1、前言

鈦密度小，屈強(qiáng)比高，耐熱性能、耐低溫性能及換熱性能，特別是在中性及氧化性介質(zhì)中的耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)．被廣泛地應(yīng)用在海水淡化、電力工業(yè)、石油化工、航空、航天工業(yè)、船舶行業(yè)和軍事工業(yè)等諸多領(lǐng)域。而鈦焊管是鈦應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)國家已有四十多年的歷史。目前，世界上技術(shù)先進(jìn)國家已基本上用鈦焊管代替了鈦無縫管，而我國仍以鈦無縫管為主。長期以來，我國受鈦帶生產(chǎn)、管成型技術(shù)和焊接技術(shù)的制約．鈦焊管全部依賴進(jìn)口，由于價格非常昂貴，從而大大限制了鈦焊管的應(yīng)用領(lǐng)域。近幾年來，為打破國外廠商對鈦焊管的技術(shù)壟斷，國內(nèi)多家有實(shí)力的鈦材生產(chǎn)企業(yè)投入大量資金和人力，進(jìn)行研發(fā)和引進(jìn)吸收。攻克了鈦焊管的生產(chǎn)技術(shù)，如今國產(chǎn)鈦焊管已開始逐步地應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。

七十年代，我國鹽行業(yè)因真空制鹽技術(shù)興起，鈦良好的熱傳遞性能和優(yōu)良的耐腐蝕性能引起了行業(yè)的重視。在當(dāng)時全國鈦辦、寶雞有色金屬研究所、寶雞有色金屬加工廠的大力支持下，鈦?zhàn)鳛榧訜崾覔Q熱管的試驗(yàn)得以開展。從掛片、中試、到推廣應(yīng)用，幾十年來，鈦經(jīng)歷了不同性質(zhì)的鹵水，不同的工藝流程，不同的溫度和壓力等苛刻條件的考驗(yàn)。證明鈦是目前鹽行業(yè)設(shè)備最優(yōu)秀的可選材質(zhì)。然而時至今日。在國內(nèi)其他各行業(yè)認(rèn)可并大量使用鈦焊管的時候，作為國內(nèi)最早使用鈦管之一的制鹽行業(yè)。換熱管卻仍然使用按GB／T3625((換熱管及冷凝器用鈦及鈦合金管》標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的冷拔鈦無縫管，鈦焊管鮮見使用。到底是什么原因阻礙了鈦焊管這一新興的金屬材料在制鹽行業(yè)的使用，是技術(shù)的問題、經(jīng)濟(jì)的問題或應(yīng)用的問題?下面讓我們作一比較分析。

2、鈦焊管和鈦無縫管技術(shù)指標(biāo)比較

以美國ASTMB338標(biāo)準(zhǔn)和中國GⅣr3625標(biāo)準(zhǔn)

(1)化學(xué)成分指標(biāo)(以工業(yè)純鈦為例，下同)：

比較結(jié)果見表1。鈦焊管和鈦無縫管其化學(xué)成分指標(biāo)要求都是相同的。

(2)力學(xué)性能指標(biāo)：

比較結(jié)果見表2。鈦焊管和鈦無縫管除抗拉強(qiáng)度要求有所不同外，其他指標(biāo)是一致的。實(shí)際鈦焊管生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品，其抗拉強(qiáng)度都在400MPa以上。

(3)工藝性能指標(biāo)：

比較結(jié)果見表3。鈦焊管和鈦無縫管的壓扁試驗(yàn)要求相同，擴(kuò)口率一樣，氣壓試驗(yàn)要求基本相同。

鈦焊管和鈦無縫管的水壓試驗(yàn)，除與管子的外徑(D=2a0)和壁厚有關(guān)外，常數(shù)E略有所不同，焊管E取0.85．無縫管E取1.0。但不論是焊管還是無縫管．水壓最大壓力要求都是一致的，當(dāng)管徑不大于76mm時．水壓試驗(yàn)最大壓力都不大于17.2MPa；當(dāng)管徑大于76mm時，水壓最大壓力不大于19.3MPa。

(4)鈦焊管焊縫與母材的金相、性能等指標(biāo)對比：

①鈦焊管焊縫與母材的金相組織有所差異。工業(yè)純鈦其組織為儀相，母材晶粒分布均勻，大小均一而焊縫組織的金相組織為樹狀相晶粒，由焊縫中心向母材延伸。且焊縫處的晶粒較母材略大。

②焊縫與母材性能對比：

a、焊縫與母材的力學(xué)性能等強(qiáng)度，焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)接近100％，有時焊縫強(qiáng)度稍高于母材。

b、焊縫與母材存在硬度差。焊縫及熱影響區(qū)的硬度稍高于母材。

c、焊接后采用在線熱處理工藝。通過優(yōu)化退火參數(shù)，使母材、焊縫、熱影響區(qū)的金相基本上接近；通過退火處理，消除了焊接應(yīng)力，同時焊縫組織均勻化．硬度與母材接近。

3、鈦焊管與鈦無縫管經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

鈦焊管采用連續(xù)焊管機(jī)組生產(chǎn)線，將原材料鈦薄板．經(jīng)過冷彎成型后焊接而成。鈦無縫管通常采用三輥冷軋機(jī)對管坯減徑減壁軋制生產(chǎn)，生產(chǎn)同一規(guī)格產(chǎn)品，至少需要2道次及以上往復(fù)軋制才能達(dá)到工藝要求。并且每軋制一次就需要對管材表面進(jìn)行脫脂、酸洗等處理，生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，且無法實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)生產(chǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)過程多，對管子的損傷大，成材率和生產(chǎn)效率低，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)，生產(chǎn)周期也相對較長。

由于鈦無縫管生產(chǎn)過程中涉及脫脂、酸洗過程．對環(huán)境的污染較大，在環(huán)境保護(hù)方面無疑要額外增加設(shè)備及防護(hù)措施，勢必增加資金投入，產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。超大型無縫管生產(chǎn)廠家生產(chǎn)小批量訂單時，單只管子成本過高，因此，鈦焊管和鈦無縫管在成本和供貨時間之間的差異非常大，鈦無縫管的價格高并且供貨時間長。

鈦焊管與鈦無縫管相比，在經(jīng)濟(jì)性方面有如下優(yōu)勢：

(1)成材率高：鈦無縫管從海綿鈦到管材，通過軋制或者拉拔。成材率只有50％左右，在軋制或者拉拔過程中原材料浪費(fèi)較多，因此材料利用率相當(dāng)?shù)停a(chǎn)成本較高；而鈦焊管生產(chǎn)，從海綿鈦到焊接管材。材料的利用率通常在80％左右，如果以鈦帶為原料，其材料利用率可達(dá)到95％以上，材料利用率得以大大提高．生產(chǎn)成本相對降低。

(2)壁薄且壁厚均勻：鈦無縫管經(jīng)過軋制或拉拔工藝，很難做到壁厚1mm以下，而鈦焊管則可做到壁厚0.5mm及以下，節(jié)約大量的材料及成本；且鈦無縫管難以做到壁厚均勻，同心度差，而鈦焊管采用冷軋鈦帶，同板差很小，則產(chǎn)品壁厚均勻，同心度好。

(3)性能優(yōu)越：隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，鈦焊管的機(jī)械性能已完全達(dá)到無縫管的要求，焊縫強(qiáng)度及耐腐蝕性能已超過母材的性能水平。

(4)換熱效果好：鈦焊管可以做到壁厚0.5mm及以下，由于其壁薄，鈦焊管與鈦無縫管相比，可獲得更高的傳熱系數(shù)，在相同的換熱面積下其換熱效果更好。

4、鈦焊管的應(yīng)用

在上世紀(jì)六十、七十年代，美、日、法、俄等國家已分別先后把鈦焊管使用在海水淡化、電力、化工、制鹽等設(shè)備上。目前，國外大型焊管公司主要有日本的鋼鐵公司和神戶制鋼公司，法國的VALTIMET公司，俄羅斯的VSMPO公司；國內(nèi)大型焊管公司主要有寶雞鈦業(yè)股份有限公司控股的一西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司(中外合資公司)，湖南湘投

金天新材料有限公司(中國獨(dú)資)，常州法力諾焊管有限公司(法國獨(dú)資)等。這些企業(yè)幾乎壟斷了中國的鈦焊管市場。特別是國內(nèi)建設(shè)規(guī)模最大的年產(chǎn)5000噸高性能鈦焊管生產(chǎn)企業(yè)一湖南湘投金天新材料有限公司．現(xiàn)已經(jīng)形成年2500噸鈦焊管生產(chǎn)能力，單去年就向市場提供了500多噸的產(chǎn)品。如今國內(nèi)鈦焊管行業(yè)已成蓬勃發(fā)展之勢。

(1)鈦焊管在海水淡化中的應(yīng)用

當(dāng)前，世界上海水淡化的方法以蒸餾法為主。由于海水的污染使水質(zhì)變差．所以現(xiàn)在很多國家與地區(qū)已經(jīng)采用抗腐蝕能力強(qiáng)，又使用壽命長的鈦焊管替代不銹鋼管。海水淡化設(shè)備中冷凝管的材料鈦焊管呈現(xiàn)越來越大的用量。在主要項(xiàng)目地區(qū)的中東國家，海水淡化設(shè)備中的蒸發(fā)器及換熱器用管幾乎全部采用鈦焊管。如：2010年沙特延布三期80萬噸海水淡化項(xiàng)目，韓國斗山和意大利FISIA設(shè)計采用鈦焊管的規(guī)格為(I)40以上，壁厚0.7。長度超過25米，共計用量超過6600噸；法國SIDEM設(shè)計采用用規(guī)格為19x0.7和~22x0.7，用量超過3000噸?？甲C歷史，日本是海水淡化薄壁鈦焊管開發(fā)應(yīng)用較早的國家，只從1967年到1994年近30年的管的生產(chǎn)體系，相應(yīng)地開發(fā)了薄壁海水淡化裝置。一個日產(chǎn)100噸純凈水的海水淡化裝置共需鈦焊管6萬根，從使用鈦焊管至今，日本的相關(guān)海水淡化裝置生產(chǎn)廠家，已共計使用了幾千噸鈦焊管。

(2)鈦焊管在電力工業(yè)中的應(yīng)用

全球電力行業(yè)中的歐美及日本等國家，在七十年代建設(shè)海濱電廠時。冷凝器設(shè)備中的換熱管開始采用鈦焊管。我國電力行業(yè)使用鈦制冷凝器始于八十年代。1983年我國開始研制薄壁焊接鈦管凝汽器。近年來，隨著我國沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，濱?；痣娬镜慕ㄔO(shè)在加快，全鈦凝汽器的用量也隨之增加。以200MW機(jī)組為例，每臺使用鈦焊管約28t，截止至1999年底．我國共27家電廠、96臺機(jī)組使用鈦制凝汽器．裝機(jī)容量為2.95X107kW．累計用鈦焊接管3100噸。國家在“十一五”電力改革計劃中也明確規(guī)定，新建設(shè)的沿?；鹆﹄姀S采用鈦焊管為主體原料。再就是核電，核電是我國能源工業(yè)中重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。作為一種清潔環(huán)保符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和未來能源發(fā)展的方向。核電廠一般都建在海邊，采用海水作為冷卻介質(zhì)，目前，基本都采用鈦焊管作為冷卻管道。鈦焊管一般都為薄壁管材，壁厚在0.5~0.7mm之間。

(3)石油化工行業(yè)

石油化工裝置在生產(chǎn)過程中需要大量使用熱交換裝置，如煉油工業(yè)中常試壓裝置。加氮裂化裝置．以及海上石油平臺的熱交換器，水處理和供水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)，聚氯乙烯熱交換器，盤管試氧氯化反應(yīng)器，甲醇合成反應(yīng)等生產(chǎn)裝置。這些裝置都因?yàn)椴讳P鋼管耐蝕性能的局限轉(zhuǎn)而使用鈦焊管。實(shí)踐證明，在石油化工行業(yè)中許多腐蝕性強(qiáng)的裝置，使用鈦焊管后減少了維護(hù)的時間和頻率，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了企業(yè)的競爭力。目前，鈦焊管在石油化工行業(yè)中的應(yīng)用正逐步展開。

(4)鈦焊管在制鹽工業(yè)中的應(yīng)用

無論是多效真空蒸發(fā)還是熱壓制鹽，都會使用大量的列管式換熱設(shè)備，也就是行業(yè)內(nèi)稱的加熱室或預(yù)熱器。因?yàn)辂}鹵腐蝕性極強(qiáng)，在中國，早期用到的碳鋼、不銹鋼、紫銅和銅鎳合金換熱管已被鈦換熱管取代。鈦換熱管已成當(dāng)下國內(nèi)設(shè)計鹽廠換熱設(shè)備的主流用材。按2012年3月中國鹽業(yè)協(xié)會發(fā)布的權(quán)威數(shù)據(jù)：2011年井礦鹽區(qū)產(chǎn)能為4645萬噸，若按此產(chǎn)能對應(yīng)的換熱設(shè)備面積折算成鈦換熱管用量估計應(yīng)該在3000噸以上。由于中國制鹽行業(yè)整體對以寶雞鈦業(yè)為龍頭的國產(chǎn)鈦無縫管的高度認(rèn)同，鈦焊管沒有得到應(yīng)用。反觀國外，美國、歐洲和日本等國鹽廠早已使用鈦焊管，如上世紀(jì)七十年代中期建廠的日本鉆石鹽業(yè)株式會社崎戶工廠，使用中42.7×0.7×7450、中44.1×0.7×7450鈦焊管作加熱室換熱管；九十年代中期建廠的荷蘭哈林根鹽廠，使用38.8×0.889×8580鈦焊管作加熱室換熱管等。

筆者認(rèn)為，造成這種現(xiàn)象的根本原因是國內(nèi)鹽行業(yè)缺乏對鈦焊管這種新材料全面的了解，存在認(rèn)識上的問題：再就是鈦焊管是舶來品，近幾年才開始國內(nèi)生產(chǎn)．盡管性能優(yōu)異價格卻不占優(yōu)勢。鈦焊管的應(yīng)用是廣泛的，除例舉的海水淡化、電力、石油化工和制鹽外，在船舶制造、航空、航天]二業(yè)、汽車工業(yè)、食品衛(wèi)生、體育行業(yè)和軍事T業(yè)等都有應(yīng)用。

5、結(jié)論

鈦焊管采用冷彎成型技術(shù)、焊接技術(shù)，經(jīng)過環(huán)保節(jié)能1二藝處理，具有鈦無縫管無法比擬的優(yōu)異特性，具體以下幾點(diǎn)：

(1)從性能方面來看，鈦焊管和鈦無縫管沒有差異。

(2)外形外觀質(zhì)量方面，鈦焊管遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鈦無縫管。鈦焊管采用冷軋鈦帶焊接而成，壁厚均勻，光潔度好，管內(nèi)不易結(jié)垢，尤其薄壁鈦管，用無縫軋制丁藝根本無法達(dá)到要求。

(3)產(chǎn)品長度方面，鈦焊管產(chǎn)品長度相對不受限制，但鈦無縫管在軋制過程中受軋機(jī)本身影響，長度受很大限制。

(4)節(jié)能環(huán)保方面，鈦焊管采用冷彎成型技術(shù)和焊接技術(shù)，生產(chǎn)過程無廢氣、廢水等物體排放，生產(chǎn)過程環(huán)保節(jié)能，而鈦無縫管在軋制過程中需要使用大量的潤滑油，軋制后需要進(jìn)行脫脂、酸洗，勢必對環(huán)境和操作人員會造成一定影響。

總之，鈦焊管在航空、航天、海水淡化、高腐蝕的石化、制鹽、電力行業(yè)具有明顯優(yōu)勢。近幾年，鈦焊管價格已經(jīng)從遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈦無縫管到目前基本與鈦無縫管接近，如今中國專業(yè)鈦焊管生產(chǎn)已形成年約6000噸能力。我們有理由相信，隨著鈦焊接技術(shù)的進(jìn)步和成熟，鈦焊管逐步替代鈦無縫軋制管，實(shí)現(xiàn)鈦焊管大批量、高效率、高精確度和低成本的生產(chǎn)是與必然。優(yōu)質(zhì)低價的鈦焊管將會逐為廣大中國制鹽行業(yè)用戶所接受。

參考文獻(xiàn)

[1]2011年中國鈦合金焊管市場發(fā)展研究報告[R]．

[2]ASTMB338—09．冷凝器和熱交換器用鈦及鈦合金無縫和焊接管[S]．

[3]GB／T3625—2007．換熱管及冷凝器用鈦及鈦合金管[S]．

相關(guān)鏈接