1、定義

石油化工用鈦餅是以鈦或鈦合金為原料，通過鍛造或軋制工藝制成的餅狀坯料或半成品，主要用于制造耐腐蝕、高強(qiáng)度的石油化工設(shè)備關(guān)鍵部件（如反應(yīng)器內(nèi)襯、閥門、泵體等）。

2、材質(zhì)

常用牌號(hào)：

工業(yè)純鈦：TA1（Gr1）、TA2（Gr2），成本低，耐一般腐蝕。

耐蝕合金：TA9（Gr7，Ti-0.2Pd）、TA10（Gr12，Ti-0.3Mo-0.8Ni），添加鈀、鉬、鎳提升耐縫隙腐蝕和還原性介質(zhì)能力。

高強(qiáng)度鈦合金：TC4（Gr5，Ti-6Al-4V），用于需高強(qiáng)耐疲勞的部件。

3、性能特點(diǎn)

耐腐蝕性：在含Cl⁻、H₂S、CO₂等介質(zhì)中優(yōu)于不銹鋼，尤其適合酸性油氣環(huán)境。

比強(qiáng)度高：密度僅為鋼的60%，但強(qiáng)度相當(dāng)，降低設(shè)備自重。

耐熱性：長期使用溫度可達(dá)300℃（純鈦）或450℃（合金）。

生物惰性：無毒性，適用于制藥、食品級化工場景。

4、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

國際：

ASTM B381（鍛件）、ASTM B348（棒坯）。

ASME SB381（壓力容器規(guī)范）。

中國：GB/T 16598-2013（鈦及鈦合金餅材）。

5、加工工藝

熔煉：真空自耗電弧爐（VAR）熔煉，確保低雜質(zhì)（O、N含量＜0.15%）。

鍛造：多向模鍛或等溫鍛造，細(xì)化晶粒至5-10μm，提升力學(xué)性能。

熱處理：β相區(qū)固溶處理+時(shí)效強(qiáng)化（針對TC4等合金）。

表面處理：酸洗（HF+HNO₃混合液）去除氧化層，或噴砂強(qiáng)化表面。

6、關(guān)鍵技術(shù)

晶粒度控制：通過多道次鍛造和控溫（α+β兩相區(qū)加工）避免晶粒粗化。

焊接技術(shù)：氬弧焊（GTAW）需使用高純度氬氣保護(hù)，焊后需退火消除應(yīng)力。

無損檢測：超聲波探傷（UT）檢測內(nèi)部缺陷，滲透檢測（PT）排查表面裂紋。

7、加工流程

原料制備：海綿鈦→VAR熔煉→鑄錠（Φ500-1000mm）。

開坯鍛造：鑄錠加熱至950℃（β相區(qū)）鐓粗拔長，消除鑄造缺陷。

精鍛成型：在800-850℃（α+β區(qū)）模鍛至餅狀，厚度公差±2mm。

熱處理：純鈦退火（700℃×2h），TC4合金雙重退火（950℃固溶+550℃時(shí)效）。

機(jī)加工：車削/銑削至最終尺寸，表面粗糙度Ra≤3.2μm。

檢驗(yàn)：UT檢測、化學(xué)分析、硬度測試（HB 200-300）。

8、具體應(yīng)用領(lǐng)域

煉油廠：加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件（TA10抗H₂S腐蝕）、催化裂化裝置閥門。

天然氣處理：海底管道法蘭（TC4耐高壓）、LNG換熱器管板。

化工廠：PTA氧化反應(yīng)器攪拌槳（TA9耐醋酸腐蝕）、氯堿電解槽電極。

9、與其他鈦合金材料對比

對比項(xiàng)	鈦餅（TA10/TC4）	鈦板/管（Gr2）	鈦鑄件（ZTA2）
強(qiáng)度	高（TC4抗拉≥895MPa）	中（純鈦≥345MPa）	低（鑄態(tài)強(qiáng)度下降20%）
耐蝕性	優(yōu)（TA10耐還原性酸）	良（僅耐氧化性介質(zhì)）	焊縫區(qū)易腐蝕
成本	高（鍛造工藝復(fù)雜）	低	中（鑄造模具費(fèi)用高）
適用場景	高壓/復(fù)雜應(yīng)力部件	常壓容器襯里	異形結(jié)構(gòu)件

10、未來發(fā)展新領(lǐng)域

深海油氣開發(fā)：研發(fā)Ti6242（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo）合金，耐5000米深海高壓及低溫。

氫能源：鈦餅用于電解水制氫的質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽雙極板，抗氫脆。

增材制造：激光選區(qū)熔化（SLM）直接成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鈦餅，減少材料浪費(fèi)（如GE的3D打印燃油噴嘴）。

綠色冶煉：電解法提取鈦（FFC劍橋工藝）降低能耗，替代傳統(tǒng)克勞爾法。

總結(jié)

石油化工用鈦餅憑借其不可替代的耐蝕性和輕量化優(yōu)勢，在苛刻環(huán)境中逐步取代傳統(tǒng)不銹鋼。未來隨著新合金開發(fā)和制造技術(shù)進(jìn)步，其在新能源、深地工程等領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)展。

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