鈦是制造海洋裝備首選的結構材料，鈦材在艦船和海洋工程中的應用，充分展現(xiàn)了其優(yōu)異的綜合性能，鈦材應用于船用閥門，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活性的金屬，對大多數(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、應力腐蝕[i]、點腐蝕[ii]、縫隙腐蝕、電偶腐蝕[iii]和腐蝕疲勞等，鈦應用于船舶閥門上主要是電偶腐蝕。

　　電偶腐蝕是當兩種不同的金屬在一電解質(zhì)中構成電偶時，作陽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，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所引起的腐蝕小。

　　此外，鈦有強烈的極化傾向，即意味著包含鈦作陰極的電偶，只產(chǎn)生小的電流。由于鈦表面有氧化膜存在，所以，當與其他金屬接觸時，其腐蝕率通常不會增加。因此在船舶用鈦制閥門上的其他材料應注意電偶腐蝕的對比。

　　鈦制閥門結構特點[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)對密封面的直接沖刷和由于通道的急劇收縮及擴張而產(chǎn)生渦流區(qū)。

　　圖：法蘭鈦合金截止閥

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

　　（3）鈦材的力學性能隨溫度而改變，其強度指標隨溫度上升而下降，如250～300℃時的抗拉強度[vi]和屈服強度[vii]約為常溫時的50%。因此，即使在設計溫度不高的情況下，也應按設計溫度下的強度值選取。鈦的屈強比高、持久強度好，所以，設計溫度在316℃以下時，決定設計強度指標的往往是該溫度下的抗拉強度值。工業(yè)純鈦是不能通過熱處理來提高強度指標值的。鈦的熱膨脹系數(shù)小，當鈦和其他材料聯(lián)合使用時，要注意膨脹值差引起的應力。

　　（4）工業(yè)純鈦和α鈦合金壓力加工時的塑性變形范圍小，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致加工中的破裂。因此，最好不要設計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，必須考慮由于鈦在常溫下也有蠕變現(xiàn)象[viii]而產(chǎn)生應力松弛問題，最好不用鈦制螺栓作強制密封的連接件。當因耐腐蝕須用鈦制螺栓時，結構設計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?shù)臐櫥瑒┙鉀Q。應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構。

　　（6）由于鈦的高度化學活性和特殊的物理、機械性能，對其進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，加工過程中加以注意。為防止溫升過大，應采用較低的切削速度，一般來說，應比與其相同硬度的鋼件的切削速度低25%～50%或更低。采用大的進刀量，進刀量對溫升影響很小。

　　在切削過程中不要停止走刀，否則會引起加工硬化或產(chǎn)生燒結、擠裂而損壞刀具。刀具切削刃應鋒利，否則刀具極易磨損，因為切削刀具的磨損和切削量不成比例，開始時磨損很小，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的乳化油等潤滑冷卻液）潤滑冷卻，降低刀刃上的熱量，并沖走切屑。

　　石油、化工、宇航、船舶及海洋等領域的發(fā)展促進了閥門工業(yè)的迅速發(fā)展，對鈦合金閥門的結構、材質(zhì)和生產(chǎn)工藝方面進行了更深入的開發(fā)和研究，從而提高了閥門的可靠性和管路控制設備的壽命，滿足了各領域對閥門技術發(fā)展的要求。目前，法蘭鈦合金截止閥通過了相關權威組織機構的鑒定，成功應用于新一代船舶和海洋工程重點項目。[6]

　　注釋：

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

　　[ii] 點腐蝕簡稱點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其他導體連通,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)相對于原來狀態(tài)有所偏離的現(xiàn)象。

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

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

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

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

　　參考文獻：

　　[1] 楊源泉.閥門設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

　　[2] 王瑤琴.鈦制化工設備設計[Z].北京：化學工業(yè)部第四設計院，2000.

　　[3] 洪勉成，陸培文.閥門設計計算手冊[M].北京：中國標準出版社，2000.

　　[4] 賈耀卿.常用金屬材料手冊[M].北京：中國標準出版社，2000.

　　[5] 王飛.JIS標準截止閥的設計[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用[J]. 2009(5):36-38.