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详解中国钛焊管的前世今生

来源:      2018-12-26 15:45:16      点击:
  钛及钛合金直缝焊管(简称“钛焊管”)是将钛及钛合金卷带材或宽幅板材经卷曲轧制成管形后焊接而成。美国的钛合金牌号主要有Gr.1、Gr.2和Gr.12 等,国内的钛合金牌号主要有TA1、TA2 和TA10 等。
  钛焊管的生产工艺流程如下:钛带开卷→剪切对焊→活套储料→钛带清洗→管形成型→焊接→焊缝涡流探伤→预定径→在线退火→精定径/矫直→涡流探伤→激光测径→在线喷码→定尺切割→超声波探伤→精定尺/平头→气密性试验→成品检验→包装入库。
  1.近年来国内钛焊管行业的发展
  由于受原材料和加工技术等多方面的制约,钛焊管的生产技术多年来一直掌握在日本、美国、法国、俄罗斯等国家的专业厂家手中。中国钛焊管的发展相对于其他钛加工产品起步较晚,且前期发展比较缓慢。虽然钛无缝管在国内起步较早,但由于钛无缝管加工工序多、生产周期长、效率低、成本高,使得其应用受到限制,而钛焊管生产效率和成材率高,且钛焊管胀管、弯曲等性能与无缝管相近,因此国内外钛焊管的用量在逐年增加,并在电站冷凝器中的应用日益增多。
  在钛焊管发展早期,虽然中国从国外引进了完整的小直径钛焊管自动生产线,结束了中国不能生产钛焊管的历史,但由于当时国内生产钛焊管的原材料钛带卷完全依赖进口,且无法提供薄壁钛焊接管用的带坯,同时国外钛带卷的销售价格较高,因此抑制了国内钛焊管的生产;另外,因技术引进消化和原料采购困难的多重影响,国产钛焊管一直未真正具备批量生产能力,当时国内的钛焊管市场也未真正形成。
  近十年来,中国钛焊管行业快速发展,主要是由于国内在钛焊管原材料———钛带卷的生产技术上取得了重大突破,国产冷热轧钛带卷的技术性能指标、质量稳定性等能够满足钛焊管的要求。湖南湘投金天科技集团旗下的湘投金天钛金属有限公司于2007 年通过“钛钢联合模式”研制出中国第一卷宽幅热轧钛带卷; 2008 年又研制出冷轧钛带卷,打破了日本和美国在这个领域的垄断,为中国钛焊管产业提供了原材料支撑,随后国产钛焊管也应运而生。
  宝钛集团有限公司与国内外多家企业合资的西安宝钛美特法力诺焊管有限公司于2007 年正式投产,该生产线的投产推动了国内钛焊管生产技术的进步。随着2011 年宝钛集团有限公司在钛冷轧板带技术方面的突破,西安宝钛美特法力诺焊管有限公司也实现了国产钛冷轧板带的批量生产。
  近年来,随着钛行业整体的进步,海绵钛产能的膨胀,钛带卷等钛加工产能的扩张,下游钛焊管行业也取得了长足的发展,自2008年起国内陆续建成了多条钛焊管生产线。钛焊管产能的扩张以及钛行业发展速度的放缓加剧了钛焊管企业间的竞争。目前,除了湘投金天科技集团等具备完整钛产业链的企业外,其他钛焊管企业,以及众多以不锈钢管、稀有金属管材为主业的企业也在推动着钛焊管产业的进步。钛焊管企业越来越重视新技术的开发和差异化的发展。
  钛焊管的应用领域在不断拓展。钛焊管已经成为很多行业替代不锈钢管、铜镍合金管、钛无缝管的首选管材。国产钛焊管经过几年的发展,突破了一系列关键工艺及技术瓶颈,已广泛应用于电力、空调、海水淡化、水处理设备等领域。另外,国产钛焊管也实现了批量出口。可见,国产钛焊管的生产工艺及质量水平均有较大幅度的提升。
  2.钛焊管的综合优势
  在中国,低强度、低合金化钛无缝管的生产技术比较成熟,在一些需耐高压以及结构受力用管方面,一般采用厚壁钛无缝管。但是,由于钛无缝管成品率低、交货周期长等因素的影响,使得大力发展钛焊管已经成为钛管行业的趋势。与钛无缝管相比,钛焊管的综合优势越来越明显,在日本、美国、欧洲等国家和地区,钛焊管正逐步取代钛轧制管。
  2.1 钛焊管与钛无缝管力学性能基本一致
  以换热器及冷凝器用钛及钛合金管为例,国家标准为GB/T 3625—2007,美国标准为ASTMB338,钛焊管与钛无缝管在化学成分、力学性能和工艺性能等指标方面差异不大,甚至相同。随着钛焊管焊接及热处理技术的进步,国内薄壁钛焊管普遍采用单枪或多枪TIG/PAW 自熔焊接,焊接后采用在线热处理工艺,通过优化焊接、退火工艺,使母材、焊缝、热影响区的显微组织基本上接近,同时消除了焊接应力,使焊缝组织均匀化。通过对比发现,钛焊管焊缝成分与母材基本一致,焊缝力学性能、防腐蚀性能与母材无异。
  2.2 钛焊管的外观及质量优于钛无缝管
  钛焊管采用冷轧带卷焊接而成,壁厚均匀,同心度好,光洁度好,管内不易结垢。尤其是薄壁钛管,用无缝轧制工艺生产根本无法达到其技术要求。钛无缝管经过轧制或拉拔工艺,很难做到壁厚1 mm以下;而钛焊管可以做到壁厚0.5 mm及以下,节约了大量的材料及成本。同时由于钛焊管壁厚较薄,可获得更高的传热系数,取得更好的传热效果。
  2.3 钛焊管的成本和环保优势突出
  钛无缝管生产工艺过程复杂,常规采用三辊或多辊轧机、拉拔机将一定规格的管坯经多道次轧制或拉拔,最后经过减径减壁后生产出无缝管。该工艺过程生产效率和成材率较低。钛无缝管从海绵钛到管材,通过轧制或拉拔,材料浪费较大,成材率只有50%左右,并且无法实现大规模批量生产,生产周期也相对较长。
  而钛焊管是通过自动化连续生产线,采用壁厚均匀的钛带卷经过冷弯成型、焊接、在线热处理、定径矫直、无损检测和气密性测试等工序生产而成。从海绵钛到焊接管材,材料利用率通常在80%左右,如果以钛带卷为原材料,其材料利用率在95%以上。随着国内钛工业的迅速发展以及焊接技术日趋成熟,钛焊管的生产效率也将大幅度提升,质量稳定性、一致性以及生产效率将会更高,可以按照客户要求定尺切成所需长度,交货期短,材料利用率高,单位成本较无缝管将会更低。
  钛无缝管通常采用轧制或拉拔等工艺生产。生产过程中将会使用大量的轧制油、拉拔油等,生产现场污染严重。钛管轧制、拉拔加工后,需要对管材内外表面的油脂、污物等进行脱脂、酸洗,酸洗过程对环境污染较大。为了保证操作人员的健康,保护环境,就必须增加防护设备及保护措施,因而也就增加了资金投入,产品生产成本也相应提高。而钛焊管是通过自动化生产线连续大批量生产,质量稳定,生产效率高,生产过程中除一定的水电气等能源消耗外,对环境几乎没有污染。
  3.结语
  随着对钛焊管了解的加深,钛焊管在石油化工行业中的使用将会得到市场的认可,使用范围会越来越广,市场份额也会越来越大。虽然钛焊管与常用流体输送管道相比投资成本较高,但是其成本要低于钛无缝管,且从钛焊管的使用寿命和维护周期来分析,钛焊管的投资成本可以在使用中得到补偿,管道系统中使用钛焊管可通过减少定期维护次数,减少停产时间、提高产品质量,提高管道寿命来降低生产成本。特别是近年来全球钛行业不是很景气,竞争又非常剧烈,钛焊管价格一直处于较低位的水平,石油化工行业内企业选用钛焊管前期设备投入成本更低。
  虽然中国钛焊管行业取得了快速发展,生产工艺及质量水平大幅提升,钛焊管已经被大量应用于电力、海水淡化、水处理设备、空调设备等行业,但在石油化工行业,对钛焊管的使用还在持续推广中。