板式換熱器用純鈦冷沖壓波紋板片的耐腐蝕性能研究*

史 偉，石永祥，楊 莉，趙江濤，蒙 騫

(1.蘭州蘭石檢測技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730314；2.甘肅省機(jī)械裝備材料表征與安全評價(jià)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730314；3.甘肅省高端鑄鍛件工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730314;4.蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730314)

鈦材由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能，在石油化工設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是用鈦代替不銹鋼、鎳基合金或其他稀有金屬作為耐腐蝕材料，在延長設(shè)備服役壽命、降低維護(hù)成本、防止產(chǎn)品雜質(zhì)污染等方面具有十分重要的意義[1]。鈦材換熱器具備諸多優(yōu)異的性能，如傳熱效率高、占地面積小、便于清洗等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此鈦材常被用于制造板式換熱器。板式換熱器在制造過程中需要對板片進(jìn)行冷沖壓，常見的不銹鋼板片經(jīng)冷沖壓后易出現(xiàn)形變馬氏體導(dǎo)致其耐蝕性能變差，造成換熱器腐蝕泄漏[3-4];但對于鈦板片冷沖壓后其耐蝕性能的變化缺乏相關(guān)報(bào)道，該文對板式換熱器用工業(yè)純鈦TA1板片的耐蝕性能變化情況進(jìn)行了分析，為板式換熱器的設(shè)計(jì)選材提供借鑒。

1 試 驗(yàn)

使用QSN750直讀光譜儀對鈦板試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。從表1可以看出其化學(xué)成分符合GB/T 3620.1—2016 《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》中對工業(yè)純鈦TA1的要求。采用奧林巴斯GX51倒置式金相顯微鏡進(jìn)行金相檢驗(yàn),采用XRD-6000型衍射儀進(jìn)行物相分析，采用CHI760E電化學(xué)工作站測量自腐蝕電位，試驗(yàn)介質(zhì)選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%NaCl水溶液。

表1 鈦板化學(xué)成分分析 w,%

2 結(jié)果與分析

2.1 金相檢驗(yàn)

對純鈦原始板片和冷沖壓成型板片分別取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，如圖1所示。純鈦原始板片和冷沖壓成型板片顯微組織均為α相，未發(fā)現(xiàn)有其他析出相產(chǎn)生，晶粒度級(jí)別均為5.5級(jí)，未發(fā)現(xiàn)其他顯微組織上的明顯差異。

圖1 鈦板顯微組織

2.2 物相分析

對純鈦原始板片和冷沖壓成型板片進(jìn)行XRD分析，如圖2所示，對比原始板片和冷沖壓成型板片的衍射峰，經(jīng)冷沖壓成型后鈦板中未產(chǎn)生新物相。

圖2 鈦板XRD衍射譜線

2.3 電化學(xué)測試

分別對純鈦原始板片及冷沖壓成型板片取樣進(jìn)行電化學(xué)測試，如圖3所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)純鈦原始板片自腐蝕電位為-0.443 5 V，冷沖壓成型板片的自腐蝕電位為-0.424 8 V。表明純鈦板片隨著冷沖壓成型，其自腐蝕電位略有上升，耐蝕性能并沒有因冷沖壓成型后變差，反而有所改善。

圖3 鈦板極化曲線

鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬，在含氧的介質(zhì)或空氣中，介質(zhì)溫度在315 ℃以下時(shí)，鈦板片的表面產(chǎn)生一層致密的、均勻、穩(wěn)定附著力強(qiáng)和自愈能力強(qiáng)的鈍化膜，該鈍化膜阻礙了介質(zhì)與鈦基體的接觸，從而提高了其耐腐蝕性[1]44,[5]。鈦鈍化膜的腐蝕主要表現(xiàn)為孔蝕，是一種典型的鈍化膜局部被破壞的腐蝕類型[6]。

對比未經(jīng)冷沖壓的原始板片和冷沖壓成型板片，其顯微組織沒有變化，顯微組織均為α相，晶粒度級(jí)別均為5.5級(jí)，經(jīng)冷沖壓成型后未產(chǎn)生其他析出相。經(jīng)冷沖壓成型板片的自腐蝕電位略有上升，表明經(jīng)冷沖壓的純鈦波紋板片耐蝕性能沒有變差。純鈦板片相較于不銹鋼板片經(jīng)冷沖壓后其耐腐蝕性能有明顯的優(yōu)勢。

經(jīng)冷沖壓后其自腐蝕電位提高是因?yàn)殁佲g化膜在冷沖壓過程中發(fā)生了變化。有研究表明[7]，鈦鈍化膜外層疏松多孔，而內(nèi)層致密能起到有效的隔絕作用，冷沖壓過程必然會(huì)使鈦鈍化膜疏松多孔的外層變得更為致密，讓能夠起隔絕作用的鈍化膜厚度增加，在純鈦板顯微組織沒有發(fā)生變化的前提下，提高了純鈦的自腐蝕電位，改善了其耐腐蝕性能。

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)冷沖壓成型后的純鈦板波紋板片，顯微組織未發(fā)生變化，其耐蝕性能未變差，反而變得更為優(yōu)異。

(2)純鈦板經(jīng)冷沖壓后未產(chǎn)生其他析出相，鈍化膜外層受力后變得更為致密，其耐腐蝕性能更好。