楊娟麗 ，牛蓉蓉 ，權(quán)亞平 ，王 儉，李長(zhǎng)江

(1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)(2.寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014)(3.西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司，陜西 西安 710018)

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國(guó)內(nèi)外焊管用鈦帶的品質(zhì)對(duì)比

楊娟麗1,2，牛蓉蓉2，權(quán)亞平3，王 儉2，李長(zhǎng)江3

(1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)(2.寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014)(3.西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司，陜西 西安 710018)

通過對(duì)寶鈦集團(tuán)、美國(guó)鈦金屬有限公司、日本新日鐵住金株式會(huì)所、韓國(guó)大宇國(guó)際公司4家來自不同國(guó)家的代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)的0.5 mm厚Gr.2焊管用鈦帶的化學(xué)成分、力學(xué)性能、硬度、顯微組織、表面狀況及粗糙度等性能進(jìn)行分析測(cè)試，以期用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明目前國(guó)產(chǎn)焊管用鈦帶品質(zhì)所達(dá)到的真實(shí)水平，為國(guó)產(chǎn)鈦帶的推廣應(yīng)用提供有利的支撐。測(cè)試結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)焊管用鈦帶的各項(xiàng)性能與國(guó)外基本相當(dāng)，且批次穩(wěn)定性、表面一致性等甚至優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。

焊管用鈦帶；品質(zhì)；化學(xué)成分；力學(xué)性能；表面粗糙度

0 引 言

一直以來，由于受到原材料、加工技術(shù)等多方面的制約，焊管用鈦帶制造技術(shù)被長(zhǎng)期掌握在日本、美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等少數(shù)一些國(guó)家的專業(yè)生產(chǎn)廠家手中，我國(guó)焊管用鈦帶的價(jià)格和需求量均受控于人。2008年起，國(guó)內(nèi)陸續(xù)建成多條完備的鈦帶生產(chǎn)線，截至目前，已有近8條生產(chǎn)線具備生產(chǎn)能力。寶鈦集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱寶鈦集團(tuán))自2006年開始，便借助國(guó)內(nèi)一些大型鋼廠的設(shè)備優(yōu)勢(shì)，開展了鈦帶生產(chǎn)工藝的探索工作，確定了鈦帶生產(chǎn)線的整體配置，并同時(shí)進(jìn)行了設(shè)備采購(gòu)。2010年，寶鈦集團(tuán)鈦帶生產(chǎn)線整線設(shè)備安裝完成，并逐步進(jìn)行調(diào)試、試生產(chǎn)，2011年年底全線投產(chǎn)。寶鈦集團(tuán)鈦帶生產(chǎn)線的建成投產(chǎn)標(biāo)志著我國(guó)攻克了國(guó)外對(duì)焊管用鈦帶的壟斷。

然而，長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外客戶已習(xí)慣使用進(jìn)口鈦帶，對(duì)國(guó)產(chǎn)鈦帶的品質(zhì)還心存顧慮，為了更進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)焊管用鈦帶的推廣應(yīng)用，本研究擬對(duì)中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)的4家鈦帶代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)的焊管用鈦帶的性能進(jìn)行對(duì)比，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明目前國(guó)產(chǎn)焊管用鈦帶品質(zhì)所達(dá)到的真實(shí)水平，為國(guó)產(chǎn)鈦帶的推廣應(yīng)用提供有利支撐。

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司通過正規(guī)產(chǎn)品合同購(gòu)得的由中國(guó)寶鈦集團(tuán)、美國(guó)鈦金屬有限公司(Titanium Metals Corporation)、日本新日鐵住金株式會(huì)所(Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation)、韓國(guó)大宇國(guó)際公司(Dae Woo International Corporation)4個(gè)不同國(guó)家鈦帶代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)的焊管用鈦帶合格產(chǎn)品。在所采購(gòu)的多個(gè)牌號(hào)、多種規(guī)格的產(chǎn)品中，選取最常用的0.5 mm厚Gr.2鈦帶卷作為測(cè)試對(duì)象。取8卷不同爐次的鈦帶，在其頭部截取試樣，每項(xiàng)測(cè)試取2個(gè)試樣用于平行測(cè)定。按照表1中的測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)在相應(yīng)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，且保證每項(xiàng)測(cè)試的人員及測(cè)試條件相同。

表1 鈦帶各項(xiàng)性能測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)成分

海綿鈦是生產(chǎn)鈦及鈦合金的原料，目前國(guó)內(nèi)外主要采用鎂熱還原法生產(chǎn)海綿鈦，其雜質(zhì)含量直接影響鈦及鈦合金產(chǎn)品的質(zhì)量。而對(duì)海綿鈦質(zhì)量影響最大的雜質(zhì)主要為Fe、O，其次為N、C、H等[1]。同樣，F(xiàn)e、O含量對(duì)于成品焊管用鈦帶的性能也有直接的影響，因此對(duì)成品鈦帶中Fe、O含量進(jìn)行分析是極為重要的。通過對(duì)4個(gè)不同國(guó)家鈦帶代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)的焊管用鈦帶中的Fe、O含量進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，各國(guó)所生產(chǎn)的鈦帶中Fe、O含量基本一致,國(guó)產(chǎn)鈦帶中Fe、O含量均偏高約0.01%。

2.2 力學(xué)性能

2.2.1 強(qiáng)度

圖1為中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)4國(guó)鈦帶代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)焊管用0.5 mm厚Gr.2鈦帶的橫、縱向強(qiáng)度平均值。

圖1 鈦帶橫、縱向強(qiáng)度平均值

從圖1a可知，所測(cè)鈦帶橫向抗拉強(qiáng)度平均值由高到低依次為：美國(guó)→韓國(guó)→日本→中國(guó)；橫向屈服強(qiáng)度平均值由高到低依次為：美國(guó)→中國(guó)、韓國(guó)→日本。從圖1b可知，所測(cè)鈦帶縱向抗拉強(qiáng)度平均值由高到低依次為：韓國(guó)→日本→美國(guó)→中國(guó)；縱向屈服強(qiáng)度平均值由高到低依次為：韓國(guó)→日本→中國(guó)→美國(guó)。綜合可見，國(guó)產(chǎn)鈦帶橫、縱向抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度的指標(biāo)均較低，可為后期加工提供良好的成形性。

(1)縱橫向強(qiáng)度比值

縱橫向強(qiáng)度比值是帶材內(nèi)部是否存在明顯織構(gòu)的體現(xiàn)，該比值與1差值的絕對(duì)值越大，說明織構(gòu)越明顯，產(chǎn)品某一單一方向性能指標(biāo)越低，深沖成形性能越差。圖2為不同國(guó)家所測(cè)鈦帶縱、橫向抗拉強(qiáng)度平均值的比值。從圖2知，縱、橫向抗拉強(qiáng)度接近程度依次為：中國(guó)、日本→美國(guó)→韓國(guó)，由此結(jié)果可以看出：中國(guó)和日本所生產(chǎn)的焊管用鈦帶的縱、橫向抗拉強(qiáng)度差異最小，具有良好的深沖成形性能。

圖2 鈦帶縱、橫向抗拉強(qiáng)度平均值的比值

(2)強(qiáng)度的批次穩(wěn)定性

批次穩(wěn)定性是驗(yàn)證一種產(chǎn)品，甚至一個(gè)企業(yè)是否具備生產(chǎn)某種產(chǎn)品能力的先決條件，既包含同一批產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還包括多批產(chǎn)品之間的穩(wěn)定性。對(duì)本研究中所有測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總分析，計(jì)算所得標(biāo)準(zhǔn)偏差(相對(duì)于平均值的離散程度)即為批次穩(wěn)定性。表2為各國(guó)所測(cè)焊管用鈦帶橫、縱向強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。從表2可知，國(guó)產(chǎn)鈦帶橫、縱向強(qiáng)度的批次穩(wěn)定性均最優(yōu)，說明目前國(guó)內(nèi)對(duì)焊管用鈦帶強(qiáng)度指標(biāo)的控制已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的水平，完全具備批量生產(chǎn)的能力。

2005年9月29日至10月3日，漢江丹江口水庫(kù)以上9.52萬(wàn)km2的區(qū)域普降大到暴雨、局部暴雨，面雨量達(dá)95 mm，產(chǎn)流量約 81億 m3，最大7天洪量約78億m3，約20年一遇。10月3日13時(shí)，丹江口水庫(kù)最大出庫(kù)流量14600m3/s；3日20時(shí)，最大入庫(kù)流量30700m3/s；5日3時(shí)，最高庫(kù)水位為156.95m，超汛限水位4.45m。

表2 鈦帶橫、縱向強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.2.2 延伸率

較低的強(qiáng)度及較高的延伸率均是對(duì)鈦帶成形性的有利保障。圖3為所測(cè)焊管用鈦帶橫、縱向延伸率的平均值。從圖3可知，所測(cè)鈦帶橫向延伸率平均值由高到低依次為：日本→中國(guó)→美國(guó)、韓國(guó)；縱向延伸率平均值由高到低依次為：中國(guó)、日本→美國(guó)→韓國(guó)。綜合圖1及圖3可知，國(guó)產(chǎn)焊管用鈦帶符合強(qiáng)度低、延伸率高的成形性要求，與日本所生產(chǎn)的鈦帶水平相當(dāng)。

圖3 鈦帶橫、縱向延伸率平均值

2.3 硬度

維氏硬度對(duì)產(chǎn)品的成形性有重要影響，維氏硬度值越高，越不利于成形。當(dāng)測(cè)試載荷為10 N時(shí)，所得測(cè)試結(jié)果依次為中國(guó)1 100～1 300 MPa、日本1 250～1 420 MPa、韓國(guó)1 370～1 677 MPa、美國(guó)1 480～1 732 MPa，這與化學(xué)成分及強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果是相吻合的。

2.4 顯微組織

基于優(yōu)異的抗腐蝕性能，鈦焊管被廣泛用于海水淡化、電力、石油化工、航空航天等領(lǐng)域。有研究表明，在上述環(huán)境中，一般情況下，鈦焊管的耐腐蝕性能隨晶粒尺寸的減小而提高[2]，并且晶粒尺寸越小，塑性、韌性越好。圖4為不同國(guó)家焊管用鈦帶的橫、縱向顯微組織金相照片。從圖4可知，所測(cè)鈦帶的晶粒尺寸由大到小依次為：美國(guó)→韓國(guó)→日本→中國(guó)，其中，國(guó)產(chǎn)鈦帶的晶粒尺寸最小，說明其對(duì)使用環(huán)境的耐腐蝕性能最優(yōu)。

圖5為所測(cè)焊管用鈦帶外表面的掃描電鏡(SEM)照片。從圖5可知，中國(guó)、日本、韓國(guó)焊管用鈦帶表面均是經(jīng)過機(jī)械拋光處理的，有明顯的拋光紋路，但拋光一致性有微小差別，而美國(guó)焊管用鈦

圖4 鈦帶橫、縱向顯微組織的金相照片

帶表面是經(jīng)酸洗處理的。經(jīng)機(jī)械拋光的鈦帶表面光亮，且一致性優(yōu)于經(jīng)酸洗處理的。在后續(xù)焊管成形過程中，拋光表面對(duì)模具的粘結(jié)也優(yōu)于酸洗表面，這與酸洗表面粗糙度較高、凹凸不平有很大關(guān)系。

圖5 鈦帶外表面的SEM照片

中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)所測(cè)焊管用鈦帶表面粗糙度平均值依次為0.30、0.37、0.22、0.22 μm。由此可見，日本、韓國(guó)所測(cè)鈦帶表面粗糙度的平均值優(yōu)于中國(guó)，而美國(guó)最差。

此外，對(duì)測(cè)焊管用鈦帶表面粗糙度最大值與最小值的差值進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明：粗糙度最大值與最小值的差值由高到低依次為：韓國(guó)(0.15 μm)→美國(guó)(0.13 μm)→中國(guó)、日本(0.05 μm)。此差值越小，則鈦帶表面均勻一致性越好，可見國(guó)產(chǎn)鈦帶的表面均勻一致性優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。

3 結(jié) 論

(1)各國(guó)代表生產(chǎn)商所生產(chǎn)的焊管用鈦帶中Fe、O含量基本一致,國(guó)產(chǎn)鈦帶中Fe、O含量均偏高約0.01%。

(2)國(guó)產(chǎn)鈦帶在同類產(chǎn)品中，擁有較低的強(qiáng)度及硬度、較高的延伸率，且批次穩(wěn)定性優(yōu)于其他各國(guó)，完全具備批量生產(chǎn)的能力。

(3)顯微組織分析表明，國(guó)產(chǎn)鈦帶的晶粒尺寸最小，對(duì)使用環(huán)境的耐腐蝕性能最優(yōu)。

(4)雖然國(guó)產(chǎn)鈦帶表面粗糙度在同類產(chǎn)品中處于中間地位，但均勻一致性優(yōu)于同類產(chǎn)品。

[1]王學(xué)文，徐國(guó)富，張履國(guó)，等. 海綿鈦中雜質(zhì)的分布與存在形態(tài)[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2013,30(4)：32-35.

[2]羅檢, 張勇，鐘慶東，等. 晶粒度對(duì)一些常用金屬耐腐蝕性能的影響[J].腐蝕與防護(hù)，2012,33(4)：349-352.

The Quality Contrast of Domestic and Foreign Titanium Strip for Welded Tube

Yang Juanli1,2, Niu Rongrong2, Quan Yaping3, Wang Jian2, Li Changjiang3

(1. Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055,China) (2. Baoti Group Co. ,Ltd. , Baoji 721014, China) (3. Xi’an Baotimet Valinox Tubes Co. ,Ltd. , Xi’an 710018, China)

The Gr.2 titanium strips for welded tube with the thickness of 0.5 mm which produced by Baoti Group Co. ,Ltd. , Titanium Metals Corporation, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation and Dae Woo International Corporation were selected to evaluate the quality of titanium strips made in China. The chemical composition, mechanical properties, hardness, microstructure, surface condition and roughness of the titanium strips for welded tube were analysed.The results show that all the properties of domestic titanium strips for welded tube are similar to the abroad, and the batch stability, homogeneity of the surface and so on are even more excellent than others.

titanium strip for welded tube；quality；chemical composition；mechanical properties；surface roughness

2015-09-09

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2012ZX06004-020)

楊娟麗(1980—)，女，工程師。

TG146.2+3

A

1009-9964(2015)06-0036-04