我国钛及钛合金板带材的应用情况分析
中国产业研究报告网讯：
内容提要： 目前，氯碱工业中已广泛采用钛材来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。
2011-2015年中国钛合金产业全景调研及投资方向研究报告
1 钛及钛合金板带材在化工领域的应用
随着全球经济的持续发展，跨国投资和产业转移不断扩大，区域经济合作进一步加深。我国装备制造业涉足范围也越来越宽广，不断有新技术涌现，也进一步增强了我国装备制造业在国际环境下的竞争力。下面介绍我国钛板材在化工领域中的应用情况。
1. 1 制碱行业
目前，氯碱工业中已广泛采用钛材来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。
以前，我国食盐电解制取氯气的生产因为冷却工艺不合理或冷却设备的腐蚀影响了氯气的产量和质量，而且还严重地污染了环境。许多氯碱厂使用了钛制冷却器后，解决了湿氯冷却器的腐蚀问题，有的已使用了近20 年，至今仍然完好无损，改变了氯碱工业中制取氯气的生产面貌。钛在高温湿氯气的环境下极耐腐蚀，在常温下的氯水中，腐蚀速率为0. 000 565 mm/a; 在80 ℃的氯水中，腐蚀速率为0. 00 431mm/a。
钛材在制碱行业中的应用已有近30 年历史，其制造技术及产品应用技术已经非常成熟。离子膜电解制碱是目前最先进的制碱方式，在我国已有60%的生产线采用了离子膜电解槽。这种电解槽内采用了大量高精度尺寸与严格形状要求的钛板、钛钢复合板、钛网板等。另外，与生产线配套的氯气尾气收集设备，以及换热器、储存罐等设备也都应用了大量钛板。这些设备的维护或翻新周期为3 ～ 6 年。
1. 2 制盐行业
我国真空制盐工业起步较晚，到20 世纪70 年代初期才大量兴起。真空制盐过程高温浓盐卤水对碳钢设备腐蚀严重，直接影响了设备能力的发挥及生产的正常运行。设备频繁维修，跑冒滴漏严重，成为当时亟待解决的问题。选择适合于制盐工业的耐蚀材料提到了议事日程。
随着人们对钛材性能认识的逐步深入以及对钛材加工技术的逐步撑握，钛被推广应用到真空制盐工业。为了防止真空制盐过程中蒸发罐壁结盐垢，在小型蒸发罐内壁液面波动处，嵌入高1 100 mm、厚0. 7 mm 的TA2 板。使用结果表明，由于钛耐腐蚀，对于防止蒸发罐壁结盐垢，延长洗罐周期有良好效果。邓关盐厂年产7 × 104 t 真空制盐工程( 黑卤) Ⅱ、Ⅲ效加热室，采用TA2 换热管及钛钢复合管板结构，投入使用近20 年一直运行使用良好。内蒙古吉兰泰盐厂年产5 × 104 t 真空制盐工程蒸发罐Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸发室首次采用了钛钢复合板结构，多年运行证明，以钛钢复合板制造的蒸发室对防止结盐垢、延长检修周期、提高盐品质均有良好效果。四川大安盐厂、五通桥盐厂两套年产30 × 104 t 真空制盐主体设备蒸发罐与料液接触的部份，以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ效加热室均采用TA2 换热管及钛钢复合板。仅此两套制盐装置，便使用钛管44 t，使用TA2 板约10 t，钛钢复合板达360 t，使真空制盐工业一跃成为用钛板以及钛钢复合板的大户之一。
1. 3 PTA 行业
PTA( 精对苯二甲酸) 在常温下呈白色粉状晶体，是生产聚酯纤维、树脂、胶片及容器树脂的主要原料，被广泛应用于化纤、容器、包装、薄膜生产等领域。生产PTA 的主要原料是石油炼化中产生的芳烃类对二甲苯( PX) 。
20 世纪90 年代初我国建造成了第一条PTA 生产线，其生产技术及装备均从美国和欧洲引进。近年来在国家调控政策的影响下，我国PTA 行业得到了稳步良性发展，已成为PTA 的生产和消费大国，生产技术日益成熟，装备日趋国产化。截至2011 年年初，国内已有近30 条PTA 生产线，分布在18 个工厂。由重庆市蓬威石化有限责任公司投资建设的第一条全套国产化装备的PTA 生产线，已于2010 年建成并投产。
PTA 装备需要防蚀的部件主要为反应器、交换器。而防蚀的方法有衬钛或采用全钛，衬钛部件是有外层碳钢来承担介质的压力，而由内衬钛来抵抗介质的腐蚀。全钛部件则是完全由钛来承担介质的腐蚀和压力［2］。
2 钛及钛合金板带材在航空航天领域的应用
在美国和俄罗斯等国家，钛及钛合金已经被广泛应用于航空航天制，成为钛材的第一大消费领域。
在我国，由于航空航天制造业起步较晚，钛及钛合金在航空航天领域用量不大，但近几年，随着该行业的迅速发展，钛及钛合金板材的应用也有了较大的发展。目前，在航空航天领域，大规格钛板主要应用于超塑成形飞机的腹鳍、壁板和板筋等零部件，常用牌号有TC1、TC4。航空发动机上常用的牌号有TC1、TC4、TA7、TA15，厚度为1、2、5、8、10 mm板材，通常执行的都是企业标准，规格也比较多，主要与发动机型号有关。飞机机身上常用到的钛板材主要是蒙皮，厚度在1 mm 左右，宽度1 200 ～1 400 mm，执行国军标，也有部分是按协议标准执行。目前用于飞机机身蒙皮的钛板材比飞机发动机的用量更大。
3 钛及钛合金板带材在海洋领域的应用
钛板在舰船、潜艇、海洋资源勘探、海洋油气开采、海洋调查与救生、海水淡化及滨海电站等方面的应用已经有30 多年的历史，快速增长开始于20世纪90 年代。这得益于海洋油气资源勘探和开采的大力发展。
3. 1 船舶制造行业
钛及钛合金以其轻质、高比强、耐蚀、无磁性等优异性能被称为“海洋金属”，是海军工程最有应用前途的金属材料，适用于航母、潜艇、深潜器、原子动力船、民船等［3］。
钛材在船舶中的应用部位非常广，如船舶的推进系统、电力系统、电子信息系统、辅助系统、声纳导流罩及深潜器耐压壳体等。长8 ～ 10 m、宽3 m、高3. 5 m 深潜器，所用钛材规格较大; 载人耐压舱需要规格大于120 mm × 3 400 mm × 3 400 mm 的板材来制造球壳，在耐压球壳体上有许多大孔( 观察窗、密封舱口、贯通连接件) ，还需焊接更厚的锻件来补强，要求钛合金有很好的焊接性; 推进系统中的螺旋桨、喷水推进装置、动力装置、燃气轮机叶片和轮盘等主要使用的是钛合金零部件、构件、管道等。
到目前为止，我国在舰船上的用钛量很少，占全部钛用量的10%～20%。这主要是因为船舶产业规模小、成本高造成的。随着我国国力的增强以及舰船工业的发展，舰船用钛的市场需求也将随之增加。
3. 2 滨海电站领域
电力行业是国民经济的重要基础工业，是国家经济发展的先行产业。改革开放以来，随着国民经济持久高速发展，全国许多地方出现电力供应严重不足。国家随即采取了许多措施，启动了许多电力项目。凝汽器是火力发电厂和原子能发电厂的重要设备之一。由于采用海水或被污染水作为冷却液对凝汽器( 原用铜合金) 产生腐蚀和磨蚀，导致凝汽器发生泄露，严重危及电厂的安全运行。而钛以其优异的耐蚀、抗冲刷、高比强等良好的综合性能，成为冷却水质恶劣的电厂凝汽器的理想材料，赢得了电力行业的青睐。我国从20 世纪80 年代初开始研制薄壁钛焊接管。1987 年在广东沙角电厂进行了国产焊接钛管的插管装机试验，规格为25 mm × 0. 5mm 和25 mm ×0. 7 mm 两种，安插在蒸汽入口处和空抽区( 腐蚀性气体浓缩区) 。经过近5 年的运行，无一钛管发生泄露，并通过了技术鉴定。1988 年，舟山定海电厂将宝钛股份生产的规格为25 mm ×0. 5 mm × 6 000 mm 的焊接钛管装机运行( 用钛量达到1 600 kg) ，运行至今情况良好，无腐蚀泄露等情况发生。近几年，随着我国沿海经济的发展，滨海电站的建设也在加快，全钛凝汽器的用量也随之增加，带动了我国钛及钛合金焊管用板带材的发展。
3. 3 海水淡化领域
目前，海水淡化是解决水资源短缺的重要途径。
在中东等地区的沿海国家，海水淡化已成为这些水资源缺乏国家获取淡水的主要方式。
海水淡化换热装置中的板式换热器、热交换器板片常用的材料主要有奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金等冷轧薄板。钛材对氯离子具有很强的抗腐蚀性，是海水淡化设备换热器的首选材料。事实表明，TA1 和TA2 等工业纯钛在天然水、海水和各种氯化物中具有特殊的抗应力腐蚀的能力。在流速为3 ～5 m/s 的海水中，钛制设备的生物污堵现象是最轻微的( 钛换热器的污堵系数约为0. 95 ～0. 99) 。工业纯钛TA1 用于板式换热气，工业纯钛TA2 和钛合金TA10( Ti-0. 3Mo-0. 8Ni) 用于管式换热器。与列管式换热器相比，用TA1 钛板制造的板式换热器有许多优点，在市场上有很强的竞争力。海水淡化以及滨海电站的换热器、凝汽器中换热管大部分采用薄壁钛焊管。而我国薄壁钛焊管几乎完全依赖国外进口。薄壁钛焊管需求量的增加，带动着国内钛板带材生产。
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