钛合金管材应用前景及执行标准检验要求可行性研究

　　 第一节 钛合金管的概念

　　 钛合金管是利用钛合金制作的管子，钛合金按组织可分三类。(1钛中加入铝和锡元素。2钛中加入铝铬钼钒等合金元素。3钛中加入铝和钒等元素。)它们具有较高的力学性能、优良的冲压性能，并可进行各种形式的焊接，焊接接头强度可达基体金属强度的90%，且切削加工性能良好。钛管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基合金还高。钛耐水冲击性能也较强。（可行性 研究 ）

　　 第二节 钛合金石油管材应用前景

　　 钛合金应用在油井管中非常具有优势，我国对钛合金油井管也十分重视，未来，钛合金油井管的发展前景将十分广阔！钛合金是一种高强度耐腐蚀性金属材料，在我国资源极其丰富。钛合金的性能特点为：优异的耐酸性气体与海水耐蚀性能､极高的比强度，这些特点决定了在石油钻井 行业 的广泛应用前景。钛合金在钻井中应用领域包括钻杆､油套管､连续管､隔水管，钛合金钻杆以其重量轻，比强度高可取代钢钻杆延伸三维水平井与大位移井的延伸能力，减少钻杆与驱动系统的故障，钛合金油套管性价比可取代镍基合金管，钛合金连续管可以大幅度提升连续管作业适用的井深范围，使我国所有井都可以应用连续管进行作业，钛合金隔水管可以提升平台适用水深，避免海水对隔水管腐蚀。

　　 钛合金是以钛为基体，加入其他元素组成的合金，钛合金的性能与所含碳､氮､氢､氧等杂质含量有关，其特点是比强度高､热强度高､抗蚀性好､低温性能好､化学活性大､导热系数小､弹性模量小､无磁。

　　 世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行 研究 开发，并得到了实际应用。目前钛合金主要用于制作飞机发动机部件，其次为火箭､导弹和高速飞机的结构件。

　　 第三节 钛合金管的性能

　　 1.优异的耐酸性气体腐蚀性能

　　 钛合金具有优异的抗硫化物应力腐蚀性能，抗点腐蚀性能，对氢致开裂不敏感，可在含H2S､Cl-和CO2共存条件下服役。

　　 2.氢致开裂（HIC）试验

　　 依据标准NACETM0284-2000，采用A溶液，试验后未发现表面氢鼓泡现象，证明钛合金具有良好的气致开裂性能。

　　 3.抗硫化物应力开裂（SSC）试验

　　 依据标准NACETM0177-2000A法A溶液进行试验，在拉伸应力80% σy､85%σy和90%σy载荷下720h实验后均未发生开裂现象。

　　 4.点蚀腐试验

　　 依据ASTMG48试验方法对钛合金油管进行试验，结果未发现点腐蚀现象。

　　 5.高温高压含H2S/CO2试验

　　 试验总压：25MPa；温度：60℃；试验时间：720h；H2S分压：2.0MPa；CO2分压：3.5MPa。

　　 试样腐蚀前后质量没有发生变化，试样表面也没有发现腐蚀或点蚀现象，具有优异的耐H2S/CO2腐蚀性能。

　　 6.极高的比强度

　　 几种舰船用金属材料的屈强比和比强度的对比如表2。从表2中可以看出，钛合金具有强度高､变形能力强的特点，特别是其密度低，考虑构件本身重量因素优势更显著。

　　 7.焊接性能好

　　 钛及钛合金的焊接性能非常优越，焊接方式通常采用等离子或钨极氩弧焊，焊接过程应在惰性气体保护下或真空状态下进行，这较容易做到，而钛合金焊缝拉伸强度可达到管体强度的90%以上。

　　 第四节 国内常用钛合执行标准及检验要求金管

　　 1、规定了钛合金管件的适用范围，尺寸由 DN15 到DN1200 与ASME B16.9：2007《工厂制造的锻钢对焊管 III 件》保持一致。

　　 2、对钛合金管件的有关符号进行了规定，并与现行的钢制管件标准符号保持一致。

　　 3、对钛合金管件的分类、常用材料、尺寸与公差、制造、表面质量及无损检测作了规定; 钛合金管件的类别和代号与ASME 及钢制管件国家标准基本一致，有限的区别是有缝管件代号是在无缝管件代号前增加字母“W”，这在钢制管件国家标准中没有用到，但在ASME SB-363 中有这种说法;标记示例与钢制管件国家标准相一致; 依据HG/T 3651-1999《钛制对焊无缝管件》及新的钛材标准对常用钛材牌号及相关标准作了规定; 钛合金管件尺寸与公差是依据 ASME SB-363《无缝和焊接的非合金钛和钛合金焊接管配件》和 ASME B16.9：2007《工厂制造的锻钢对焊管件》来确定的;个别尺寸与钢制管件国家标准略有差异，如DN20 管件“坡口处外径”，GB/T 12459 为“26.9mm”，本标准为“26.7mm”。 依据HG/T 3651-1999《钛制对焊无缝管件》、GB/T 12459《钢制对焊无缝管件》、GB/T 13401《钢板制对焊管件》、ASME SB-363《无缝和焊接的非合金钛和钛合金焊接管配件》及制造和使用情况而积累的经验对钛合金管件制造、表面质量及无损检测要求作了规定。

　　 4、依据GB/T 12459《钢制对焊无缝管件》、GB/T 13401《钢板制对焊管件》及ASME B16.9：2007《工厂制造的锻钢对焊管件》对钛合金管件设计验证试验(包括其程序、方法、结果可用性、覆盖范围及要求)、产品试验及试验方法作了规定。

　　 5、对钛合金管件的检查和验收、组批、检验项目及检验结果的判定进行了规定。

　　 6、规定了钛合金管件的标志、包装、运输、储存的要求。

　　 7、规定了钛合金管件在订货时合同或订货单应包含的内容。

　　 合金管件的优点之一是可以100%回收，符合环保、节能、节约资源的国家战略，国家政策鼓励扩大合金管件的应用领域。目前我国合金管件消费量占钢材总量的比重仅为发达国家的一半，合金管件使用领域扩大为 行业 发展提供更广阔的空间。

　　 根据中国特钢协会合金管件分会的 研究 ，未来我国合金管件长材的需求年均增长可达10-12%。我国合金管件发展起步较晚， 行业 集中度相对较高，合金管件长材 行业 前4名的集中度约为51%，这有利于维护 行业 竞争秩序，避免恶性竞争。


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