牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型

【资料简介】

牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型

论述了常用钛及钛合金的特性，介绍了国内外钛合金阀门应用现状及部件选材，分析了钛阀使用中应注意的问题，提出了我国今后钛阀门的主要应用领域和发展前景。本实用新型公开了一种钛及钛合金阀门,包括阀门本体,所述阀门本体的上端通过螺栓设置有阀杆,所述阀杆的外壁上转动连接有控制手柄,同时所述阀门本体的左右两端分别设置为阀口,并且所述阀门本体的外壁上安装有水流传感器,所述水流传感器的外侧设置有固定在所述阀门本体外壁的防护外壳,同时所述水流传感器的输入端设置有固定在所述阀门本体内壁的感应头.本实用新型通过设置控制手柄,卡槽,滤网,水流传感器,感应头,控制箱,以及设置在控制箱内部的微型处理器,蓄电池组,报警灯和透视窗,解决了钛及钛合金阀门在使用时功能单一,没有设置水质过滤以及防堵报警机制的问题.

1、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型概述
钛及钛合金质量轻，强度高，屈强比高，无磁性，有生物惰性，并具备优良的耐腐蚀性能。在海水环境中，钛及钛合金几乎不发生腐蚀，在大部分化学介质中具有的耐蚀性。目前，随着科技的进步以及各行各业对新材料应用力度的加大，钛阀门作为各种特殊环境及特殊流体介质输送系统的产品已被大量应用。然而不同领域及行业的流体介质和环境条件不尽相同，对钛阀所用材料的性能等要求有所不同。同时，由于钛阀不同组件性能要求存在差异，成型工艺不同，以及为降低成本部分部件需选用代用材料等因素影响，选材成为钛阀门设计制造中必须首要考虑的技术问题之一，而受到普遍的关注和重视。钛（Ti）具有强度高，质量轻，足够高的抗热性和低温韧性及良好的加工性能和焊接性能。用于阀门生产中主要是铸造纯钛和锻造纯钛ZTA2。钛对腐蚀性介质因温度等工况的不同而表现出耐蚀、不耐蚀甚至起火、爆炸等。因此，订货和设计选用时应对使用介质的性质（浓度、温度等）给予明确的规定。

      钛材质的阀门在多种氧化性强腐蚀性介质和中性介质中具有优异的耐蚀性能。钛在沸点以下且浓度≤80%的硝酸中均具有优异的耐蚀性。而在发烟硝酸中当NO2含量超过2%而含水量不足时，钛与发烟硝酸反应会发生爆炸，因此，钛一般不用于含量80%以上的高温硝酸。钛在硫酸中不耐蚀，钛在盐酸中具有中等的耐蚀性。一般认为，工业纯钛可用于室温时浓度7.5%、60℃时浓度3%及100℃时浓度0.5%的盐酸中，钛还可用于35℃时浓度30%、60℃时浓度10%及100℃时浓度3%的磷酸中。钛在HF（氢氟酸）中不耐蚀，钛在酸性氟化物溶液中也不耐蚀，钛在硼酸和铬酸中耐蚀，中可以使用。钛可用于60℃ 10%硫酸和90%硝酸的混酸，沸腾的1%盐酸和5%硝酸的混酸以及室温王水（注：王水是3体积的浓盐酸和1体积的浓硝酸的混合物）中。

2、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型常用钛及钛合金
2.1、工业纯钛

工业纯钛系指几种具有不同的Fe、C、N、O等杂质含量的非合金钛。工业纯钛不能进行热处理强化，成型性能优良，易于熔焊和钎焊。工业纯钛实际应用广泛，调研后发现典型变形工业纯钛牌号有TA1、TA2和TA3等；典型铸造工业纯钛牌号有ZTA1、ZTA2和ZTA3。

2.2、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型钛合金

钛合金是以钛为基体，加入Al、Sn、Cr、Mo和Mn等元素组成的合金。钛合金通常按照退火态相组成进行分类，划分为α型、β型和α+β型钛合金。α型钛合金主要成分为Ti中加入Al、Sn、Cr等α稳定元素的合金，其退回状态下的组织为单相α固溶体。α型钛合金不能热处理强化，其强度比β型和α+β型钛合金低，但在500～600℃使用时能保持良好的高温强度。α型钛合金具有良好的焊接性能、铸造性能、压力加工性能、组织稳定性和无冷脆性，缺点是较低的工艺塑性及对氢脆的敏感性。α型钛合金实际应用广泛，典型α型变形钛合金牌号有TA5、TA7、TA9等。

β型钛合金主要成分为Ti中加入Cr、Mo、V等元素的合金，这类合金经淬火处理后得到β固溶体组织，具有较高的强度和冲击韧性，压力加工性能和焊接性能良好。但是β型钛合金的组织和性能不稳定，熔炼工艺复杂，应用较少。稳定的β型钛合金有TB7和Ti40。

α+β型钛合金的室温组织为α+β组织，是在稳定状态下含5%～25%的β相以及从β区急剧冷却形成α型马氏体相的α+β钛合金，它可通过热处理淬火加时效处理强化。α+β型钛合金力学性能范围较宽，在宽广的温度范围内有较好的综合性能，可适合各种不同的用途。典型α+β型变形钛合金牌号有TC4、TC11和TC16等。典型α+β型铸造钛合金牌号有ZTC3、ZTC4和ZTC5。

3、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型钛的力学性能
铸造用钛金属必须具备良好的流动性和工艺性，国内外典型铸造钛及钛合金的力学性能见表1。锻造用钛金属必须具备良好的塑性，国内外典型锻造钛及钛合金的力学性能见表2。

钛中经常存在的O、C和N等杂质对钛的力学性能影响很大，它们能提高钛的强度而降低其塑性，其N的影响较大，C的影响较小，O的影响居中。另外，B、Be和Al等元素对提高钛的强度影响较大，而Cr、Mo、Mn、Fe、V和Sn等对钛的强度影响较小。Al常作为α型、α+β型钛合金中的α稳定元素和重要合金元素，对合金有细化晶粒，提高再结晶温度和相变温度，并有显著强化作用，且能够降低合金密度，增加合金弹性模量。Mo常作为β型、α+β型钛合金中的β稳定元素和重要的合金元素，旨在不显著降低材料塑性的情况下，有较大的强化作用，能够同时提高材料的断裂韧性、耐蚀性，降低其应力腐蚀敏感性。
H对钛及钛合金的力学性能也有较大影响，当H含量达到一定数值后，将大大提高钛及钛合金对缺口的敏感性，从而降低缺口试样的冲击韧性等性能。一般认为，氢含量应低于0.007%～0.008%(质量分数)，而不允许高于0.0125%～0.015%(质量分数)，高于此含量，组织上将析出氢化物，并出现明显的氢脆现象。对钛及钛合金来说，氢脆是一个重要的问题。钛容易从酸洗液、腐蚀液和热加工的高温气氛中吸氢。钛及其合金的氢脆常有两种表现形式。一是强度稍有增加，塑性及冲击韧性降低。另一种形式是类似于钢的脆化，在恒载荷或持续载荷下，进行慢速拉伸时出现的一种脆化现象。

钛在室温下各种浓度的氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠和氢氧化钾溶液中*耐蚀，但不能用于沸腾的氢氧化钠和氢氧化钾中。碱中含氨会加剧钛的腐蚀。钛在自来水、河水和空气中工作温度为300℃。钛可用于海水中流速达20m/s，钛在温度≤120℃海水中有很高的耐蚀性，若温度高于120℃，可能会产生点腐蚀和缝隙腐蚀。钛除了蚁酸、草酸和较浓的柠檬酸（浓度≥50%）外，钛对所有的有机酸均具有优异的耐蚀性，但有机酸中含水量过低（<011%）时钛易发生点腐蚀。钛在碳氢化合物和氯化碳氢化合物中有优异的耐蚀性。钛在干氯气中能发生剧烈反应生成TiCl4，并有着火的危险，但钛在湿氯（含水量在013～115%）中具有很好的耐蚀性。钛在20～160℃干燥的HCl中是稳定的，但在湿氯化氢中盐酸对钛造成腐蚀。钛在氯化物溶液中的点蚀电位较不锈钢高，钛抗氯离子的点蚀性能比不锈钢好，因而钛在氯化物溶液中获得了广泛的应用。在温度≤80℃时钛一般不会产生点蚀，但在高温中等浓度的氯化物溶液（如100℃的25%氯化铝溶液、175℃的70%氯化钙溶液、200℃的25%氯化镁溶液和200℃的75%氯化锌溶液）中较易发生点蚀。

4、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型的应用
4.1、航空航天工程

钛及钛合金的强度高、密度小等性能使其在航空航天工程中得到广泛应用。如飞机的各种管路上大量使用了钛合金阀门，阀门种类涉及调节阀、截止阀、止回阀、针型阀、旋塞阀、球阀和蝶阀等。用于阀门的钛材有纯钛(ASTMB367C2)及钛合金(Ti-6Al-4V(ASTMB381F5)、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-13V-11Cr-3Al和Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al和Ti-11.5Mo-8V-6Al-4.5Sn等)，但纯钛和钛合金Ti-6Al-4V使用较为普遍。航空工程用钛阀其紧固件用材美国选用Ti-6Al-4V，俄罗斯采用BT16。

4.2、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型化工工程

钛阀作为钛合金管路中流体输送控制的关键系统元件，在化工工程中有极其广泛的用途。如氯碱项目、制盐业、合成氨项目、乙烯项目、硝酸项目和醋酸项目等涉及强腐蚀介质和环境的项目中，必须使用耐蚀性能优良的钛合金，其介质输送管路中的控制和调节部位必须大量使用钛阀。大型精对苯二甲酸项目可作为钛阀应用的典型，因其介质主要涉及含有一定杂质的高温高浓度醋酸，环境苛刻，介质特殊，必须应用高耐蚀材料。因此大量应用不同类型、不同规格的钛阀，所用阀门种类涉及闸阀、截止阀、止回阀、安全阀、球阀和蝶阀等。国内大型精对苯二甲酸项目所用钛阀阀体选用ASTMB367C2(铸件)或ASTMB381F2(锻件)，阀门内件多选用ASTMB381F5。

阀门用紧固件作为阀门重要零部件，在阀门设计、制造中也非常重要。国外一般分为两种，对于和介质接触部位选用ASTMB381F5，而用于阀门外部不与介质直接接触的紧固件，常选用经一定表面处理的代用材料，如不锈钢ASTMA194-8M等，既可降低成本，采购也相对容易。

国内已设计制造了大规格(DN500)钛阀，如锻制球阀、蝶阀和止回阀等，实现了在某大型精对苯二甲酸项目批量供货和成功应用。钛阀在化工行业应用广泛，但必须注意其并非适于任何化学介质。其中氢氟酸、盐酸、硫酸和正磷酸及热浓的草酸、甲酸以及腐蚀性*的氯化铝，对钛及钛合金都有严重的腐蚀作用，因此钛阀不适应用于此类化工介质，在使用中应注意。

4.3、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型核电工程

由于核电站均建于海岸沿线，核电站中许多设施涉及海水这一特殊介质，钛及钛合金阀门其优良的耐海水腐蚀性能，使其在核电工程中用量巨大。核电用阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备，是核电站安全运行中的重要组成部分。以阀门配置情况看，截止阀占33.6%，隔膜阀占26.2%、球阀占12.8%。在庞大的阀门用量中，钛阀门占有相当比例，钛阀用材主要以经过防辐照试验验证的钛材为主。

4.4、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型其他工程

钛及钛合金阀门在海洋平台、造纸、食品、医药等工程中的应用十分普遍。近年海上油田开采进入快速发展期，海洋平台用钛合金阀门需求量逐年增加，主要有关断球阀、止回阀、多路阀等，其阀门用材多选用纯钛。造纸工程涉及强碱介质，介质腐蚀性能*。造纸行业的管道、泵、阀、风机和搅拌器等常采用钛合金制造，其中纯钛制球阀和截止阀等应用量较大。由于钛及钛合金具有生物惰性，即对人体或其他生物无任何毒害作用，所以，钛及钛合金装置在食品加工和制药工程中应用广泛。食品加工企业及制药厂均应用到钛设备、管线和阀门，所用钛阀门主要有纯钛制球阀和蝶阀等。

5、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型应用前景
经过多年科研、设计、制造和用户相结合的共同努力，我国的阀门行业已取得快速发展。逐步实现了重大装备阀门国产化的计划，其中包括百万千瓦级核电站关键阀门和百万吨级大型乙烯成套设备阀门国产化等。随着我国经济实力的不断增强，近几年我国航空航天工程、电力工程、海洋资源开发利用工程、石油化工工程、食品及医疗工程等发展力度的加大，钛阀的市场及应用前景十分广阔。以上是腐蚀工况下的几种阀门材料，下面再简单介绍一下非腐蚀工况阀门材料。阀门工作介质为水、蒸汽、空气和油品等非腐蚀性物质时，一般采用碳素钢。阀门用碳素钢系指ASTMA216标准中的WCB、WCC铸钢和ASTM A105锻钢。阀门用碳素钢适宜工作温度为-29～425℃。但是为了安全，考虑到介质的工作温度有可能波动，因此，一般碳素钢的使用温度不应超过400℃。

6、牛牛天天人人综合影院 工业钛及钛合金阀门设计选型结语
钛和钛合金阀门作为一种特殊介质及环境下的流体控制必需品，在国外发达国家，其加工制造及应用已有多年历史，其阀门的应用领域及所用材料类型、牌号等对我国设计、加工制造阀门有很大帮助。随着我国国民经济高速发展，未来钛阀门应用前景十分广阔。研究和掌握国内外钛阀应用现状及设计选材规律，有益于我国钛阀门产业尽快发展。