國內外焊管用鈦帶的品質對比

楊娟麗 ，牛蓉蓉 ，權亞平 ，王 儉，李長江

(1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055)(2.寶鈦集團有限公司，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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國內外焊管用鈦帶的品質對比

楊娟麗1,2，牛蓉蓉2，權亞平3，王 儉2，李長江3

(1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055)(2.寶鈦集團有限公司，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)

通過對寶鈦集團、美國鈦金屬有限公司、日本新日鐵住金株式會所、韓國大宇國際公司4家來自不同國家的代表生產商所生產的0.5 mm厚Gr.2焊管用鈦帶的化學成分、力學性能、硬度、顯微組織、表面狀況及粗糙度等性能進行分析測試，以期用實驗數據說明目前國產焊管用鈦帶品質所達到的真實水平，為國產鈦帶的推廣應用提供有利的支撐。測試結果表明：國產焊管用鈦帶的各項性能與國外基本相當，且批次穩(wěn)定性、表面一致性等甚至優(yōu)于國外同類產品。

焊管用鈦帶；品質；化學成分；力學性能；表面粗糙度

0 引 言

一直以來，由于受到原材料、加工技術等多方面的制約，焊管用鈦帶制造技術被長期掌握在日本、美國、法國、俄羅斯等少數一些國家的專業(yè)生產廠家手中，我國焊管用鈦帶的價格和需求量均受控于人。2008年起，國內陸續(xù)建成多條完備的鈦帶生產線，截至目前，已有近8條生產線具備生產能力。寶鈦集團有限公司(以下簡稱寶鈦集團)自2006年開始，便借助國內一些大型鋼廠的設備優(yōu)勢，開展了鈦帶生產工藝的探索工作，確定了鈦帶生產線的整體配置，并同時進行了設備采購。2010年，寶鈦集團鈦帶生產線整線設備安裝完成，并逐步進行調試、試生產，2011年年底全線投產。寶鈦集團鈦帶生產線的建成投產標志著我國攻克了國外對焊管用鈦帶的壟斷。

然而，長期以來，國內外客戶已習慣使用進口鈦帶，對國產鈦帶的品質還心存顧慮，為了更進一步加強國產焊管用鈦帶的推廣應用，本研究擬對中國、美國、日本、韓國的4家鈦帶代表生產商所生產的焊管用鈦帶的性能進行對比，用實驗數據說明目前國產焊管用鈦帶品質所達到的真實水平，為國產鈦帶的推廣應用提供有利支撐。

1 實 驗

實驗對象為西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司通過正規(guī)產品合同購得的由中國寶鈦集團、美國鈦金屬有限公司(Titanium Metals Corporation)、日本新日鐵住金株式會所(Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation)、韓國大宇國際公司(Dae Woo International Corporation)4個不同國家鈦帶代表生產商所生產的焊管用鈦帶合格產品。在所采購的多個牌號、多種規(guī)格的產品中，選取最常用的0.5 mm厚Gr.2鈦帶卷作為測試對象。取8卷不同爐次的鈦帶，在其頭部截取試樣，每項測試取2個試樣用于平行測定。按照表1中的測試執(zhí)行標準在相應設備上進行測試，且保證每項測試的人員及測試條件相同。

表1 鈦帶各項性能測試執(zhí)行標準及設備

2 結果與討論

2.1 化學成分

海綿鈦是生產鈦及鈦合金的原料，目前國內外主要采用鎂熱還原法生產海綿鈦，其雜質含量直接影響鈦及鈦合金產品的質量。而對海綿鈦質量影響最大的雜質主要為Fe、O，其次為N、C、H等[1]。同樣，Fe、O含量對于成品焊管用鈦帶的性能也有直接的影響，因此對成品鈦帶中Fe、O含量進行分析是極為重要的。通過對4個不同國家鈦帶代表生產商所生產的焊管用鈦帶中的Fe、O含量進行檢測分析發(fā)現，各國所生產的鈦帶中Fe、O含量基本一致,國產鈦帶中Fe、O含量均偏高約0.01%。

2.2 力學性能

2.2.1 強度

圖1為中國、美國、日本、韓國4國鈦帶代表生產商所生產焊管用0.5 mm厚Gr.2鈦帶的橫、縱向強度平均值。

圖1 鈦帶橫、縱向強度平均值

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

(1)縱橫向強度比值

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

圖2 鈦帶縱、橫向抗拉強度平均值的比值

(2)強度的批次穩(wěn)定性

批次穩(wěn)定性是驗證一種產品，甚至一個企業(yè)是否具備生產某種產品能力的先決條件，既包含同一批產品的穩(wěn)定性，還包括多批產品之間的穩(wěn)定性。對本研究中所有測試結果進行匯總分析，計算所得標準偏差(相對于平均值的離散程度)即為批次穩(wěn)定性。表2為各國所測焊管用鈦帶橫、縱向強度的標準偏差。從表2可知，國產鈦帶橫、縱向強度的批次穩(wěn)定性均最優(yōu)，說明目前國內對焊管用鈦帶強度指標的控制已達到相對穩(wěn)定的水平，完全具備批量生產的能力。

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

表2 鈦帶橫、縱向強度的標準偏差

2.2.2 延伸率

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

圖3 鈦帶橫、縱向延伸率平均值

2.3 硬度

維氏硬度對產品的成形性有重要影響，維氏硬度值越高，越不利于成形。當測試載荷為10 N時，所得測試結果依次為中國1 100～1 300 MPa、日本1 250～1 420 MPa、韓國1 370～1 677 MPa、美國1 480～1 732 MPa，這與化學成分及強度測試結果是相吻合的。

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，所測鈦帶的晶粒尺寸由大到小依次為：美國→韓國→日本→中國，其中，國產鈦帶的晶粒尺寸最小，說明其對使用環(huán)境的耐腐蝕性能最優(yōu)。

圖5為所測焊管用鈦帶外表面的掃描電鏡(SEM)照片。從圖5可知，中國、日本、韓國焊管用鈦帶表面均是經過機械拋光處理的，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

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

圖5 鈦帶外表面的SEM照片

中國、美國、日本、韓國所測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、韓國所測鈦帶表面粗糙度的平均值優(yōu)于中國，而美國最差。

此外，對測焊管用鈦帶表面粗糙度最大值與最小值的差值進行了計算，結果表明：粗糙度最大值與最小值的差值由高到低依次為：韓國(0.15 μm)→美國(0.13 μm)→中國、日本(0.05 μm)。此差值越小，則鈦帶表面均勻一致性越好，可見國產鈦帶的表面均勻一致性優(yōu)于國外同類產品。

3 結 論

(1)各國代表生產商所生產的焊管用鈦帶中Fe、O含量基本一致,國產鈦帶中Fe、O含量均偏高約0.01%。

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

(3)顯微組織分析表明，國產鈦帶的晶粒尺寸最小，對使用環(huán)境的耐腐蝕性能最優(yōu)。

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

[1]王學文，徐國富，張履國，等. 海綿鈦中雜質的分布與存在形態(tài)[J].鈦工業(yè)進展，2013,30(4)：32-35.

[2]羅檢, 張勇，鐘慶東，等. 晶粒度對一些常用金屬耐腐蝕性能的影響[J].腐蝕與防護，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

國家科技重大專項項目(2012ZX06004-020)

楊娟麗(1980—)，女，工程師。

TG146.2+3

A

1009-9964(2015)06-0036-04