鈦板和鈦合金在化工工業中的應用
鈦板和鈦合金在化工工業中的應用
鈦板及其合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發展前途的新型結構材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業中有著十分重要的應用，而用已經開始在化工、石油、輕工、冶金、發電等許多工業部門中廣泛應用。與鋼鐵、銅鋁等材料相比，使用鈦合金材料一次性投資較高，但鋼鐵等材料只能使用一年或半年的地方，鈦卻可使用２０年以上。因此，鈦合金的性能價格比遠遠高于鋼鐵和銅鋁。經過化工部門的測算，每使用１噸鈦及鈦合金材，就可節約１０萬元人民幣的累計設備投資，因此擴大鈦材使用量，不僅具有滿足國防軍工需要，促進國民經濟發展，提高工業部門科技水平的巨大社會效益，還有顯著的經濟效益。
鈦合金根據不同的強度可分低強度鈦合金、普通強度鈦合金、中等強度鈦合金以及高強度鈦合金。以下是具體分類數據：
1.低強度鈦合金，主要用于耐腐蝕鈦合金，其它鈦合金用于結構件稱結構鈦合金（structure titaniumalloy）。
2.普通強度鈦合金（~500MPa）,主要包括工業純鈦、TI-2AL-1.5Mn(TCl)和Ti-3AL-2.5V(TA18),是獲得廣泛應用的合金。由于價格形成性能和可焊性好，用于制造各種航空用板材零件和液壓管等，以及自行車等民用產品。
3.中等強度鈦合金（~900MPa），典型合金是Ti-6Al-4V(TC4)，廣泛用于宇航工業。
4.高強度鈦合金是室溫抗拉強度在1100MPa以上，由近β鈦合金和亞穩定β鈦合金組成，主要用來代替飛機結構中常用的高程度結構鋼，其典型合金有Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-15V-3Cr-3Sn(TB5)和Ti-10V-2Fe-3Al。
一、鈦板在化工等部門的應用
鈦板的另一個顯著特點是耐腐蝕性強，這是由于它對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。金屬鈦在大多數水溶液中，都 能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，比現有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與 鉑比美。但是，如果在某種介質中，能連續溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質中便會受到腐蝕。便如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些 溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時，則鈦表面氧華膜便會受到保護，此時鈦的穩定屬于增加。
（一）化學工業
鈦在各種酸、堿、鹽介質中，除上述四種無機酸和腐蝕性很強的氯化鋁外，都具有很好的穩定性。所以，鈦是化學工業中優良的抗腐蝕材料，得到了越來越廣泛的應用。例如，在氯堿工業中使用鈦金屬陽極和鈦制濕氯氣冷卻器，收到很好的經濟效果，被譽為氯堿工業中的一大革命。
（二）石油工業
鈦在有機化合物中，除了溫度較高下的五種有機酸（甲酸、乙酸、草酸、三氧乙酸和三氟乙酸）外，都具有非常好的穩定性。因此，鈦是石油煉制和石油化工中優良的結構材料，可以用來制作各種熱交換器、反應器、高壓容器和蒸餾塔等。
（三）冶金工業
鈦屬活性金屬，具有良好的吸氣性能，是煤油鋼工業中優良的脫氣劑，它能化合鋼在冷卻時析出的氧和氮。在鋼中加入少量的鈦（≤0.1%），可使鋼堅韌而富有 彈性。鈦也是煉鋼，煉鋁等工業中重要的合金添加劑。鈦具有超導性，是一和常見的超導材料。另外，鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩定性，因此鈦在 濕法冶金工業中，如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產中，有著十分廣泛的應用。
（四）化肥工業
尿素是重要的化肥，在生產過程中尿素、氨、氨基甲酸銨和它們的混合液，在高溫高壓的條件下腐蝕性很強，使用鈦取代不銹鋼后，設備壽命大大增加，檢修時間大大減少。因此目前尿素生產中的主要設備都使用鈦材。
（五）海水淡化和造船工業
鈦抗海水腐蝕的能力比其它所有金屬都好，無論是在靜止的或高速流動的海水中鈦都具有特殊的穩定性。因此，鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦在這個領域的應用 數量將越來越大。鈦抗海水和海洋空氣腐蝕能力很強，而且強度大，重量輕，是造船工業的理想結構材料，已廣泛應用在各種艦艇、深水潛艇的許多部件中。
（六）電力工業
鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強的熱水中具有較好穩定性，因此鈦已經大量在火力發電廠中作為熱交換器的冷卻管。用薄壁鈦管取代鈾鎳合金管后，不僅大大提高了使用壽命，而且大大減少了檢修時間，經濟效果十分顯著。
（七）造紙和紡織工業
鈦對二氧化氯、亞氯酸、亞氯酸鹽等漂白劑具有特殊的抗腐蝕性能。因此，鈦在紡織印染工業、造紙工業的漂白設備中有著重要的應用。例如，鈦材制造的亞漂機使用效果很好。同時，還有合成纖維等工業用作噴絲頭。
（八）其它方面
鈦能抵抗人體的腐蝕，并對人體無害。因此可以廣泛用于工醫療和制藥工業部門。鈦有著良好的吸氣性能，也在電子真空技術中和高真空技術中有廣泛的應用。
鈦在石油、化工等部門的應用
石油化工 反應器、壓力容器、熱交換器、分離器配管、蒸餾塔頂凝縮器內襯等。
化學工業 蒸餾塔、反應器、壓力容器、熱交換器、過濾器、測量儀器、汽輪機葉片、泵、閥、管道、氯堿生產電極、合成塔內襯、其它耐酸設備內襯。
造紙工業 攪拌器、漂白塔、加熱鍋、反應塔配管。
紡織工業 連續漂白機、蒸餾塔、反應槽、冷凝器、熱交換管、離心分離機、噴絲頭、閥、泵。
冶金工業 煉鋼吸氣劑、合金添加劑、超導合金材料、電解高純金屬（如鈉、鎳、鈷）的陰極板和電鍍槽等。
海水淡化和發電廠 熱交換器、冷凝器、供水加熱器、管道、其它接觸海水的設備。
艦艇工業 艦艇外殼、甲板、閥、翼、快艇推進器、傳動軸、蒸汽機、深潛艇壓力艙、開發海洋設備。
其它 超高真空鈦泵、醫療和矯形器械、人工關節、制藥和食品工業設備。
二、鈦材在航空工業中的應用
鈦及其合金的比強度（強度與重要比）在金屬結構材料中是很高的，它的強度與鋼材相當，但其重要僅為鋼材的57%。另外，鈦及其合金的耐熱性很強，在 500℃的大氣中仍能保持良好的強度和穩定性，短時間工作溫度甚至還可更高些。而鋁在150℃，不銹鋼在310℃就失去原有的機械性能。當飛機導彈、火箭 高速飛行時，其發動機和表面溫度相當高，鋁合金已不能勝任，應用鈦合金是十分合適的。正是由于鈦及其合金具有強度大、重量輕、耐熱性強的綜合優良性能，在 飛機制造中用它來代替其它金屬時，不僅可延長飛機的使用壽命，而且可以減輕其重量，從而大大提高其飛行性能。所以，鈦是航空工業和宇宙航空工業最有前途的 結構材料之一。鈦及其合金。馬赫數在于2的飛機，其發動機用鈦量增加，而且機身也部分需要鈦。馬赫數大于3.5的飛機，其發動機入口溫度已很高，就不能較 高的沖擊強度，可耐高壓抗震動。因此，鈦及其合金在火箭、導彈和宇宙飛船上僅用于制造發動機外殼和結構部件，而且用于制造高壓容器，如高壓氣瓶、低溫液態 燃料箱等。另外，鈦及其合金在原子能反應堆和軍用武器上都有應用。
鈦合金根據不同的強度可分低強度鈦合金、普通強度鈦合金、中等強度鈦合金以及高強度鈦合金。以下是具體分類數據：
1.低強度鈦合金，主要用于耐腐蝕鈦合金，其它鈦合金用于結構件稱結構鈦合金（structure titaniumalloy）。
2.普通強度鈦合金（~500MPa）,主要包括工業純鈦、TI-2AL-1.5Mn(TCl)和Ti-3AL-2.5V(TA18),是獲得廣泛應用的合金。由于價格形成性能和可焊性好，用于制造各種航空用板材零件和液壓管等，以及自行車等民用產品。
3.中等強度鈦合金（~900MPa），典型合金是Ti-6Al-4V(TC4)，廣泛用于宇航工業。
4.高強度鈦合金是室溫抗拉強度在1100MPa以上，由近β鈦合金和亞穩定β鈦合金組成，主要用來代替飛機結構中常用的高程度結構鋼，其典型合金有Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-15V-3Cr-3Sn(TB5)和Ti-10V-2Fe-3Al。
一、鈦板在化工等部門的應用
鈦板的另一個顯著特點是耐腐蝕性強，這是由于它對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。金屬鈦在大多數水溶液中，都 能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，比現有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與 鉑比美。但是，如果在某種介質中，能連續溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質中便會受到腐蝕。便如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些 溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時，則鈦表面氧華膜便會受到保護，此時鈦的穩定屬于增加。
（一）化學工業
鈦在各種酸、堿、鹽介質中，除上述四種無機酸和腐蝕性很強的氯化鋁外，都具有很好的穩定性。所以，鈦是化學工業中優良的抗腐蝕材料，得到了越來越廣泛的應用。例如，在氯堿工業中使用鈦金屬陽極和鈦制濕氯氣冷卻器，收到很好的經濟效果，被譽為氯堿工業中的一大革命。
（二）石油工業
鈦在有機化合物中，除了溫度較高下的五種有機酸（甲酸、乙酸、草酸、三氧乙酸和三氟乙酸）外，都具有非常好的穩定性。因此，鈦是石油煉制和石油化工中優良的結構材料，可以用來制作各種熱交換器、反應器、高壓容器和蒸餾塔等。
（三）冶金工業
鈦屬活性金屬，具有良好的吸氣性能，是煤油鋼工業中優良的脫氣劑，它能化合鋼在冷卻時析出的氧和氮。在鋼中加入少量的鈦（≤0.1%），可使鋼堅韌而富有 彈性。鈦也是煉鋼，煉鋁等工業中重要的合金添加劑。鈦具有超導性，是一和常見的超導材料。另外，鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩定性，因此鈦在 濕法冶金工業中，如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產中，有著十分廣泛的應用。
（四）化肥工業
尿素是重要的化肥，在生產過程中尿素、氨、氨基甲酸銨和它們的混合液，在高溫高壓的條件下腐蝕性很強，使用鈦取代不銹鋼后，設備壽命大大增加，檢修時間大大減少。因此目前尿素生產中的主要設備都使用鈦材。
（五）海水淡化和造船工業
鈦抗海水腐蝕的能力比其它所有金屬都好，無論是在靜止的或高速流動的海水中鈦都具有特殊的穩定性。因此，鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦在這個領域的應用 數量將越來越大。鈦抗海水和海洋空氣腐蝕能力很強，而且強度大，重量輕，是造船工業的理想結構材料，已廣泛應用在各種艦艇、深水潛艇的許多部件中。
（六）電力工業
鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強的熱水中具有較好穩定性，因此鈦已經大量在火力發電廠中作為熱交換器的冷卻管。用薄壁鈦管取代鈾鎳合金管后，不僅大大提高了使用壽命，而且大大減少了檢修時間，經濟效果十分顯著。
（七）造紙和紡織工業
鈦對二氧化氯、亞氯酸、亞氯酸鹽等漂白劑具有特殊的抗腐蝕性能。因此，鈦在紡織印染工業、造紙工業的漂白設備中有著重要的應用。例如，鈦材制造的亞漂機使用效果很好。同時，還有合成纖維等工業用作噴絲頭。
（八）其它方面
鈦能抵抗人體的腐蝕，并對人體無害。因此可以廣泛用于工醫療和制藥工業部門。鈦有著良好的吸氣性能，也在電子真空技術中和高真空技術中有廣泛的應用。
鈦在石油、化工等部門的應用
石油化工 反應器、壓力容器、熱交換器、分離器配管、蒸餾塔頂凝縮器內襯等。
化學工業 蒸餾塔、反應器、壓力容器、熱交換器、過濾器、測量儀器、汽輪機葉片、泵、閥、管道、氯堿生產電極、合成塔內襯、其它耐酸設備內襯。
造紙工業 攪拌器、漂白塔、加熱鍋、反應塔配管。
紡織工業 連續漂白機、蒸餾塔、反應槽、冷凝器、熱交換管、離心分離機、噴絲頭、閥、泵。
冶金工業 煉鋼吸氣劑、合金添加劑、超導合金材料、電解高純金屬（如鈉、鎳、鈷）的陰極板和電鍍槽等。
海水淡化和發電廠 熱交換器、冷凝器、供水加熱器、管道、其它接觸海水的設備。
艦艇工業 艦艇外殼、甲板、閥、翼、快艇推進器、傳動軸、蒸汽機、深潛艇壓力艙、開發海洋設備。
其它 超高真空鈦泵、醫療和矯形器械、人工關節、制藥和食品工業設備。
二、鈦材在航空工業中的應用
鈦及其合金的比強度（強度與重要比）在金屬結構材料中是很高的，它的強度與鋼材相當，但其重要僅為鋼材的57%。另外，鈦及其合金的耐熱性很強，在 500℃的大氣中仍能保持良好的強度和穩定性，短時間工作溫度甚至還可更高些。而鋁在150℃，不銹鋼在310℃就失去原有的機械性能。當飛機導彈、火箭 高速飛行時，其發動機和表面溫度相當高，鋁合金已不能勝任，應用鈦合金是十分合適的。正是由于鈦及其合金具有強度大、重量輕、耐熱性強的綜合優良性能，在 飛機制造中用它來代替其它金屬時，不僅可延長飛機的使用壽命，而且可以減輕其重量，從而大大提高其飛行性能。所以，鈦是航空工業和宇宙航空工業最有前途的 結構材料之一。鈦及其合金。馬赫數在于2的飛機，其發動機用鈦量增加，而且機身也部分需要鈦。馬赫數大于3.5的飛機，其發動機入口溫度已很高，就不能較 高的沖擊強度，可耐高壓抗震動。因此，鈦及其合金在火箭、導彈和宇宙飛船上僅用于制造發動機外殼和結構部件，而且用于制造高壓容器，如高壓氣瓶、低溫液態 燃料箱等。另外，鈦及其合金在原子能反應堆和軍用武器上都有應用。
