1、前言

鈦密度小，屈強比高，耐熱性能、耐低溫性能及換熱性能，特別是在中性及氧化性介質中的耐腐蝕性好等優點．被廣泛地應用在海水淡化、電力工業、石油化工、航空、航天工業、船舶行業和軍事工業等諸多領域。而鈦焊管是鈦應用的一個重要領域，在發達國家已有四十多年的歷史。目前，世界上技術先進國家已基本上用鈦焊管代替了鈦無縫管，而我國仍以鈦無縫管為主。長期以來，我國受鈦帶生產、管成型技術和焊接技術的制約．鈦焊管全部依賴進口，由于價格非常昂貴，從而大大限制了鈦焊管的應用領域。近幾年來，為打破國外廠商對鈦焊管的技術壟斷，國內多家有實力的鈦材生產企業投入大量資金和人力，進行研發和引進吸收。攻克了鈦焊管的生產技術，如今國產鈦焊管已開始逐步地應用在國民經濟的各個領域。

七十年代，我國鹽行業因真空制鹽技術興起，鈦良好的熱傳遞性能和優良的耐腐蝕性能引起了行業的重視。在當時全國鈦辦、寶雞有色金屬研究所、寶雞有色金屬加工廠的大力支持下，鈦作為加熱室換熱管的試驗得以開展。從掛片、中試、到推廣應用，幾十年來，鈦經歷了不同性質的鹵水，不同的工藝流程，不同的溫度和壓力等苛刻條件的考驗。證明鈦是目前鹽行業設備最優秀的可選材質。然而時至今日。在國內其他各行業認可并大量使用鈦焊管的時候，作為國內最早使用鈦管之一的制鹽行業。換熱管卻仍然使用按GB／T3625((換熱管及冷凝器用鈦及鈦合金管》標準生產的冷拔鈦無縫管，鈦焊管鮮見使用。到底是什么原因阻礙了鈦焊管這一新興的金屬材料在制鹽行業的使用，是技術的問題、經濟的問題或應用的問題?下面讓我們作一比較分析。

2、鈦焊管和鈦無縫管技術指標比較

以美國ASTMB338標準和中國GⅣr3625標準

(1)化學成分指標(以工業純鈦為例，下同)：

比較結果見表1。鈦焊管和鈦無縫管其化學成分指標要求都是相同的。

(2)力學性能指標：

比較結果見表2。鈦焊管和鈦無縫管除抗拉強度要求有所不同外，其他指標是一致的。實際鈦焊管生產商提供的產品，其抗拉強度都在400MPa以上。

(3)工藝性能指標：

比較結果見表3。鈦焊管和鈦無縫管的壓扁試驗要求相同，擴口率一樣，氣壓試驗要求基本相同。

鈦焊管和鈦無縫管的水壓試驗，除與管子的外徑(D=2a0)和壁厚有關外，常數E略有所不同，焊管E取0.85．無縫管E取1.0。但不論是焊管還是無縫管．水壓最大壓力要求都是一致的，當管徑不大于76mm時．水壓試驗最大壓力都不大于17.2MPa；當管徑大于76mm時，水壓最大壓力不大于19.3MPa。

(4)鈦焊管焊縫與母材的金相、性能等指標對比：

①鈦焊管焊縫與母材的金相組織有所差異。工業純鈦其組織為儀相，母材晶粒分布均勻，大小均一而焊縫組織的金相組織為樹狀相晶粒，由焊縫中心向母材延伸。且焊縫處的晶粒較母材略大。

②焊縫與母材性能對比：

a、焊縫與母材的力學性能等強度，焊接接頭強度系數接近100％，有時焊縫強度稍高于母材。

b、焊縫與母材存在硬度差。焊縫及熱影響區的硬度稍高于母材。

c、焊接后采用在線熱處理工藝。通過優化退火參數，使母材、焊縫、熱影響區的金相基本上接近；通過退火處理，消除了焊接應力，同時焊縫組織均勻化．硬度與母材接近。

3、鈦焊管與鈦無縫管經濟指標比較

鈦焊管采用連續焊管機組生產線，將原材料鈦薄板．經過冷彎成型后焊接而成。鈦無縫管通常采用三輥冷軋機對管坯減徑減壁軋制生產，生產同一規格產品，至少需要2道次及以上往復軋制才能達到工藝要求。并且每軋制一次就需要對管材表面進行脫脂、酸洗等處理，生產工藝過程復雜，且無法實現自動連續生產，轉運過程多，對管子的損傷大，成材率和生產效率低，無法實現大規模批量生產，生產周期也相對較長。

由于鈦無縫管生產過程中涉及脫脂、酸洗過程．對環境的污染較大，在環境保護方面無疑要額外增加設備及防護措施，勢必增加資金投入，產品生產成本提高。超大型無縫管生產廠家生產小批量訂單時，單只管子成本過高，因此，鈦焊管和鈦無縫管在成本和供貨時間之間的差異非常大，鈦無縫管的價格高并且供貨時間長。

鈦焊管與鈦無縫管相比，在經濟性方面有如下優勢：

(1)成材率高：鈦無縫管從海綿鈦到管材，通過軋制或者拉拔。成材率只有50％左右，在軋制或者拉拔過程中原材料浪費較多，因此材料利用率相當低，生產成本較高；而鈦焊管生產，從海綿鈦到焊接管材。材料的利用率通常在80％左右，如果以鈦帶為原料，其材料利用率可達到95％以上，材料利用率得以大大提高．生產成本相對降低。

(2)壁薄且壁厚均勻：鈦無縫管經過軋制或拉拔工藝，很難做到壁厚1mm以下，而鈦焊管則可做到壁厚0.5mm及以下，節約大量的材料及成本；且鈦無縫管難以做到壁厚均勻，同心度差，而鈦焊管采用冷軋鈦帶，同板差很小，則產品壁厚均勻，同心度好。

(3)性能優越：隨著焊接技術的不斷發展，鈦焊管的機械性能已完全達到無縫管的要求，焊縫強度及耐腐蝕性能已超過母材的性能水平。

(4)換熱效果好：鈦焊管可以做到壁厚0.5mm及以下，由于其壁薄，鈦焊管與鈦無縫管相比，可獲得更高的傳熱系數，在相同的換熱面積下其換熱效果更好。

4、鈦焊管的應用

在上世紀六十、七十年代，美、日、法、俄等國家已分別先后把鈦焊管使用在海水淡化、電力、化工、制鹽等設備上。目前，國外大型焊管公司主要有日本的鋼鐵公司和神戶制鋼公司，法國的VALTIMET公司，俄羅斯的VSMPO公司；國內大型焊管公司主要有寶雞鈦業股份有限公司控股的一西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司(中外合資公司)，湖南湘投

金天新材料有限公司(中國獨資)，常州法力諾焊管有限公司(法國獨資)等。這些企業幾乎壟斷了中國的鈦焊管市場。特別是國內建設規模最大的年產5000噸高性能鈦焊管生產企業一湖南湘投金天新材料有限公司．現已經形成年2500噸鈦焊管生產能力，單去年就向市場提供了500多噸的產品。如今國內鈦焊管行業已成蓬勃發展之勢。

(1)鈦焊管在海水淡化中的應用

當前，世界上海水淡化的方法以蒸餾法為主。由于海水的污染使水質變差．所以現在很多國家與地區已經采用抗腐蝕能力強，又使用壽命長的鈦焊管替代不銹鋼管。海水淡化設備中冷凝管的材料鈦焊管呈現越來越大的用量。在主要項目地區的中東國家，海水淡化設備中的蒸發器及換熱器用管幾乎全部采用鈦焊管。如：2010年沙特延布三期80萬噸海水淡化項目，韓國斗山和意大利FISIA設計采用鈦焊管的規格為(I)40以上，壁厚0.7。長度超過25米，共計用量超過6600噸；法國SIDEM設計采用用規格為19x0.7和~22x0.7，用量超過3000噸。考證歷史，日本是海水淡化薄壁鈦焊管開發應用較早的國家，只從1967年到1994年近30年的管的生產體系，相應地開發了薄壁海水淡化裝置。一個日產100噸純凈水的海水淡化裝置共需鈦焊管6萬根，從使用鈦焊管至今，日本的相關海水淡化裝置生產廠家，已共計使用了幾千噸鈦焊管。

(2)鈦焊管在電力工業中的應用

全球電力行業中的歐美及日本等國家，在七十年代建設海濱電廠時。冷凝器設備中的換熱管開始采用鈦焊管。我國電力行業使用鈦制冷凝器始于八十年代。1983年我國開始研制薄壁焊接鈦管凝汽器。近年來，隨著我國沿海經濟的發展，濱海火電站的建設在加快，全鈦凝汽器的用量也隨之增加。以200MW機組為例，每臺使用鈦焊管約28t，截止至1999年底．我國共27家電廠、96臺機組使用鈦制凝汽器．裝機容量為2.95X107kW．累計用鈦焊接管3100噸。國家在“十一五”電力改革計劃中也明確規定，新建設的沿海火力電廠采用鈦焊管為主體原料。再就是核電，核電是我國能源工業中重點發展的領域。作為一種清潔環保符合國家的產業政策和未來能源發展的方向。核電廠一般都建在海邊，采用海水作為冷卻介質，目前，基本都采用鈦焊管作為冷卻管道。鈦焊管一般都為薄壁管材，壁厚在0.5~0.7mm之間。

(3)石油化工行業

石油化工裝置在生產過程中需要大量使用熱交換裝置，如煉油工業中常試壓裝置。加氮裂化裝置．以及海上石油平臺的熱交換器，水處理和供水系統，消防系統，聚氯乙烯熱交換器，盤管試氧氯化反應器，甲醇合成反應等生產裝置。這些裝置都因為不銹鋼管耐蝕性能的局限轉而使用鈦焊管。實踐證明，在石油化工行業中許多腐蝕性強的裝置，使用鈦焊管后減少了維護的時間和頻率，保證了設備的正常運行，提高了企業的競爭力。目前，鈦焊管在石油化工行業中的應用正逐步展開。

(4)鈦焊管在制鹽工業中的應用

無論是多效真空蒸發還是熱壓制鹽，都會使用大量的列管式換熱設備，也就是行業內稱的加熱室或預熱器。因為鹽鹵腐蝕性極強，在中國，早期用到的碳鋼、不銹鋼、紫銅和銅鎳合金換熱管已被鈦換熱管取代。鈦換熱管已成當下國內設計鹽廠換熱設備的主流用材。按2012年3月中國鹽業協會發布的權威數據：2011年井礦鹽區產能為4645萬噸，若按此產能對應的換熱設備面積折算成鈦換熱管用量估計應該在3000噸以上。由于中國制鹽行業整體對以寶雞鈦業為龍頭的國產鈦無縫管的高度認同，鈦焊管沒有得到應用。反觀國外，美國、歐洲和日本等國鹽廠早已使用鈦焊管，如上世紀七十年代中期建廠的日本鉆石鹽業株式會社崎戶工廠，使用中42.7×0.7×7450、中44.1×0.7×7450鈦焊管作加熱室換熱管；九十年代中期建廠的荷蘭哈林根鹽廠，使用38.8×0.889×8580鈦焊管作加熱室換熱管等。

筆者認為，造成這種現象的根本原因是國內鹽行業缺乏對鈦焊管這種新材料全面的了解，存在認識上的問題：再就是鈦焊管是舶來品，近幾年才開始國內生產．盡管性能優異價格卻不占優勢。鈦焊管的應用是廣泛的，除例舉的海水淡化、電力、石油化工和制鹽外，在船舶制造、航空、航天]二業、汽車工業、食品衛生、體育行業和軍事T業等都有應用。

5、結論

鈦焊管采用冷彎成型技術、焊接技術，經過環保節能1二藝處理，具有鈦無縫管無法比擬的優異特性，具體以下幾點：

(1)從性能方面來看，鈦焊管和鈦無縫管沒有差異。

(2)外形外觀質量方面，鈦焊管遠遠優于鈦無縫管。鈦焊管采用冷軋鈦帶焊接而成，壁厚均勻，光潔度好，管內不易結垢，尤其薄壁鈦管，用無縫軋制丁藝根本無法達到要求。

(3)產品長度方面，鈦焊管產品長度相對不受限制，但鈦無縫管在軋制過程中受軋機本身影響，長度受很大限制。

(4)節能環保方面，鈦焊管采用冷彎成型技術和焊接技術，生產過程無廢氣、廢水等物體排放，生產過程環保節能，而鈦無縫管在軋制過程中需要使用大量的潤滑油，軋制后需要進行脫脂、酸洗，勢必對環境和操作人員會造成一定影響。

總之，鈦焊管在航空、航天、海水淡化、高腐蝕的石化、制鹽、電力行業具有明顯優勢。近幾年，鈦焊管價格已經從遠遠高于鈦無縫管到目前基本與鈦無縫管接近，如今中國專業鈦焊管生產已形成年約6000噸能力。我們有理由相信，隨著鈦焊接技術的進步和成熟，鈦焊管逐步替代鈦無縫軋制管，實現鈦焊管大批量、高效率、高精確度和低成本的生產是與必然。優質低價的鈦焊管將會逐為廣大中國制鹽行業用戶所接受。

參考文獻

[1]2011年中國鈦合金焊管市場發展研究報告[R]．

[2]ASTMB338—09．冷凝器和熱交換器用鈦及鈦合金無縫和焊接管[S]．

[3]GB／T3625—2007．換熱管及冷凝器用鈦及鈦合金管[S]．

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