離子、硫酸根離子、硝酸根離子，做鈦材90攝氏度下掛片試驗時，鈦材（TA1、TA2）仍有輕微腐蝕的情況，最后，決定對此廢水進行預(yù)處理，去硫酸根、硝酸根離子，至此，鈦材耐腐蝕良好。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各領(lǐng)域鈦材應(yīng)用范圍擴大，尤其是氯堿工業(yè)領(lǐng)域和航空航天、船舶海洋領(lǐng)域?qū)︹伒男枨罅坎粩鄶U大。但鈦提煉困難，造價較高；而且存在鈦材需求個性化差異，擴大鈦合金品種的研制，革新提煉技術(shù)，實現(xiàn)材料個性化的性能，又保證材料價格可控，為人類文明做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 周茂華.鈦產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].特鋼技術(shù)，2006，12（4）.

[2]倪沛彤，韓明臣，張英明，等.低成本鈦-銅金屬復(fù)合型材的熱擠壓成形[J].中國有色金屬學(xué)報，2010，20（z1）.

[3] 胡彩花，王學(xué)魁，孫之南，等.制鹽業(yè)中的腐蝕與防腐技術(shù)[J].鹽業(yè)與化工，2008（1）.

[4] 阮鑫，王成君.鈦材的焊接工藝及技術(shù)要點[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2003，24（6）.