鈦是制造海洋裝備首選的結(jié)構(gòu)材料，鈦材在艦船和海洋工程中的應(yīng)用，充分展現(xiàn)了其優(yōu)異的綜合性能，鈦材應(yīng)用于船用閥門，成功提高了閥門質(zhì)量，改善了產(chǎn)品性能。

　　鈦的腐蝕形式

　　鈦是一種具有高度化學(xué)活性的金屬，對(duì)大多數(shù)腐蝕介質(zhì)都呈現(xiàn)出特別優(yōu)異的耐腐蝕性。金屬鈦有幾種特殊的腐蝕形式，如高溫腐蝕、應(yīng)力腐蝕[i]、點(diǎn)腐蝕[ii]、縫隙腐蝕、電偶腐蝕[iii]和腐蝕疲勞等，鈦應(yīng)用于船舶閥門上主要是電偶腐蝕。

　　電偶腐蝕是當(dāng)兩種不同的金屬在一電解質(zhì)中構(gòu)成電偶時(shí)，作陽(yáng)極的金屬的腐蝕可以被加速。其腐蝕量取決于材料間的電極電位差，也取決于陽(yáng)極和陰極的面積比以及兩者的極化[iv]特性。鈦與一般材料不同，它在許多介質(zhì)中是鈍態(tài)的，并且顯示出類似于鈍態(tài)18-8不銹鋼的電位。

　　鈦在海水中的電位是- 0.10V（飽和甘汞電極[v]）。鈦與鋁、鋅、碳鋼接觸時(shí)，鋁、鋅等金屬被腐蝕。但它們的腐蝕速度卻比與不銹鋼接觸時(shí)所引起的腐蝕小。

　　此外，鈦有強(qiáng)烈的極化傾向，即意味著包含鈦?zhàn)麝帢O的電偶，只產(chǎn)生小的電流。由于鈦表面有氧化膜存在，所以，當(dāng)與其他金屬接觸時(shí)，其腐蝕率通常不會(huì)增加。因此在船舶用鈦制閥門上的其他材料應(yīng)注意電偶腐蝕的對(duì)比。

　　鈦制閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[1-5]

　　（1）鈦合金閥門的閥體流通采用下圖中形式（以截止閥為例），以減小介質(zhì)對(duì)密封面的直接沖刷和由于通道的急劇收縮及擴(kuò)張而產(chǎn)生渦流區(qū)。

　　圖：法蘭鈦合金截止閥

　　（2）鈦材較貴，為經(jīng)濟(jì)合理使用鈦材，不與腐蝕介質(zhì)接觸的部位，應(yīng)盡量不用鈦制零件。

　　（3）鈦材的力學(xué)性能隨溫度而改變，其強(qiáng)度指標(biāo)隨溫度上升而下降，如250～300℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度[vi]和屈服強(qiáng)度[vii]約為常溫時(shí)的50%。因此，即使在設(shè)計(jì)溫度不高的情況下，也應(yīng)按設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度值選取。鈦的屈強(qiáng)比高、持久強(qiáng)度好，所以，設(shè)計(jì)溫度在316℃以下時(shí)，決定設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)的往往是該溫度下的抗拉強(qiáng)度值。工業(yè)純鈦是不能通過(guò)熱處理來(lái)提高強(qiáng)度指標(biāo)值的。鈦的熱膨脹系數(shù)小，當(dāng)鈦和其他材料聯(lián)合使用時(shí)，要注意膨脹值差引起的應(yīng)力。

　　（4）工業(yè)純鈦和α鈦合金壓力加工時(shí)的塑性變形范圍小，容易產(chǎn)生破裂。而提高變形速度或降低變形溫度等都可能導(dǎo)致加工中的破裂。因此，最好不要設(shè)計(jì)變形量大的冷加工件。在需要翻邊的地方，彎曲半徑盡量取得大一些,以免鈦管脹裂。

　　（5）選用鈦制螺栓時(shí)，必須考慮由于鈦在常溫下也有蠕變現(xiàn)象[viii]而產(chǎn)生應(yīng)力松弛問(wèn)題，最好不用鈦制螺栓作強(qiáng)制密封的連接件。當(dāng)因耐腐蝕須用鈦制螺栓時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮易于定期擰緊螺栓以保證密封。鈦和不銹鋼一樣，也具有摩擦粘結(jié)和咬合現(xiàn)象。鈦制螺紋易咬合，可使用異種材料或較大間隙的螺紋配合或用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑解決。應(yīng)少采用需要攻絲的內(nèi)螺紋，盡量選用帶退刀槽的車制螺紋結(jié)構(gòu)。

　　（6）由于鈦的高度化學(xué)活性和特殊的物理、機(jī)械性能，對(duì)其進(jìn)行切削加工可以采用一般的切削加工方法，但與其他常用金屬比，還有其特殊要求，掌握一定的加工技術(shù)，加工過(guò)程中加以注意。為防止溫升過(guò)大，應(yīng)采用較低的切削速度，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)比與其相同硬度的鋼件的切削速度低25%～50%或更低。采用大的進(jìn)刀量，進(jìn)刀量對(duì)溫升影響很小。

　　在切削過(guò)程中不要停止走刀，否則會(huì)引起加工硬化或產(chǎn)生燒結(jié)、擠裂而損壞刀具。刀具切削刃應(yīng)鋒利，否則刀具極易磨損，因?yàn)榍邢鞯毒叩哪p和切削量不成比例，開(kāi)始時(shí)磨損很小，刀具一旦變鈍，磨損立即加劇。使用足夠的切削液（5%氯化鈉水溶液、油水體積比為1∶20的乳化油等潤(rùn)滑冷卻液）潤(rùn)滑冷卻，降低刀刃上的熱量，并沖走切屑。

　　石油、化工、宇航、船舶及海洋等領(lǐng)域的發(fā)展促進(jìn)了閥門工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鈦合金閥門的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和生產(chǎn)工藝方面進(jìn)行了更深入的開(kāi)發(fā)和研究，從而提高了閥門的可靠性和管路控制設(shè)備的壽命，滿足了各領(lǐng)域?qū)﹂y門技術(shù)發(fā)展的要求。目前，法蘭鈦合金截止閥通過(guò)了相關(guān)權(quán)威組織機(jī)構(gòu)的鑒定，成功應(yīng)用于新一代船舶和海洋工程重點(diǎn)項(xiàng)目。[6]

　　注釋：

　　[i] 應(yīng)力腐蝕材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力（主要是拉應(yīng)力）和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。

　　[ii] 點(diǎn)腐蝕簡(jiǎn)稱點(diǎn)蝕是指金屬表面在腐蝕介質(zhì)中形成小孔的一種極為局部的腐蝕形態(tài)，亦稱孔蝕。腐蝕小孔孤立地存在，有些則緊湊地在一起。

　　[iii] 于腐蝕電位不同,異種金屬彼此接觸或通過(guò)其他導(dǎo)體連通,處于同一介質(zhì)中,造成異種金屬接觸部位的局部腐蝕。

　　[iv] 極化，指事物在一定條件下發(fā)生兩極分化，使其性質(zhì)相對(duì)于原來(lái)狀態(tài)有所偏離的現(xiàn)象。

　　[v] 飽和甘汞電極是一種運(yùn)用電化學(xué)原理發(fā)明的道具，運(yùn)用了飽和氯化鉀溶液為電解液的甘汞電極25℃下的電極電勢(shì)為0.2412V的特點(diǎn)而研制出來(lái)，在一般的化學(xué)生產(chǎn)中起著鹽橋作用。

　　[vi] 抗拉強(qiáng)度（tensile strength）是金屬由均勻塑性形變向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。

　　[vii] 屈服強(qiáng)度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，也就是抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。

　　[viii] 蠕變：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2] 王瑤琴.鈦制化工設(shè)備設(shè)計(jì)[Z].北京：化學(xué)工業(yè)部第四設(shè)計(jì)院，2000.

　　[3] 洪勉成，陸培文.閥門設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

　　[4] 賈耀卿.常用金屬材料手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

　　[5] 王飛.JIS標(biāo)準(zhǔn)截止閥的設(shè)計(jì)[J].閥門，2000，（6）.

　　[6] 王飛, 郭小斌, 周衛(wèi)萍. 鈦合金在船用閥門上的應(yīng)用[J]. 2009(5):36-38.