Металлические сплавы чрезвычайно широко используются, в том числе и для получения проката. Стальные, медные, латунные, бронзовые, чугунные – все находят свое применение. Но если требуется сочетание исключительной прочности и легкости, то используют изделия из титанового сплава.
Титановые трубы
Титан – металл исключительной прочности. Кроме того, он не поддается никаким видам коррозии и переносит очень высокие температуры. По своим конструкционным и прочностным характеристикам металл не знает равных. Однако его редкость и, соответственно, высокая стоимость, ограничивают область применения.
Сплав титана
Однако в народном хозяйстве чаще используются титановые сплавы, поскольку такие материалы обладают дополнительными достоинствами и несколько дешевле.
Все известные составы можно разделить на 3 категории:
- конструкционные – отличаются самой высокой прочностью и стойкостью к несущим нагрузкам. Легирующие добавки обеспечивают материалу пластичность, что расширяет область применения изделий;
- жаропрочные – введение некоторых компонентов увеличивают и без того высокую жаростойкость титана. Изделия этой категории применяют в космостроении, при строительстве реактивных самолетов, а также в газо- и нефтедобывающей промышленности;
- технические – составы, в которых благодаря включению кислорода, азота, углерода и железа, пластичность больше, а прочность меньше. Такие материалы используются для многочисленных хозяйственных нужд. Труба из титанового сплава – один из образцов применения.
Известные составы
Чаще всего потребитель имеет дело с техническим титаном. Трубопроводы разного сечения –30*1, 63*1, изготавливаются именно из таких материалов.
- ВТ1-00 – включает примеси железа, кислорода, азота и прочего. Прочность его по сравнению с конструкционным титаном заметно ниже, однако для нужд строительства или инженерных коммуникаций более чем достаточно. ВТ1-00 включает меньше примесей, это означает, что его прочность несколько выше, а пластические свойства ниже.
- Титановые трубы ВТ1-0 широко используются в химической промышленности, где нечувствительность к агрессивным химическим веществам требуется в большей степени, чем прочность. В строительстве трубы применяют на самых ответственных участках благодаря тем же свойствам – стойкости к коррозии и нечувствительности к кислотам, щелочам и солям.
Титановые трубы ВТ1-0
ВТ1-0 обладает очень высокой пластичностью. Это позволяет получить прокат с очень тонкими стенками. Из материала изготавливают титановую фольгу.
- ВТ5 – состав, легированный алюминием. Этот ингредиент повышает коэффициент упругости и жаростойкость титана. Материал предпочтительнее использовать для фасонного литья. ВТ5 применяют в самолетостроении, для изготовления элементов управления и прочего.
- ВТ5-1 – модифицируется алюминием и оловом. По прочности он превышает ВТ1-0, но по пластичности уступает, и используется в основном для изготовления штампованной и прессованной продукции: прутков, труб, листов.
- ОТ4-0 – состав легируется марганцем и отличается невысокой – относительно, прочностью и технологичностью. Из ОТ4-0 изготавливают множество заготовок: листы, прутки, поковки. Термически не уплотняются, но сваривается любыми видами сварки. Применяется при изготовлении трубопроводов холодной и горячей деформацией.
Трубы ОТ4-0
Характеристики титановых труб
Обычной проблемой конструкционных материалов является несовместимость прочности и малого веса. Титан решает эту проблему, причем касается это всех видов проката, в том числе и трубопроводов любого размера.
Преимущества его очевидны:
- исключительная прочность и долговечность – материал превосходит по этим параметрам практически все известные составы;
- устойчив к любому механическому, термическому и химическому воздействию;
- поверхность изделия из титана исключительно гладкая, на ней не могут откладываться соли, задерживаться мусор;
- пластичность и твердость титана гарантируют абсолютную точность размеров – диаметра, толщины стенок, и геометрии изделия;
- свои качества материал не теряет на протяжении многих десятилетий эксплуатации.
К недостаткам трубопровода относят только стоимость – очень высокую.
Автомобильные трубы из титана
Технические характеристики по ГОСТ
Параметры проката из титана регламентирует несколько ГОСТов. Так, свойства сварных изделий описывает ГОСТ 24890-81, а прокат, полученный холоднодеформированным методом – ГОСТ 22897. Кроме того, документ нормирует и размеры, и вес изделий.
Титановые трубы по ГОСТ обладают следующими характеристиками:
- диаметры – бесшовный трубопровод выполняется с размерами от 5,8 до 140 мм в сечении. Как правило, это тонкостенные изделия – с толщиной от 0,5 до 0,9 мм, например, 63*1. Сварные могут иметь сечение от 6 до 102 мм, а толщина стенки достигает 1,5–2 мм. Их относят к толстостенному трубопроводу;
- вес – определяется диаметром и толщиной стенки изделия. Так, вес 1 м изделия диаметров 25 мм и толщиной стенки в 2 мм – толстостенная труба, составляет 650 г;
- титановые трубы по ГОСТ 24890-81 выполнятся из сплавов ОТ4-0 и ВТ1-0. Сварные по ГОСТ 22897 изготавливаются из ВТ1-0 и ПТ7М.
Изготовление проката
Из титана производят как бесшовные, так и шовные водоводы. Метод изготовления оказывает влияние на характеристики готовых изделий. На фото – образцы продукции.
- Сварка титановых труб – изделия получают сваркой заготовки из металлического листа. Материал прекрасно переносит сварку, швы мало чем уступают прочности самого листа. Однако такой метод изготовления исключает термическую и механическую обработку, а потому и прокат обладает меньшей прочностью, по сравнению с бесшовной продукцией.
Давление в титановой трубе
Титановые трубы для геофизических приборов от ООО «Вариант»
15 мая 2017 г
Сегодня в ряде геофизических исследований по освоению и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, проведении работ по геофизическому сопровождению строительства используются титановые трубы марок ОТ4, ВТ6, ВТ14, Grade 9 (Gr .9, Gr 9), Grade 23, ПТ7М с типовой длиной до 7-ми метров, диаметром 32 — 180 мм и толщиной стенок 3-40 мм.
Компания «Вариант» поставляет на отечественный рынок геофизического измерительного оборудования трубы титановые для геофизики, соответствующие специальным требованиям. Они:
- Имеют контролируемый и очень точный внутренний диаметр (до 0.2 мм);
- Отличаются оптимальной концентричностью внутренних и внешних поверхностей;
- Имеют шероховатость внутренней поверхности Ra2,5;
- Допускают кривизну не более 1.5 мм/погонный метр;
- Могут иметь минимальные отклонения по разностенности и по толщине в любом сечении — не более 0.3 мм.
- Могут поставляться мерной длины (для уменьшения трудозатрат и количества отходов
- В зависимости от диаметра трубы и толщины стенки, рабочее давление составляет более 140 МПа.
Производство титановых труб марок ОТ4, ВТ6, ВТ14, Grade 9 (Gr .9, Gr 9), Grade 23, ПТ7М с популярным малым соотношением диаметр/толщина стенки имеет ряд технологических проблем, однако ООО «Вариант» решило эту проблему! Сегодня мы готовы предложить своим клиентам трубы титановые для геофизических приборов с соотношением 152×12 и 92×13 мм (поставляется в Россию впервые).
Следует отметить, что титановые трубы импортного производства технически превосходят отечественные аналоги (трубы ОТ4), и, при замене, увеличивают прочность приборов на 40-60% и снизить стоимость корпуса практически вдвое! При этом, в зависимости от размера трубы и вида термообработки титана, минимальный предел прочности на разрыв у наших труб составляет 700-1103 Мпа.
ООО «Вариант» поставляет титановые трубы для крупнейших российских производителей геофизических измерительных приборов в Санкт-Петербурге, Тюмени, Татарстане и Башкирии, а приборы на основе титановых труб давно доказали свое безупречное качество и успешно используются в нефте- и газодобывающей промышленности.
Структуры титановых сплавов
Титан подобно железу является полиморфным металлом и имеет фазовое превращение при температуре 882°С. Ниже этой температуры устойчива гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка α-титана, а выше — объемно центрированная кубическая (о. ц. к.) решетка β-титана.
Титан упрочняется легированием α- и β-стабилизирующими элементами, а также термической обработкой двухфазных (α+β)-сплавов. К элементам, стабилизирующим α-фазу титана, относятся алюминий, в меньшей степени олово и цирконий.
α-стабилизаторы упрочняют титан, образуя твердый раствор с α-модификацией титана. Читать полностью
Источник
Титановые трубы ВТ1-00
О марке вт1-00
ВТ1-00 – марка российского титана, так называемый технический титан. Имеет среднюю степень прочности и высокую пластичность. Характеризуется сверхнизким содержанием примесей. Трубы ВТ1-00 используются в отраслях промышленности, где важна химическая стойкость к хлорной и другим агрессивным средам, в гальванических элементах, в водоочистке.
Механические свойства труб ВТ1-00
| Размеры | ГОСТ | Временное сопротивление σB, МПа | Относительное удлинение δ, %, не менее |
| Диаметр 25-102 мм |
- Толщина стенки 1,5-2 мм
- Длина до 6 метров
- ГОСТ 24890 295-440 20
| Ti | Al | Si | Fe | O | H | N | C | Σ прочих |
| Не более | ||||||||
| Основа | 0,3 | 0,08 | 0,15 | 0,10 | 0,008 | 0,04 | 0,05 | 0,10 |
| Тип | Марка | Размер | Склад , кг | ₽/кг с НДС (опт.) |
Алексей Елисеев
Заявка на продукцию
Мы свяжемся с вами для обсуждения деталей и ответим на любые вопросы
Предлагаем титановые трубы ВТ1-00 со склада или с выпуском под заказ. Трубный полуфабрикат подходит как для постройки трубопроводов, так и для производства изделий и комплектующих трубопроводных систем. Размеры и диаметр стандартные, возможен выпуск партии по вашим габаритам под проект.
Титан марки ВТ1-00 считается наиболее чистым, доля основного металла 99,172-99,9%, содержание примесей минимальное. В материале нет легирующих элементов, поэтому он более пластичный, по сравнению со сталью или другими титановыми сплавами. Преимущество труб из титана ВТ1-00 — высокая биологическая инертность, поэтому они широко используются на фармацевтическом и пищевом производстве.
Применение
Высокая устойчивость к коррозии, в том числе в кислой среде, под давлением и при достаточном нагреве, позволяет использовать трубы и изделия в разных отраслях:
- химической
- судостроительной
- пищевой
- фармацевтической
- оборонной
- нефтехимической.
Трубы из титана марки ВТ1-00 — это качественный полуфабрикат, который соответствует требованиям ГОСТов на материал и характеристики проката.
Производство труб и обработка
Трубный прокат делится на бесшовный и сварной. Бесшовные трубы выпускаются методами холодной или горячей катки и холодной протяжки. Сварные трубы изготавливаются из ленточного полуфабриката на станках с аргонодуговой сваркой шва.
Для обработки поверхности используется отжиг, шлифовка, травление. У труб высшего качества обязательно проводится отжиг в вакууме и механическая обработка, прокат первой категории отжигается в воздушной среде и не обрабатывается механически.
Источник
Титановые трубы
Трубы из титановых сплавов
Труба из титана востребована там, где необходимы высокая механическая прочность, устойчивость к коррозии, к воздействию различных химических веществ и соединений. Бурение скважин, добыча природного газа, глубоководная добыча нефти это даленко неполный перечень отраслей, где применяется титановая труба. Современная нефтехимия, нефтегазовая отрасль трудно представимы без титановых труб, поскольку по ряду важных технологических показателей (невосприимчивости солей, органики, сохранению механических характеристик при перепадах температуры) значительно превосходит аналоги.
Спрос на титановые трубы
Высокая механическая прочность в условиях низких и высоких температур, устойчивость к воздействию химических веществ, коррозионная стойкость и механическая прочность приводят к тому, что титановая труба, как одна из разновидностей титанового проката, с каждым годом пользуется все больше и больше спросом. Потребление титановых труб постоянно нарастает, и это не случайно, именно титан называют «металлом космического века». Себестоимость такой продукции пока высока, но отличные эксплуатационные характеристики титанового проката оправдывают вложение средств.
Виды титановых труб
Титановые трубы могут быть как сварными, так и бесшовными (цельнотянутыми) в зависимости от процессов производства. В свою очередь, бесшовные трубы делятся на холоднокатаные и горячекатаные. Чаще всего для изготовления титановой трубы применяется титан ВТ 1-0.
Посмотрим на некоторые стандарты на производство труб из титана и сплавов:
Трубы из титана: характеристики и маркировка
О прочности титана мы знаем еще со школы. Сегодня титановая труба применяется в приборостроении, судостроении, создании реактивной техники, ее используют, когда бурят скважины и добывают газ и нефть.
Когда существует потребность в материале стойком к механическим воздействиям и агрессивной среде, обращаются именно к такому прокату. О видах и сфере применения ценной продукции расскажет данная статья.
Популярно о трубах из титана
Свойства материала
В промышленности особенно ценятся материалы, которые противостоят коррозии и характеризуются прочностью и незначительным весом. Титан находится в первых строчках такого списка.
Объясняется это устойчивостью материала к воздействию высокой температуры и ее перепадам. Он не разрушается солями, органическими веществами, влагой и скачками давления.
Помимо этого титан привлекает следующими свойствами:
- титановые сплавы считаются самыми прочными и надежными;
- отлично противостоят химическому, термическому и механическому воздействию;
- на стенках титан трубы не откладываются соли и органические вещества;
- материал сохраняет первоначальные свойства на протяжении всего срока эксплуатации изделий.
Технология производства проката
Для устройства трубопроводов выпускается продукция следующего вида:
- бесшовная;
- сварная;
- горячекатаная;
- холоднокатаная.
На этапе формирования заготовки производится механическая обработка труб и их прокатка для получения требуемого размера.
Прокат проявляет стойкость по многим параметрам
На заметку! При изготовлении холоднокатаного и горячекатаного проката его поверхность подвергается механической и термической обработке, которая осуществляется с наружной и внутренней стороны. При производстве сварных изделий применяется плоский металлопрокат.
Маркировка изделий
Изделия из титана характеризуются необычайной прочностью при малом удельном весе, отличаются повышенной стойкостью к коррозии и агрессивному влиянию химических сред. Такую продукцию сегодня активно используют в нефте- и газодобывающей отрасли.
- При производстве титановых труб марки ВТ 1-0 применяется горячекатаный и холоднокатаный способ изготовления продукции с дальнейшей механической обработкой проката. Уникальность сплава состоит в следующем:
- способности выдерживать перепады температуры от -250 °C до +150 °C и проявлять устойчивость к агрессивным средам;
- сплав не магнитится и обладает повышенным электрическим сопротивлением;
- проявляет химическую инертность и стойкость к воздействию влаги, благодаря чему трубы из титана ГОСТ востребованы в электронике, радиоэлектронике и химической промышленности. Такая продукция незаменима при добыче глубинной нефти и природного газа, когда требуется произвести бурение скважин.
- Титановые трубы ОТ4 используются реже, чем марки ВТ. Они также не чувствительны к колебаниям температуры и действию органических веществ. Их эксплуатационные свойства находят применение в газодобывающей и нефтехимической промышленности.
Ассортимент продукции позволяет использовать ее в разных отраслях промышленности
Прекрасные качества титана позволяют применять металл в разных отраслях промышленности и использовать этот природный дар на благо людей.
Титановая труба
Титановая труба – полый титановый прокат, изготовленный из титана или его сплавов, имеющий разное сечение.
Химический состав, состояние материала и способ производства влияют на уникальные свойства этого вида титанового металлопроката.
Благодаря им, изделия из этого материала используются при повышенных нагрузках и в агрессивной среде. Трубы из титана обладают высоким качеством и относятся к дорогостоящим изделиям.
Свойства и характеристики титановых труб
Титановые трубы по способу производства бывают: бесшовные, сварные, холоднотянутые, холоднокатаные. Все они применяются в разных областях народного хозяйства, в зависимости от своих характеристик. Для формирования труб, выпущенных на основе лент из титана, используется метод электросварки.
Титановые трубы имеют отличную коррозионную стойкость, высокую прочность, лёгкость. Они также характеризуются хорошей свариваемостью, пластичностью, низкой теплопроводностью, удовлетворительной обрабатываемостью.
Даже при высоких и низких температурах материал сохраняет свои полезные свойства. Прокат из титана не боится воздействия таких сред, как: сернистый и углекислый газ, сера, хлор, аммиак, кислота, и др.
Не меняет своих свойств при воздействии промышленного и природного газа, нефтепродуктов.
Концы труб обрезаются под углом 90° и очищаются от заусенцев. Качество поверхности – обычное. Толщина стенок и диаметр имеют хорошую точность. Длина титановых труб бывает: мерной, немерной, кратной мерной внутренняя и наружная поверхность готовых изделий из титана не имеет глубоких рисок, трещин, грубых следов зачистки, расслоений, непровара шва, плен, раковин и следов коррозии.
Титановые трубы бывают толстостенными или тонкостенными. Толстостенной трубе из титана присущи свойства, которыми обладают нержавеющие стали: твёрдость, прочность, антикоррозионная стойкость. При этом её вес значительно меньше.
Недостатком титановой трубы считается цена. Она обусловлена стоимостью материала, а также дороговизной и тщательностью обработки. (При изготовлении труб, титан отжигается несколько раз, так как он быстро твердеет).
Вес титановой трубы
На вес изделия влияет несколько параметров: длина, диаметр и толщина стенок. Например, вес титановой трубы, диаметром 25 мм, длиной 1 метр и с толщиной стенки 2 мм составляет 650 грамм. А вес титановой трубы диаметром 140 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 1 метр – 11,36 кг.
Диаметры титановых труб
Бесшовные трубы из титана изготавливаются диаметром: 5,8 – 140 мм. Толщина стенки: 0,5-9,0 мм. Диаметр сварных титановых труб составляет: 6 -102 мм. Толщина стенки – 1,5 – 2,0 мм. Встречаются титановые трубы и с диаметром около 330 мм.
ГОСТы на титановые трубы
Трубы сварные производятся из титана, имеющего марку ВТ1-0, по ГОСТ 24890-81, а также из сплава титана ОТ4-0, химический состав которого соответствует ГОСТ 19807-74. При производстве лента сваривается дуговой сваркой с помощью аргона или другим методом.
- Показатели качества:
- • группа А – отожжённая труба из титана, имеющая травленую поверхность;
- • группа Б – труба из титана, не прошедшая термическую обработку и травления.
Холоднодеформированные трубы бесшовные производятся из титана марки ВТ1-0 согласно ГОСТ 22897-86, ГОСТ 90050-72, а также из сплава титана ПТ7М, химический состав которого соответствует ГОСТ 19807-74. Изделия могут иметь шлифованную или травленую поверхность.
Химический состав сплавов и металлов определяется посредством подготовки и отбора проб, производящихся по ГОСТ 24231-80.
Изготовление титановых труб
Трубы бесшовные горячей деформации изготавливаются с помощью экструзионных прессов методом прессования. Обработка горячекатаных труб производится механическим путём с внутренней и внешней стороны.
Точные тонкостенные титановые трубы, имеющие большой диаметр, производятся методом холодной прокатки. Для получения изделия высокого качества, при изготовлении применяют травление и термообработку.
Независимо от способа производства титановой трубы, она сохраняет свои свойства и форму при низкой и высокой температуре.
Сварные титановые трубы прочнее бесшовных стальных в 1,5 раза. При изготовлении сварных труб используется титан марок ВТ1-0, ВТ1-00 или сплав ОТ4-0. При производстве бесшовного проката из титана используются сплавы ВТ1-0, ПТ-1М, ОТ4, ПТ-7М.
Титановая труба ВТ1
Трубы титановые сварные ВТ1 производят по ГОСТ 24890-81 из титана марки ВТ1-0, химический состав которого соответствует ГОСТ 19807-74. При производстве лента сваривается дуговой сваркой с помощью аргона или другим методом.
Марка титана ВТ1-0 – это технический титан, имеющий хорошие антикоррозионные и прочностные свойства. Чистоту сплава показывает цифра, стоящая после буквенной маркировки. Она подразумевает 0,3% примесей. Трубе из титана ВТ1-0 присущи: растяжимость, вязкость, пластичность, небольшая ползучесть. Удельный вес – небольшой.
Не теряет своих свойств при низких и высоких температурах. Сплав ВТ1-0 нашёл широкое применение в приборостроении, инструментальной промышленности, машиностроении. Из него изготавливают полуфабрикаты и изделия криогенной техники. Отлично сваривается.
Трубы из титана ВТ1-00 имеют аналогичные качества, но при их производстве используется материал, содержащий до 0,1% примесей и отличающийся максимальной чистотой.
Титановая труба ОТ4
При производстве титановой трубы ОТ4 используется деформируемый титановый сплав, которому присущи хорошая коррозионная стойкость и технологичность. Его главные легирующие элементы: цирконий, алюминий, железо, марганец. Также есть примеси: водород, кислород, азот, кремний, углерод. Титановая труба ОТ4 часто используется в современном машиностроении.
Применение титановых труб
- Титановые трубы используют почти все отрасли и сферы промышленности.
Среди них:
- • архитектура;
- • химическая промышленность;
- • лёгкая промышленность;
- • газовая промышленность;
- • пищевая промышленность;
- • военная промышленность;
- • медицина;
- • ракетостроение;
- • аэрокосмонавтика.
Титановый прокат широко используется в ракето-, судо-, самолётостроении. Изделия из него лёгкие, что обеспечивает изделию снижение общей массы и прекрасную маневренность.
Устойчивость к различным химическим воздействиям позволяет применять титановые трубы в нефтехимической промышленности. Изделия и детали, даже в условиях агрессивной среды, не поддаются отложению солей и коррозии.Незаменим титан и в военной промышленности. Прочность, жаростойкость и лёгкость материала позволяют применять его в производстве тяжелого вооружения.
Поставщик: ООО РТГ «МетПромСтар»
Трубный титановый прокат
Калькулятор металлопроката С высоким эл. сопротивлением
| Статья о тиановых трубах. Приведено подробноое опиание продукции — марки и химический состав материалов; способы производства; характеристики и сфера применения. |
Трубы из Ti и его сплавов имеют вид полых профилей различных сечений и диаметров (рис. 1).
Рисунок 1. Титановая проволока в бухтах
Наличие тех или иных уникальных свойств титановых полуфабрикатов данной разновидности обусловлено их химсоставом, методом изготовления и состоянием материала. Изделия относятся к категории дорогостоящих, а потому предназначены, главным образом, для применения в условиях экстремальных температур, агрессивных сред и высоких механических нагрузок.
Габариты
Важнейшими габаритными параметрами трубной продукции из титана являются длина и внутренний Ø, а также толщина стенок. Трубопродукцию из Ti, характеризуемую невысокими значениями Ø и толщины стенок, называют трубкой. К определяющим критериям причисляется также вес.
Трубы, классифицируемые, прежде всего, по критерию длины, могут быть:
- мерными;
- кратными мерной длине;
- немерными.
Изделия чётко подразделяют по соотношению размерных параметров. Так, например, горячекатаные бесшовные трубы внутренним Ø 83,01…480,01 мм имеют стенки толщиной 6,01…65,01 мм (ГОСТ 21945-76). Аналогичные показатели для холоднодеформированных труб, согласно ГОСТ 22897-86, составляют 5,81…130,01 мм и 0,51…8,51 мм соответственно.
Вес титановых труб зависит от длины, диаметра и толщины стенок. К примеру, вес изделия метровой длины при диаметре 25,1 и толщине стенки 2,01 мм будет составлять 660 г. А при такой же длине, диаметре 141 мм и толщине стенки 6,01 мм вес составит 11,37 кг.
Основные потребительские свойства
Трубная продукция относится к разряду титановых полуфабрикатов, имеющих наибольшую востребованность в различных промышленных отраслях.
Это обусловлено сочетанием множества полезных качеств, важнейшие из которых – невысокая плотность, малый удельный вес, пластичность, устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных химреагентов и углеводородов, биологическая инертность, низкий показатель теплопроводности, высокие характеристики свариваемости и некоторые другие уникальные качества, сохраняющиеся в широком диапазоне температур.
По способу производства титановые трубы могут быть как бесшовными, изготовляемые методами холодной и горячей обработки давлением, так и шовными, производимыми с помощью сварки из плоского листового проката.
Самыми надёжными являются цельнотянутые трубы, для производства которых используют монолитные литые цилиндрические заготовки-биллеты, имеющие круглое поперечное сечение.
Такие трубы характеризуются наиболее высокими показателями прочности.
Перед протяжкой на всем протяжении биллета строго по центру высверливается продольное отверстие требуемого диаметра, формирующее внутреннюю полость будущей цельнотянутой трубы.
Основной недостаток труб из Ti и сплавов на его основе – высокая себестоимость, которую формируют дороговизна материала и сложность технологий изготовления.
К числу недостатков данной продукции можно также отнести проблемный характер монтажа коммуникаций. Для прокладки трубопровода из титановых труб исключительное значение имеет верный расчёт основных габаритных параметров и функциональных значений применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Размерные параметры, механосвойства, технические требования, условия поставок регламентированы нормативами:
Титан
Титан — химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, Tпл=1668+(-)5 °С, Tкип=3260 °С. Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.
История открытия титана
Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году английским ученым, специалистом в области минералогии У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году шведский химик и минераловед Й. Я. Берцелиус.
Свойства титана
В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен.
По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам.
Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.
Известны две аллотропические модификации титана (две разновидности титана, имеющие одинаковый химический состав, но различное строение и свойства). Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С и до температуры плавления.
По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом.
Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия.
Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.
Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза — железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.
Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. Модули упругости характеризуют способность материала упруго деформироваться при приложении к нему силы. Анизотропия заключается в различии свойств упругости в зависимости от направления действия силы.
С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана — существенный его недостаток, т.к.
в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.
Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.
Титан — парамагнитный металл. Обычно у парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании уменьшается. Магнитная восприимчивость характеризует связь между намагниченностью вещества и магнитным полем в этом веществе. Титан составляет исключение из этого правила — его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.
Характеристики физико-механических свойств титана (ВТ1-00)
| 4,5 × 10–3 |
| 1668± 4 |
| 8,9 |
| 16,76 |
| 300–450 |
| 250–380 |
| 7–10 |
| 25–30 |
| 50–60 |
| 110,25 |
| 41 |
| 0,32 |
| 103 |
| 120 |
Титан имеет две полиморфные модификации: a -титана с гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм и высокотемпературную модификацию b -титана с кубической объемно-центрированной решеткой с периодом а = 0,332 нм при 900 ° С. Температура полиморфного a « b -превращения составляет 882 ° С.
Механические свойства титана существенно зависят от содержания примесей в металле. Различают примеси внедрения — кислород, азот, углерод, водород и примеси замещения, к которым относятся железо и кремний.
Хотя примеси повышают прочность, но одновременно резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное действие оказывают примеси внедрения, особенно газы.
При введении всего лишь 0,003 % Н, 0,02 % N или 0,7 % О титан полностью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается.
Особенно вреден водород, вызывающий водородную хрупкость титановых сплавов. Водород попадает в металл при плавке и последующей обработке, в частности при травлении полуфабрикатов. Водород малорастворим в a -титане и образует пластинчатые частицы гидрида, снижающего ударную вязкость и особенно отрицательно проявляющегося в испытаниях на замедленное разрушение.
Поэтому содержание примесей, особенно газов, в титане и титановых сплавах (табл. 17.1, 17.2) строго ограничено.
Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим его восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием (магнийтермический метод).
Полученный этим методом титан губчатый (ГОСТ 17746–79) в зависимости от химического состава и механических свойств выпускают следующих марок: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-ТВ (см. табл. 17.1).
Цифры означают твердость по Бринеллю НВ, ТВ — твердый.
Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.
Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, технически чистый титан марки ВТ1-0 имеет: s в = 375–540 МПа, s 0,2 = 295–410 МПа, d ³ 20 %, и по этим характеристикам не уступает ряду углеродистых и Cr—Ni коррозионностойких сталей.
Высокая пластичность титана по сравнению с другими металлами, имеющими ГПУ- решетку (Zn, Mg, Cd), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования благодаря малому сотношению с/а = 1,587. По-видимому, с этим связана высокая хладостойкость титана и его сплавов (подробнее см. гл. 13).
При повышении температуры до 250 ° С прочность титана снижается почти в 2 раза. Однако жаропрочные Ti-сплавы по удельной прочности в интервале температур 300–600 ° С не имеют себе равных; при температурах выше 600 ° С сплавы титана уступают сплавам на основе железа и никеля.
Титан имеет низкий модуль нормальной упругости (Е = 110,25 ГПа) — почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля, что затрудняет изготовление жестких конструкций.
Титан относится к числу химически активных металлов, однако он обладает высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется стойкая пассивная пленка TiO2, прочно связанная с основным металлом и исключающая его непосредственный контакт с коррозионной средой. Толщина этой пленки обычно достигает 5–6 нм.
Благодаря оксидной пленке, титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, в пресной и морской воде, устойчивы против кавитационной коррозии и коррозии под напряжением, а также в кислотах органического происхождения.
Производство изделий из титана и его сплавов имеет ряд технологических особенностей. Из-за высокой химической активности расплавленного титана его плавку, разливку и дуговую сварку производят в вакууме или в атмосфере инертных газов.
При технологических и эксплуатационных нагревах, особенно выше 550–600 ° С, необходимо принимать меры для защиты титана от окисления и газонасыщения (альфированный слой) (см. гл. 3).
Титан хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штампуется.
Титан и его сплавы хорошо свариваются контактной и аргонодуговой сваркой, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения.
Недостатком титана является плохая обрабатываемость резанием из-за склонности к налипанию, низкой теплопроводности и плохих антифрикционных свойств.
Основной целью легирования титановых сплавов является повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и др. элементами. Легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.
Таблица 17.1
Марки, химический состав (%) и твердость титана губчатого (ГОСТ 17746–79)
| ТГ-90 | 99,74 | 0,05 | 0,01 | 0,04 | 0,02 | 0,08 | 0,02 | 0,04 | 90 |
| ТГ-100 | 99,72 | 0,06 | 0,01 | 0,04 | 0,03 | 0,08 | 0,02 | 0,04 | 100 |
| ТГ-110 | 99,67 | 0,09 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,08 | 0,02 | 0,05 | 110 |
| ТГ-120 | 99,64 | 0,11 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,08 | 0,02 | 0,06 | 120 |
| ТГ-130 | 99,56 | 0,13 | 0,03 | 0,04 | 0,03 | 0,10 | 0,03 | 0,08 | 130 |
| ТГ-150 | 99,45 | 0,2 | 0,03 | 0,04 | 0,03 | 0,12 | 0,03 | 0,10 | 150 |
| ТГ-Тв | 99,75 | 1,9 | – | – | 0,10 | 0,15 | 0,10 | – | – |
Таблица 17.2
Марки и химический состав (%) деформируемых титановых сплавов (ГОСТ 19807–91)
| ВТ1-00 | Основа | – | – | – | – | – | – | – | 0,08 | 0,15 | 0,10 | 0,008 | 0,04 | 0,05 |
| ВТ1-0 | То же | – | – | – | – | – | – | – | 0,10 | 0,25 | 0,20 | 0,010 | 0,04 | 0,07 |
| ВТ1-2 | То же | – | – | – | – | – | – | – | 0,15 | 1,5 | 0,30 | 0,010 | 0,15 | 0,10 |
| ОТ4-0 | То же | 0,4–1,4 | – | – | – | 0,30 | 0,5–1,3 | – | 0,12 | 0,30 | 0,15 | 0,012 | 0,05 | 0,10 |
| ОТ4-1 | То же | 1,5–2,5 | – | – | – | 0,30 | 0,7–2,0 | – | 0,12 | 0,30 | 0,15 | 0,012 | 0,05 | 0,10 |
| ОТ4 | То же | 3,5–5,0 | – | – | – | 0,30 | 0,8–2,0 | – | 0,12 | 0,30 | 0,15 | 0,012 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ5 | То же | 4,5–6,2 | 1,2 | 0,8 | – | 0,30 | – | – | 0,12 | 0,30 | 0,20 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ5-1 | То же | 4,3–6,0 | 1,0 | – | 2,0 –3,0 | 0,30 | – | – | 0,12 | 0,30 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ6 | То же | 5,3–6,8 | 3,5–5,3 | – | – | 0,30 | – | – | 0,10 | 0,60 | 0,20 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ6с | То же | 5,3–6,5 | 3,5–4,5 | – | – | 0,30 | – | – | 0,15 | 0,25 | 0,15 | 0,015 | 0,04 | 0,10 |
| ВТ3-1 | То же | 5,5–7,0 | – | 2,0–3,0 | – | 0,50 | – | 0,8–2,0 | 0,15–0,40 | 0,2–0,7 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ8 | То же | 5,8–7,0 | – | 2,8–3,8 | – | 0,50 | – | – | 0,20–0,40 | 0,30 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ9 | То же | 5,8–7,0 | – | 2,8–3,8 | – | 1,0–2,0 | – | – | 0,20–0,35 | 0,25 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ14 | То же | 3,5–6,3 | 0,9–1,9 | 2,5–3,8 | – | 0,30 | – | – | 0,15 | 0,25 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ20 | То же | 5,5–7,0 | 0,8–2,5 | 0,5–2,0 | – | 1,5–2,5 | – | – | 0,15 | 0,25 | 0,15 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ВТ22 | То же | 4,4–5,7 | 4,0–5,5 | 4,0–5,5 | – | 0,30 | – | 0,5–1,5 | 0,15 | 0,5–1,5 | 0,18 | 0,015 | 0,05 | 0,10 |
| ПТ-7М | То же | 1,8–2,5 | – | – | – | 2,0–3,0 | – | – | 0,12 | 0,25 | 0,15 | 0,006 | 0,04 | 0,10 |
| ПТ-3В | То же | 3,5–5,0 | 1,2–2,5 | – | – | 0,30 | – | – | 0,12 | 0,25 | 0,15 | 0,006 | 0,04 | 0,10 |
| АТ3 | То же | 2,0–3,5 | – | – | – | – | – | 0,2–0,5 | 0,20–0,40 | 0,2–0,5 | 0,15 | 0,008 | 0,05 | 0,10 |
Примечание. Сумма прочих примесей во всех сплавах составляет 0,30 %, в сплаве ВТ1-00 — 0,10 %.
Загрузка...
