Применение титановых сплавов в клапанной промышленности 

Титановые сплавы обладают такими преимуществами, как низкая плотность, высокая прочность, коррозионная стойкость, устойчивость к высоким и низким температурам, и могут широко применяться в многочисленных областях, включая нефтяную, химическую, морскую среду, биомедицину, аэрокосмическую отрасль, автомобильную промышленность, судостроение и другие. Литые титановые сплавы получают путем литья титанового сплава в требуемую форму, среди которых сплав ZTC4 (Ti-6Al-4V) применяется наиболее широко, обладает стабильными технологическими свойствами, хорошей прочностью и вязкостью разрушения (ниже 350°C).

Клапаны, как основные управляющие компоненты в трубопроводных системах для передачи различных специальных сред и специальных текучих сред, уже стали важной составной частью многих устройств в производстве, можно сказать, что ни одна отрасль не может обойтись без клапанов. Поскольку требования к среде, температуре и средам различаются в разных областях, выбор материала для клапанов особенно критичен и широко обсуждается. Клапаны на основе титановых сплавов и литых титановых сплавов, благодаря таким характеристикам, как превосходная коррозионная стойкость, работоспособность при высоких и низких температурах, высокая прочность, имеют широкие перспективы в области клапанов.

Области применения

- Морская пехота

Рабочая среда трубопроводных систем морской воды чрезвычайно сурова, и производительность судовых клапанов напрямую влияет на безопасность и общую производительность трубопроводных систем. Еще в 196-х годах Россия начала исследования титановых сплавов для кораблей, а затем разработала морские титановые сплавы. β-титановые сплавы широко используются в трубопроводных системах военных кораблей, включая запорные клапаны, обратные клапаны, шаровые клапаны и другие, разнообразные по типам и в большом количестве применений; одновременно титановые клапаны также нашли применение в трубопроводных системах гражданских судов. По сравнению с ранее использовавшимися медными сплавами, сталями и т.д., последующие испытания на водоотведение также показали, что использование литых титановых сплавов обладает высокой надежностью во многих аспектах, таких как структурная прочность, коррозионная стойкость, а срок службы был значительно продлен, увеличившись более чем в два раза по сравнению с первоначальными 2-5 годами, что привлекло широкое внимание. НИИ 725 судостроительной промышленности Китая в Лояне поставил трехэксцентриковые дисковые затворы для определенного типа судна, изменив прежние подходы к выбору материалов и проектные решения, и использовав такие материалы, как Ti80, в качестве основы, что продлило срок службы клапана до 25 лет, повысило надежность и практичность применения клапанной продукции и заполнило технологический пробел в стране.

- Аэрокосмическая отрасль

В области аэрокосмической техники литые титановые сплавы также демонстрируют выдающиеся результаты, что обусловлено их превосходной теплостойкостью и прочностью. Также в 196-х годах американские авиакомпании впервые попробовали титановое литье. После определенного периода исследований титановые литые детали официально начали применяться на самолетах с 1972 года (таких как Боинг 757, 767, 777 и др.). Литые детали из титановых сплавов для статических конструкций не только широко используются, но и применяются в критических позициях, таких как управление клапанами в ключевых трубопроводных системах. Часто используемые клапаны включают предохранительные клапаны, обратные клапаны и т.д., которые снижают стоимость производства самолетов, повышают безопасность и надежность, одновременно, поскольку плотность и вес титановых сплавов относительно малы по сравнению с другими сплавами, составляя лишь около 60% от веса сталей аналогичной прочности, их широкое применение может способствовать устойчивому движению самолетов в направлении высокой прочности и облегчения веса. В настоящее время аэрокосмические клапаны в основном применяются в пневматических, гидравлических, топливных, смазочных и многих других системах управления, больше подходят для сред с высокой коррозионной стойкостью и высокой температурой окружающей среды. Они являются одними из ключевых компонентов аэрокосмических аппаратов, двигателей и других подразделений. Традиционные клапаны часто требуют поэтапной замены и могут даже не удовлетворять потребностям. В то же время, с быстрым расширением рынка аэрокосмических клапанов, титановые клапаны также занимают все большую долю благодаря своим превосходным характеристикам.

- Химическая промышленность
Химические клапаны обычно используются в суровых условиях, таких как высокие температуры, высокое давление, коррозионная стойкость, большая разность давлений и т.д. Поэтому выбор подходящего материала для применения клапанов в химической промышленности крайне важен. На начальном этапе в основном выбирались такие материалы, как углеродистая сталь, нержавеющая сталь и др., после использования могла возникать коррозия, требовалась замена и техническое обслуживание. С непрерывным развитием технологии литья титановых сплавов их превосходные характеристики постепенно были обнаружены, и титановые клапаны также появились в поле зрения людей. Возьмем, к примеру, производственную установку для очищенной терефталевой кислоты (PTA) в химической волоконной промышленности, рабочая среда в основном представляет собой уксусную кислоту и бромистоводородную кислоту, которые обладают сильной коррозионной активностью. Требуется использование почти 8000 клапанов, таких как запорные клапаны, шаровые клапаны и другие, разнообразных типов и в большом количестве. Поэтому титановые клапаны стали хорошим выбором, увеличив надежность и безопасность использования. Обычно, из-за коррозионных свойств мочевины, клапаны на входе и выходе синтезационной колонны мочевины могут удовлетворять сроку службы в 1 год, что уже соответствует требованиям использования. Предприятия, такие как химический завод в Люйляне провинции Шаньси, химический завод в Тэнчжоу провинции Шаньдун, химический завод в Линбао провинции Хэнань и другие, после множества попыток в конечном итоге выбрали титановые клапаны высокого давления: обратные клапаны H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-50, 65, 80, а также теплоизолированные запорные клапаны на входе синтезационной колонны мочевины BJ45WA-25R-100, 125 и другие, срок службы которых превышает 2 года, демонстрируя хорошую коррозионную стойкость [9], что снижает частоту замены клапанов и затраты.
Применение литых титановых сплавов на рынке клапанов не ограничивается вышеупомянутыми отраслями, оно также имеет хорошее развитие в других аспектах. Например, новый литой титановый сплав Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si, разработанный в Японии, обладает многими преимуществами, такими как низкая плотность, высокая прочность на ползучесть, хорошая износостойкость и др. При использовании для выпускных клапанов в автомобильных двигателях он может повысить безопасность двигателя и продлить срок его службы.

- Другие отрасли

По сравнению с применением литых титановых сплавов в клапанной промышленности, другие области применения литых титановых сплавов являются более широкими. Титан и титановые сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью, что имеет важное значение для таких отраслей, как нефтехимия, где существуют требования к коррозионной стойкости. В этих отраслях многие крупные устройства, требующие промышленного производства, такие как объемные насосы, теплообменники, компрессоры, реакторы и другие, используют коррозионностойкие титановые отливки, спрос на которые на рынке является наибольшим. В медицинской области, поскольку титан признан во всем мире безопасным, нетоксичным металлом, не содержащим тяжелых металлов, многие медицинские вспомогательные инструменты, протезы конечностей человека и другие изделия изготавливаются из литых титановых сплавов. Особенно в стоматологической медицине почти все испытанные зубные отливки изготовлены из промышленно чистого титана и сплава Ti-6Al-4V, которые обладают хорошей биосовместимостью, механическими свойствами и коррозионной стойкостью. С другой стороны, благодаря преимуществам низкой плотности и хороших характеристик титан и титановые сплавы широко используются в различных спортивных товарах, таких как клюшки для гольфа, головки клюшек, теннисные ракетки, ракетки для бадминтона, рыболовные снасти и другие. Изготовленные из них изделия обладают малым весом, гарантированным качеством и пользуются большой популярностью у широкой публики. Например, новый титановый сплав SP-700 (N104), разработанный японской сталелитейной компанией Nippon Steel, используется в качестве поверхностного материала для головок клюшек для гольфа серии 300 бренда Taylor, которые хорошо продаются на мировом рынке гольфа. С конца XX века литые титановые сплавы в таких областях, как нефтехимия, аэрокосмическая отрасль, биомедицина, автомобильная промышленность, спорт и отдых, постепенно сформировали промышленное и масштабное производство, перейдя от первоначальных исследований к нынешнему активному продвижению и развитию.