(1)盡管有許多資料介紹鈦在室溫下存在蠕變的特性,但當溫度不大于316℃時,工業(yè)純鈦的持久強度曲線趨于平坦,即持久強度與斷裂時間關(guān)系不大。只有當溫度超過316℃時,工業(yè)純鈦的持久強度值才可能比相應(yīng)溫度下的短時拉伸強度低。因此至少在316℃以下短時拉伸試驗的強度就可以作為鈦及鈦合金材料的設(shè)計依據(jù),只有當應(yīng)用溫度更高時,才有必要除按短時拉伸強度設(shè)計外還應(yīng)按持久強度設(shè)計。
?。ǎ玻└鲊娜萜饕?guī)范對鈦容器按短時強度設(shè)計的應(yīng)用溫度上限的規(guī)定不完全相同,ASME公制版規(guī)定為300?。悖谩?,?。粒樱停牛保梗梗赣⒅瓢嬉?guī)定為600?。埃疲ǎ常保丁。埃茫?,日本JIS B?。福玻罚埃保梗梗碁椋常担啊。埃?,俄羅斯OCT26-01-279一一1978?。ǎ保梗福材辏痹拢溉掌饘嵭校┮?guī)定BT1一0為300?。悖?,OT4一0為400?。埃谩?, AT3為350℃。1990年發(fā)布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在起草時曾提出純鈦板應(yīng)用溫度不高于200?。悖茫捎诋敃r國內(nèi)已在使用的鈦容器設(shè)計溫度已達210℃和230?。悖?,因而定稿發(fā)布時定為230?。瘢谩=陣鴥?nèi)使用的鈦容器的設(shè)計溫度已有280?。悖?、?。常保怠娴?,1999年版雖仍定為230℃,但經(jīng)壓力容器標準化技術(shù)委員會與其協(xié)商,已同意按300℃。
(3)表面無膜的銀白色的鈦,在300℃以上時,表面開始生成淡黃色的氧化膜;400℃以上時,形成金黃色氧化膜。鈦的這些氧化膜質(zhì)地致密、附著牢固、不易脫落,具有保護作用。
因此至少在350℃以下,鈦表面在空氣中的氧化和腐蝕介質(zhì)中的氧化不會對鈦的應(yīng)用起不利影響。
?。ǎ矗┍砻鏇]有氧化膜的鈦,在300℃以上即可明顯地吸收空氣或其他介質(zhì)中的氫;鈦表面存在氧化膜時,產(chǎn)生明顯吸氫作用的溫度則稍高,450℃以上氫氣才能進入鈦中。鈦經(jīng)在大氣中存放或在大氣中經(jīng)氧化處理,在化學介質(zhì)中經(jīng)化學鈍化或陽極鈍化處理,以及鈦在氧化性的腐蝕介質(zhì)中使用后,表面均存在良好的氧化膜。因而一般認為400℃以下氫不會對鈦設(shè)備產(chǎn)生不利作用。當然,如果介質(zhì)的還原性強,電化學腐蝕的陰極析氫反應(yīng)會使鈦氫化,但這屬于使用鈦設(shè)備不當?shù)膯栴},不屬正常使用的鈦的應(yīng)用溫度問題。
?。ǎ担。茫摹。保常埃粒福福分幸?guī)定:“對于全鈦設(shè)備,從經(jīng)濟角度考慮,其使用溫度最好不超過150℃。”這是因為溫度超過150℃后,鈦的抗拉強度下降得很多,需用更厚的壁厚,經(jīng)濟上不合算。
據(jù)本標準起草人了解,工業(yè)純鈦在150℃的抗拉強度約為室溫值的57%,在300℃時的值約為室溫值的36%,300℃時的值約為150℃時的63%,高溫下鈦的抗拉強度的下降是明顯的,但在300℃時所用6個容器用變形鈦的抗拉強度下限保證值仍在100?。停校嵋唬保梗怠。停校岬乃剑瑥募夹g(shù)上講容器是可以應(yīng)用的。
我們認為,在本容器標準中確定應(yīng)用溫度上限主要應(yīng)從技術(shù)可行性出發(fā),至于經(jīng)濟上是否合算的問題與容器的許多具體情況密切相關(guān),經(jīng)濟上是否合算應(yīng)當留給容器設(shè)計人員根據(jù)具體情況去確定,實際上容器是否應(yīng)當用鈦制造,在絕大多數(shù)場合下都應(yīng)當考慮一下經(jīng)濟上是否合算的問題,這與鈦容器在技術(shù)上的應(yīng)用范圍不是一碼事??赡艽嬖谶@樣的情況,設(shè)計溫度超過150℃,從耐蝕性而言采用鈦是最合適的材料,從結(jié)構(gòu)特點或傳熱要求等而言又不宜采用復合板或襯鈦結(jié)構(gòu),只有采用單層鈦容器才最合理,這時即使由于鈦的強度低些而采用壁厚較厚的鈦容器才是最經(jīng)濟合理的方案。
因此本標準將單層鈦容器應(yīng)用溫度上限定為300℃是合適的。
(6)復合板容器的應(yīng)用溫度上限,《容規(guī)》和CD 130A8-87均定為350?。茫?。這是由于復合板復層鈦和基層鋼具有連接強度,鈦層與鋼層共同承載,共同變形,而鋼的應(yīng)用溫度上限多大于350℃。
因而本標準將復合板容器應(yīng)用溫度上限定為350℃也是合適的。
?。ǎ罚τ谝r鈦容器而言,由于鈦的線膨脹系數(shù)約為鐵素體鋼的2/3,約為奧氏體不銹鋼的1/2,在容器升降溫過程中襯鈦層會受到較大的熱應(yīng)力:升溫時襯鈦層受到拉應(yīng)力,存在拉裂的可能性;降溫時襯鈦層受到壓應(yīng)力,存在鼓包的可能性。溫差越大,襯鈦層的受力也越大。因此襯鈦容器的設(shè)計溫度不宜過高。
襯鈦層失效的可能性除與設(shè)計溫度有關(guān)外,還與升溫的速度、設(shè)計結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。英國標準CP?。常埃埃场痘と萜骱驮O(shè)備的襯里》中第九部分“襯鈦化工容器和設(shè)備制造規(guī)范”中規(guī)定:“松襯里的設(shè)備不適用于操作溫度高于205℃或有嚴重溫度變化或溫度變化頻繁的環(huán)境”。CD?。保常埃粒福福分幸惨?guī)定:“襯鈦設(shè)備的使用溫度不超過205℃。”本標準考慮到襯鈦容器應(yīng)用溫度上限的影響因素甚多,國內(nèi)已使用的襯鈦尿素合成塔的設(shè)計溫度為210 0C,國內(nèi)已使用的鈦制氨氣提塔中碟形管板過渡圓角處采用了襯鈦結(jié)構(gòu),其設(shè)計溫度為230℃。
因而將襯鈦容器使用溫度上限定為250℃。當然在較高的應(yīng)用溫度時,襯鈦容器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上和操作升降溫度上均應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
?。ǎ福。粒樱停乓?guī)定:“鈦并不像有些黑色金屬材料那樣在低溫下有一個過渡范圍,在低溫‘時抗沖擊性能不會受到損失,其靜抗拉強度隨溫度下降而增加,用伸長率來度量的塑性不會受到顯著影響,因此ASME不規(guī)定鈦等有色金屬的低溫沖擊試驗。”“鈦在0℃以下時沖擊性能并無顯著下降,鈦的使用溫度降至一60℃時沒有附加要求,鈦可以用到更低的溫度,但應(yīng)用適當?shù)臋z驗結(jié)果使用戶滿意,如伸長率等,以證明在低的設(shè)計溫度下鈦具有適當?shù)乃苄浴#ⅲ剩桑印。隆。福玻罚埃保梗梗骋?guī)定容器用鈦可用到一268℃。俄羅斯規(guī)范規(guī)定退火狀態(tài)下的鈦材用于壓力容器的溫度下限為:BT1一0和AT3為一269?。埃谩?, OT4為一196℃。而OCT?。玻丁。桑梢唬埃叮保梗福担ǎ保梗福纺晷抻啠垛伜外伜辖鸷钢迫萜骱驮O(shè)備一般技術(shù)條件》則規(guī)定適用的環(huán)境溫度范圍不低于一10℃。CD?。保常埃粒福福分幸?guī)定的鈦使用溫度下限:TA1為一268 0C , TA2為一196?。埃谩。。裕粒碁橐唬叮啊。悖谩?,?。裕橐唬埃保担校浜停裕橐唬埃常停镆唬埃福危闉橐唬常啊?,且規(guī)定:用于設(shè)計溫度低于一30℃的鈦板應(yīng)進行低溫夏比沖擊試驗。
本標準規(guī)定鈦的應(yīng)用溫度下限為一269℃,但在設(shè)計溫度低于一60℃時應(yīng)在設(shè)計溫度下檢驗伸長率,其值不得低于容器用變形鈦的室溫標準伸長率下限值。