钛合金在船用阀门上的应用欢迎访问中国造船工程学会网站.doc

钛合金在船用阀门上的应用 王飞 郭小斌 何瑞祥 摘要：本文介绍了钛合金在船用阀门上的应用，用截止阀举例了钛阀的主要结构特点，阀门的密封性能及强度性能的设计和计算校核。关注其在海水中的电偶腐蚀及制造中应注意的问题，说明钛及钛合金具有比重轻、强度高、耐腐蚀、耐压性好等突出优点，在船舶及海洋工程上应用具有广阔前景。 Abstract: To introduce the application of titanium alloy in ship’s valves, and give an example of a titanium alloy globe valve to explain the main structural features, design and calculation of the sealing and strength performances of the titanium alloy valve. Paying attention to its electro-corrosion in sea water and matters in manufacturing, to indicate that Ti and titanium alloy have conspicuous advantages of light specific gravity, high strength and corrosion-resistance etc. and a vast range of prospects for application in ship and ocean engineering. 关键词：钛合金,截止阀,密封副,船舶,耐腐蚀性。 Key words: titanium alloy, globe valve, coupling sealing parts, ship, corrosion-resistance 1、前言 钛及钛合金具有比重轻、强度高、耐腐蚀、耐压性好等突出优点，目前已广泛应用于航空、宇宙开发、石油、化工、冶金、电力、医药卫生、仪器仪表等行业。为适应海洋工程深海容器、船舶等领域需求，我们将其应用于阀门的制造，在钛合金阀开发过程中，用新技术、新材料和新标准规范产品设计，符合国家高新技术产品政策的要求，是一种新兴的，又很有发展前途的材料应用技术，从而提高了阀门质量，改善了产品性能。 2、钛的耐腐蚀性能 钛是一种具有高度化学活性的金属，但是，它对大多数腐蚀介质都呈现出特别优异的耐腐蚀性。原因是钛和氧有很大的亲和力，当钛暴露于大气，或任何含氧介质时，表面立即形成一种坚固而紧密的钝性氧化薄膜。这种薄膜十分稳定，如果产生机械损伤，又会立即重新形成（只要存在一定量的氧）。 钛金属有几种特殊的腐蚀形式，如高温腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、腐蚀疲劳等，但钛应用在船舶阀门上主要是关注电偶腐蚀。 电偶腐蚀是当两种不同的金属在一电解质中构成电偶时，作阳极的金属的腐蚀可以被加速。其腐蚀量取决于两种材料间的电极电位差，也取决于阳极和阴极的面积比以及两者的极化特性。钛与一般材料不同，它在许多介质中是钝态的，并且显示出类似于钝态18-8不锈钢的电位。钛在海水中的电位是-0.10V（对饱和甘汞电极）。钛与蒙乃尔合金、哈斯特洛衣C、18-8不锈钢、加Ni的铝青铜管板接触时电位差很小，不会产生电偶腐蚀。但同样在海水中，钛与铝、锌、碳钢接触时，铝、锌等金属被腐蚀。然而，它们的腐蚀速度却比与不锈钢接触时所引起的腐蚀小。这些金属的腐蚀程度随钛和接触钛的金属表面积的比例而变化。接触钛的金属和钛的表面积比为1：10（即阳极与阴极面积比为1：10）时，被接触的金属很快就腐蚀了。与此相反，与钛接触的金属和钛的表面积比为10：1时，其腐蚀率大大降低。钛与某些金属在海水中接触腐蚀量如图1。 图1 钛—异种金属浸泡于通气海水2500小时的性能 在低浓度还原性酸（如硫酸或盐酸）也存在类似海水的情况。此外，钛有强烈的极化倾向，即意味着包含钛作阴极的电偶，只产生小的电流。由于钛表面有氧化膜存在，所以，当它与其他金属接触时，它的腐蚀率通常不会增加。因此我们在船舶钛阀门上的其他材料选择就要注意电偶腐蚀的对比。 3、结构特点和设计制造时必须注意的几个问题 钛及钛合金在阀门上的应用，我们以截止阀为例。阀体流道采用图2形式，以减小介质对密封面的直接冲刷和由于通道的急剧收缩及扩张而产生涡流区。 图2 法兰钛合金截止阀结构 设计制造钛阀时必须注意以下几个问题： （1）钛材较贵，为经济、合理使用钛材，在不与腐蚀介质接触的部位，应尽量不用钛制零件。 （2）钛的机械性能随温度而改变的情况，较一般碳素钢、合金钢大。其强度指标随温