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航空石油医疗用钛无缝管的现状及其制约推广的因素

发布时间:2020-12-05 20:58:09 浏览次数 :

钛合金无缝管材的应用现状

1、钛合金无缝管材的广泛应用

钛合金管材应用于海上油田平台的运输, 主要是为了减轻平台重量、降低成本、增加使用寿命。宝钛研制生产的直径为准90~准120mm 的油气开采用TC4S合金高性能挤压管完 全满 足 API5CT 中P110 钢的性能指标,已成功交付并使用。 钛合金还具有突出的耐海水特性和耐氯化物腐蚀特性,使其在地热工业应用时不仅增加了设备可靠性, 而且降低了运营成本。进一步还有望在防止蓄水层枯竭、利用干热岩产生蒸汽等方面得到应用。

钛无缝管

钛合金作为先进的轻量化结构材料,具有优异的力学性能、高的比强度,被广泛用于航空航天领域,特别是在管路系统,如:引气管路、液压管路、燃油管路。 其中TA18 钛合金由于有良好的室温、高温力学性能(700℃时抗拉强度≥620MPa),优异的冷、热加工塑性和焊接性,使其一直是航空航天用管的最佳选择。 另外,钛合金良好的生物相容性,使它在生物医疗和骨科植入等领域得到广泛应用, 典型的 Paragon 支架就是利用镍钛超弹合金毛细管通过激光雕刻后制成的球囊扩张型马氏体支架。 一些商业化钛合金管材的性能和用途如表1所示。

表1 商用钛合金无缝管材的性能及用途

牌号 名义成分 拉伸强度 /MPa 伸长率(%) 用途
TA1、    TA2纯钛440~62018~30飞 机 气 动 系 统 、      电 站 凝 汽 器 、 舰    船管路
TA18Ti-3Al-2.5V800~95016~24航空航天管路系 统
TA16Ti-2Al-2.5Zr700~80013~15液压系统,防火, 燃油管路
TC4Ti-6Al-4V900~100010~19石油管道、深海油 气传输
Ti-NiTi-50Ni600~80025~40医学介入导管、液 压管接头、链接件

2、 制约钛合金无缝管材广泛应用的因素

目前, 国际上钛管材的制造工艺已基本成熟,但是钛管的应用一直受到成本方面的制约,尤其对于薄壁管、超高强度管、超长管等特殊要求管材,钛无缝管的生产难度较大、设备复杂、周期长、成品率低。 因此,钛焊管应运而生。 在发达国家,滨海电站和核电站中的凝汽器已用钛焊管逐步替代钛无缝管。 我国每年钛焊管产量已经超过 12000t。 可以预见,由于成本方面的优势,未来钛焊管将部分替代钛无缝管。

钛管材在服役环境中并不是零腐蚀 。 H MShalaby 等人研究发现, 纯钛冷凝器管在服役15年后内外表面均有严重腐蚀穿孔和边缘破裂。 另外,在钛管的装配应用过程中, 往往还需对管材进行弯曲、焊接、端头加工等处理。 由于钛管的屈弹比高,在弯曲时回弹显著,过度回弹导致难以控制管子几何和精度。 利用有限元模拟对 Ti-3Al-2.5V 管在冷弯曲工艺中的回弹现象进行了分析和预测,但工艺十分复杂,成形较难控制。钛管由于化学活性强、熔点高、导热性差等物理化学特性,在焊接时容易产生气孔、裂纹等缺陷,对焊接设备和保护装置要求高。这些都是制约钛合金无缝管材广泛应用的因素。

钛无缝管有比强度高、耐腐蚀性强、耐热性好、低温性能好、弹性模量和导热系数低、化学活性高、 生物相容性好等特点, 使其受到各领域的青睐。 但是由于生产钛无缝管的设备复杂、周期长、成品率低、造价高等缺点,让它的应用受到限制。另外,我国低端钛管材产能过剩,但在重要化工装置、航空航天液压管路、火箭发动机燃油管、生物医疗等领域用高性能钛管材的研究和生产方面还不足。

目前钛无缝管材的研制不断向高性能化、 低成本化、 功能化发展。 一方面大量应用有限元软件对成形过程进行模拟以实现对现有设备和工艺的优化, 提高质量和成材率将成为趋势。 另一方面要不断探索创新钛管材制备方法,简化工艺,降低成本,积极推广钛无缝管材的应用。 这些都需要相关科研人员的共同努力。

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