鈦及鈦合金材料的應(yīng)用溫度范圍--www.nmware.com
（１）盡管有許多資料介紹鈦在室溫下存在蠕變的特性，但當(dāng)溫度不大于３１６℃時(shí)，工業(yè)純鈦的持久強(qiáng)度曲線趨于平坦，即持久強(qiáng)度與斷裂時(shí)間關(guān)系不大。只有當(dāng)溫度超過３１６℃時(shí)，工業(yè)純鈦的持久強(qiáng)度值才可能比相應(yīng)溫度下的短時(shí)拉伸強(qiáng)度低。因此至少在３１６℃以下短時(shí)拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度就可以作為鈦及鈦合金材料的設(shè)計(jì)依據(jù)，只有當(dāng)應(yīng)用溫度更高時(shí)，才有必要除按短時(shí)拉伸強(qiáng)度設(shè)計(jì)外還應(yīng)按持久強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
（２）各國的容器規(guī)范對鈦容器按短時(shí)強(qiáng)度設(shè)計(jì)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 ｃＣ ，?。粒樱停牛保梗梗赣⒅瓢嬉?guī)定為６００?。埃疲ǎ常保丁。埃茫毡荆剩桑印。隆。福玻罚埃保梗梗碁椋常担啊。埃茫砹_斯ＯＣＴ２６－０１－２７９一一１９７８?。ǎ保梗福材辏痹拢溉掌饘?shí)行）規(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(shí)曾提出純鈦板應(yīng)用溫度不高于２００?。悖?，由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)已在使用的鈦容器設(shè)計(jì)溫度已達(dá)２１０℃和２３０?。悖?，因而定稿發(fā)布時(shí)定為２３０?。瘢?。近年國內(nèi)使用的鈦容器的設(shè)計(jì)溫度已有２８０?。悖?、?。常保怠娴龋保梗梗鼓臧骐m仍定為２３０℃，但經(jīng)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，表面開始生成淡黃色的氧化膜；４００℃以上時(shí)，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(hù)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。
（４）表面沒有氧化膜的鈦，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(shí)，產(chǎn)生明顯吸氫作用的溫度則稍高，４５０℃以上氫氣才能進(jìn)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(xué)介質(zhì)中經(jīng)化學(xué)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(rèn)為４００℃以下氫不會對鈦設(shè)備產(chǎn)生不利作用。當(dāng)然，如果介質(zhì)的還原性強(qiáng)，電化學(xué)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(dāng)?shù)膯栴}，不屬正常使用的鈦的應(yīng)用溫度問題。
（５）?。茫摹。保常埃粒福福分幸?guī)定：“對于全鈦設(shè)備，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，其使用溫度最好不超過１５０℃?！边@是因?yàn)闇囟瘸^１５０℃后，鈦的抗拉強(qiáng)度下降得很多，需用更厚的壁厚，經(jīng)濟(jì)上不合算。
據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)起草人了解，工業(yè)純鈦在１５０℃的抗拉強(qiáng)度約為室溫值的５７％，在３００℃時(shí)的值約為室溫值的３６％，３００℃時(shí)的值約為１５０℃時(shí)的６３％，高溫下鈦的抗拉強(qiáng)度的下降是明顯的，但在３００℃時(shí)所用６個(gè)容器用變形鈦的抗拉強(qiáng)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(rèn)為，在本容器標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)上是否合算應(yīng)當(dāng)留給容器設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體情況去確定，實(shí)際上容器是否應(yīng)當(dāng)用鈦制造，在絕大多數(shù)場合下都應(yīng)當(dāng)考慮一下經(jīng)濟(jì)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(jì)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(diǎn)或傳熱要求等而言又不宜采用復(fù)合板或襯鈦結(jié)構(gòu)，只有采用單層鈦容器才最合理，這時(shí)即使由于鈦的強(qiáng)度低些而采用壁厚較厚的鈦容器才是最經(jīng)濟(jì)合理的方案。
因此本標(biāo)準(zhǔn)將單層鈦容器應(yīng)用溫度上限定為３００℃是合適的。
（６）復(fù)合板容器的應(yīng)用溫度上限，《容規(guī)》和ＣＤ １３０Ａ８－８７均定為３５０?。茫谩＿@是由于復(fù)合板復(fù)層鈦和基層鋼具有連接強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)將復(fù)合板容器應(yīng)用溫度上限定為３５０℃也是合適的。
（７）對于襯鈦容器而言，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(shí)襯鈦層受到拉應(yīng)力，存在拉裂的可能性；降溫時(shí)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(jì)溫度不宜過高。
襯鈦層失效的可能性除與設(shè)計(jì)溫度有關(guān)外，還與升溫的速度、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。英國標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重溫度變化或溫度變化頻繁的環(huán)境”。ＣＤ １３０Ａ８－８７中也規(guī)定：“襯鈦設(shè)備的使用溫度不超過２０５℃。”本標(biāo)準(zhǔn)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(jì)溫度為２１０?。埃茫瑖鴥?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(jì)溫度為２３０℃。
因而將襯鈦容器使用溫度上限定為２５０℃。當(dāng)然在較高的應(yīng)用溫度時(shí)，襯鈦容器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上和操作升降溫度上均應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
（８） ＡＳＭＥ規(guī)定：“鈦并不像有些黑色金屬材料那樣在低溫下有一個(gè)過渡范圍，在低溫‘時(shí)抗沖擊性能不會受到損失，其靜抗拉強(qiáng)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(yàn)。”“鈦在０℃以下時(shí)沖擊性能并無顯著下降，鈦的使用溫度降至一６０℃時(shí)沒有附加要求，鈦可以用到更低的溫度，但應(yīng)用適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)結(jié)果使用戶滿意，如伸長率等，以證明在低的設(shè)計(jì)溫度下鈦具有適當(dāng)?shù)乃苄?。＂ＪＩＳ?。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。。希裕礊橐唬保梗丁?。而ＯＣＴ ２６?。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?。埃谩?， ＴＡ２為一１９６?。埃谩。。裕粒碁橐唬叮啊。悖谩?， Ｔｉ一０．１５Ｐｄ和Ｔｉ一０．３Ｍｏ一０．８Ｎｉ為一３０℃，且規(guī)定：用于設(shè)計(jì)溫度低于一３０℃的鈦板應(yīng)進(jìn)行低溫夏比沖擊試驗(yàn)。
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鈦的應(yīng)用溫度下限為一２６９℃，但在設(shè)計(jì)溫度低于一６０℃時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)溫度下檢驗(yàn)伸長率，其值不得低于容器用變形鈦的室溫標(biāo)準(zhǔn)伸長率下限值。
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