关于钛材压力温度额定值的选用计算
一种钛-钢复合板制容器热气循环试验技术
收稿日期: 2021$02$21 作者简介：张 鹏（1991$）,男，四川眉山人，助理工程师，硕士，从事传热与传质技术研究。E-mail：2468279485@
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石油化工设备
2021年第50卷
生泄漏叫 本文热气循环试验采用的是内部蒸汽加热的
方式，与传统的外部电加热方式相比有诸多优势％ 外部电加热采用的是电热阻丝加热、氮气加压，升 温&升压分开进行#而内部蒸汽加热方式的升温& 升压介质都是水蒸气,升温&升压同时进行,其理 论计算设计及实际操作都较外部电加热方式更简 便，同时内部蒸汽加热方式也符合容器的实际操 作工况#
酸腐蚀，工程上常采用钛-钢复合板制造相关设 备（对钛-钢复合板,升温时钛的线膨胀系数小于 碳素钢的，在钛复层及钛焊缝处会产生拉伸热应 力,温度越高，产生的热应力越大,钛焊缝处就可 能产生裂纹而损坏设备*8+。水压试验对压力容器 的承压性能进行了检验，但是未对容器的承温性 能进行检验（热气循环试验则弥补了这一点,通过 模拟真实操作条件使容器达到相应的温度、压力, 试验结束之后利用氮检漏仪器检验钛焊缝是否发
&2=41. 634 W/(m ・ J )、b 1=0. 003 m、b2=0. 012 m、
#1=2.003 m、#2=2.018 m、#=2 m 带入式(3)，得K=
1 023. 96 W/(m2・°C )。
容器内表面积 S =169. 56 m2,由 KS L $ 1=250. 6X
103 W得N $ 1=1.44 O &故水蒸气与容器之间只需
TA10的比热容为520 J/(kg-?)、导热系数 为 17 W/(m-°C )；Q345R 比热容 490.6 J/(kg-B )、 导热系数41.634 W/ (m・°C )%容器保温材料为 100 mm厚的硅酸铝保温棉，保温棉密度128 kg/m3、 比热容 1 004. 88 J/ (kg-°C )、质量 2 326 kg % 复 合板定性温度为(5+200)E2=102. 5(G )%
钛材常用符号和换算单位
钛材常用符号和有关的换算单位σb= 抗拉强度tensile strengthσ0.2=屈服强度yield strengthδ4D=延伸率 elongationΨ=断面收缩率reduction of areaKU2= impact test J/cm² = 冲击韧性试验J/cm²Klc 平面应变断裂韧度N/mm²⺁m1mm=1000µm Ib(磅)=0.4536KGKg/mm2=9.807MPa1PPM(百万分之一)=0.0001%KSI（千磅/平方英寸）=6.89MPa(兆帕)KSI=1000PSI(磅/英寸) PSI=0.0069MPa例如：560MPa÷0.0069MPa=81159PSIN/mm2（牛顿/平方毫米）=1MPa=0.102kg/mm²1英尺=12英寸=0.3048米 1英寸=25.4mm硬度：HB布氏硬度， HR洛氏硬度， HV维氏硬度园棒的截面积换算和还原公式：截面积=3.14x(ф÷2)²ф= X 2面积/3.14方棒的截面积=长x宽热处理制度如下：M（中文符号）= annealed(退火)= recrystallization treatment（也叫再结晶退火处理）m(中文符号)= strength-relieved (消除应力退火)ST（英文符号）= solution treatment (固熔处理)STA（英文符号）= solution treatment & age(固容加时效)常用金属的比重和熔点着色检验：dye penetrant inspection 将溶有彩色染料的渗透剂渗入焊缝表面，清洗后，涂吸附剂，使缺陷内的彩色油液渗至表面，根据彩色斑点或条纹发现和判断缺陷的方法。
着色检验是渗透探伤的一种，成本低、使用方便。
使用国产着色探伤剂，可以发现宽0．01mm，深度不小于0．0 3～0．04mm的表面缺陷。
常用金属材料的使用温度及限制条件
常用材料的应用限制
1、铸铁
使用限制条件如下：1）使用在介质温度为-29~343℃的受压或非受压管道。
2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5MPa的可燃流体管道。
3）不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质。
4）不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。
2、普通碳素钢
常用普通碳素钢的适用范围
3、优质碳素钢
使用限制条件：1）碱性或苛性碱介质发生碱脆的可能。
2）有应力腐蚀开裂倾向的环境应进行热处理。
3）碳素钢、碳锰钢和锰钒钢最高工作温度不超过425℃。
4）临氢操作有发生氢损伤的可能。
5）用于-20摄氏度及以下温度，应进行低温冲击韧性试验。
4、不锈耐热钢
使用限制条件：
1）400~550℃的铁素体和马氏体不锈钢考虑防止475℃回火脆破坏。
2）540-900℃，当有还原性较强的腐蚀介质存在时，应选用稳定型（含稳定化元素Ti和Nb）或超低碳型（含碳量小于0.03%）奥氏体不锈钢。
3）不锈钢应避免接触湿的氯化物，或者控制物料和环境中氯离子浓度不超过25×10-6.
4）奥氏体不锈钢使用温度超过525℃时，其含碳量应大于0.04%，否则钢的强度会显着下降。
Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V(TC4)Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良 好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效 使合金强化。
热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可 在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。
表3-2钛合金Ti-6Al-4V 成分钛合金Ti6Al-4V 合金碳（最大）0.10％ 铝5.50至6.75％ 氮0.05％氧气（最大）0.020％其他，合计（最大）0.40％ *其他，每个（最大）=0.1％钛平衡钒3.50至4.50％ 铁（最大）0.40％ 氢（最大）0.015％ 比重0.160弹性模量（E ）的15.2x103ksi?贝塔Transus 1800to1850°F? 液相线温度2976to3046°F 固相线温度2900to2940°F 电阻率-418°F902.5ohm-cir-mil/ft? 73.4°F1053ohm-cir-mil/ft? 986°F1143ohm-cir-mil/ft?典型的室温强度计算退火钛6Al-4V 的：极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300ksi ） 压缩屈服强度825-895兆帕（120-130ksi ） 极限剪切强度480-690兆帕（70-100ksi ）Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1.钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
钛的应用应用领域 材料的使用特性应用部位航喷气发动机在500℃以下具有高的屈服强度/在500℃以下的部位使用：压气元素 Al V Fe O Si C N H 其他 Ti成分5.5-6.83.5-4.50.30.2 0.15 0.1 0.05 0.01 0.5余量空工业密度比和疲劳强度/密度比，良好的热稳定性，优异的抗大气腐蚀性能，可减轻结构质量盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等机身在300℃以下，比强度高防火壁、蒙皮、大梁、起浇架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆等火箭、导弹及宇宙飞船工业在常温及超低温下，比强度高，并具有足够的韧性及塑性高压容器、燃料贮箱、火箭发动机及导弹壳体、飞船船舱蒙皮及结构骨架、主起落架、登月舱等船舶、舰艇制造工业比强度高，在海水及海洋气氛下具有优异的耐蚀性能耐压艇体、结构件、浮力系统球体，水上船舶的泵体、管道和甲板配件，快艇推进器、推进轴、水翼艇水翼、鞭状天线等化学工业、石油工业在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在还原性介质中也可通过合金化改善其耐蚀性在石油化工、化肥、酸碱、钠、氯气及海水淡化等工业中，作热交换器、反应塔、蒸馏器、洗涤塔、合成器、高压釜、阀门、导管、泵、管道等其他工业常规正品制造耐蚀性好，密度小火炮尾架、迫击炮底板、火箭炮炮管及药室、喷管、火炮套箍、坦克车轮及履带、扭力棒、战车驱动轴、装甲板等冶金工业有高的化学活性和良好的耐蚀性在镍、钴、钛等有色金属冶炼中做耐蚀材料，在钢铁冶炼中是良好的脱氧剂和合金元素其他工业医疗卫生对人体体液有极好的耐蚀性，没有毒性，与肌肉组织亲合性能良好好做医疗器械及外科矫形材料，钛制牙、心脏内瓣、隔膜、骨关节及固定螺钉、钛骨头等超高真空有高的化学活性，能吸附氧、氮、氢、CO、CO2、甲烷等气体钛离子泵电镀工业耐腐蚀、寿命长、传热快、加热效果好，对产品无污染，可提高劳动生产率和减少维修费用镀镍、镀铬（除氟化物镀铬外）、酸性和氰化物镀铜、三氯化铁铜板腐蚀中作加热器、电镀槽子，网篮、挂具、薄膜蒸发器等电站高的耐蚀性，密度小、质量轻，良好的综合力学性能和工艺性能，较高的热稳定性，线胀系数小全钛凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽涡轮叶片等机械仪表精密天平秤杆、表壳、光学仪器等纺织工业亚漂机、亚漂罐中耐蚀零、部件造纸工业泵、阀、管道、风机、搅拌器等医药工业加料机、加热器、分离器、反应罐、搅拌器、压滤罐、出料管道等体育用品航模、羽毛球拍、登山器械、钓鱼杆、宝剑、全钛赛车等工艺美术钛板画、笔筒、砚台、拐杖、胸针等钛的热处理工艺参数牌号消除应力退火工艺①完全退火工艺②固溶处理工艺时效处理工艺温度/℃时间/min温度/℃时间/min温度/℃时间/min冷却方式温度/℃时间/min冷却方式TA1 500-600 15-60680-7230-120——————TA2 500-600 15-60680-7230-120——————TA3 500-600 15-60680-7230-120——————TA4 550-650 15-60700-7530-120——————TA5 550-650 15-60800-8530-120——————TA6 15-1275030-1—————550-650 0 -8020 —TA7 550-650 15-12750-8030-120——————TB2 480-650 15-24800 30 800 30 水或空5008空冷TC1 550-650 30-60700-7530-120——————TC2 550-650 30-60700-7530-120——————TC3 550-650 30-24700-8060-120820-9225-6水冷480-5604-8空冷TC4 550-650 30-24700-8060-120850-9530-6水冷480-5604-8空冷TC6 550-650 30-12750-8560-120860-9030-6水冷540-5804-12空冷TC9 550-650 30-24600 60900-9560-9水冷500-6002-6空冷TC1550-650 30-24760 120850-9060-9水冷500-6004-12空冷1.所有合金消除应力退火后一律采用空冷。
钛材常用符号和换算单位 (1)
钛材常用符号和有关的换算单位σb= 抗拉强度tensilestrengthσ0.2=屈服强度yield strengthδ4D=延伸率 elongationΨ=断面收缩率reductionof areaKU2= impact test J/cm²= 冲击韧性试验J/cm²Klc 平面应变断裂韧度N/mm²⺁m1mm=1000µm Ib(磅)=0.4536KGKg/mm2=9.807MPa1PPM(百万分之一)=0.0001%KSI（千磅/平方英寸）=6.89MPa(兆帕)KSI=1000PSI(磅/英寸) PSI=0.0069MPa例如：560MPa÷0.0069MPa=81159PSIN/mm2（牛顿/平方毫米）=1MPa=0.102kg/mm²1英尺=12英寸=0.3048米 1英寸=25.4mm硬度：HB布氏硬度， HR洛氏硬度， HV维氏硬度园棒的截面积换算和还原公式：截面积=3.14x(ф÷2)²ф=X 2面积/3.14方棒的截面积=长x宽热处理制度如下：M（中文符号）= annealed(退火)= recrystallization treatment（也叫再结晶退火处理）m(中文符号)= strength-relieved (消除应力退火)ST（英文符号）= solution treatment (固熔处理)STA（英文符号）= solution treatment & age(固容加时效)常用金属的比重和熔点金属名称比重g/cm3 熔点ºC 金属名称比重g/cm3 熔点ºCTi 4.5 1668 Ta 16.6 1996W 19.3 3410(+/-20) Nb 8.57 2468Mo 10.2 2610 Zr 6.49 1852Ni 8.9 1455 Hf 13.2 2150Fe 7.85 1535 Al 2.7 660.37Cu 8.92 1083.4着色检验：dye penetrant inspection 将溶有彩色染料的渗透剂渗入焊缝表面，清洗后，涂吸附剂，使缺陷内的彩色油液渗至表面，根据彩色斑点或条纹发现和判断缺陷的方法。
容器用钛的应用温度范围
容器用钛的应用温度范围（１）尽管有许多资料介绍钛在室温下存在蠕变的特性，但当温度不大于３１６℃时，工业纯钛的持久强度曲线趋于平坦，即持久强度与断裂时间关系不大。
只有当温度超过３１６℃时，工业纯钛的持久强度值才可能比相应温度下的短时拉伸强度低。
因此至少在３１６℃以下短时拉伸试验的强度就可以作为钛容器的设计依据，只有当应用温度更高时，才有必要除按短时拉伸强度设计外还应按持久强度设计。
（２）各国的容器规范对钛容器按短时强度设计的应用温度上限的规定不完全相同，ＡＳＭＥ公制版规定为３００ｃＣ，ＡＳＭＥ－１９９８英制版规定为６０００Ｆ（３１６０Ｃ），日本ＪＩＳＢ８２７０－１９９３为３５００Ｃ，俄罗斯ＯＣＴ２６－０１－２７９一一１９７８（１９８２年１月８日起实行）规定ＢＴ１一０为３００ｃＣ，ＯＴ４一０为４０００Ｃ，ＡＴ３为３５０℃。
１９９０年发布的《压力容器安全技术监察规程》在起草时曾提出纯钛板应用温度不高于２００ｃＣ，由于当时国内已在使用的钛容器设计温度已达２１０℃和２３０ｃＣ，因而定稿发布时定为２３０ｑＣ。
近年国内使用的钛容器的设计温度已有２８０ｃＣ、３１５℃等，１９９９年版虽仍定为２３０℃，但经压力容器标准化技术委员会与其协商，已同意按３００℃。
（３）表面无膜的银白色的钛，在３００℃以上时，表面开始生成淡黄色的氧化膜；４００℃以上时，形成金黄色氧化膜。
钛的这些氧化膜质地致密、附着牢固、不易脱落，具有保护作用。
因此至少在３５０℃以下，钛表面在空气中的氧化和腐蚀介质中的氧化不会对钛的应用起不利影响。
（４）表面没有氧化膜的钛，在３００℃以上即可明显地吸收空气或其他介质中的氢；钛表面存在氧化膜时，产生明显吸氢作用的温度则稍高，４５０℃以上氢气才能进入钛中。
钛经在大气中存放或在大气中经氧化处理，在化学介质中经化学钝化或阳极钝化处理，以及钛在氧化性的腐蚀介质中使用后，表面均存在良好的氧化膜。
因而一般认为４００℃以下氢不会对钛设备产生不利作用。
tc4钛管承压的标准
tc4钛管承压的标准
TC4钛管是一种常用的钛合金材料，通常用于航空航天、化工、医疗器械等领域。
关于TC4钛管的承压标准，一般可以从以下几个
方面来进行回答：
1. 材料标准，TC4钛管的承压标准首先应符合材料的国际或行
业标准，比如ASTM（美国材料与试验协会）的标准，比如ASTM
B861/B861M-2018《无缝钛和钛合金管材的标准规范》等。
2. 承压等级，TC4钛管的承压标准还应考虑其使用环境和所承
受的压力，一般根据设计要求和使用场景，确定管材的承压等级，
比如一般的工业管道使用标准压力等级，医疗器械可能有更高的要求。
3. 制造标准，TC4钛管的制造标准也是影响其承压标准的重要
因素，包括管材的生产工艺、质量控制要求等，通常应符合国际制
造标准如ISO9001等。
4. 相关认证，TC4钛管在特定行业的使用还可能需要通过相关
认证，比如航空航天领域的ASME认证等，这些认证也会对其承压标
准有所规定。
综上所述，TC4钛管的承压标准是一个综合考虑材料标准、承
压等级、制造标准和相关认证的问题，具体的标准应根据具体的使
用要求和行业规范来确定。
希望以上回答能够全面地解答你的问题。
钛合金使用温度
钛合金的使用温度范围取决于其组成成分和热处理工艺。
一般来说,钛合金的使用温度范围在-253℃至600℃之间。
在这个范围内,钛合金能够保持较好的力学性能和化学稳定性。
超过该范围,钛合金的性能可能会受到损害,甚至发生热膨胀、热裂纹等问题。
钛合金的使用温度范围还与环境气氛有关。
在空气中,钛合金会与氧气发生反应,形成一层致密的氧化膜,从而保护基体材料不被进一步氧化。
然而,当温度超过400℃时,氧化膜的保护效果会降低,钛合金容易发生氧化、腐蚀等问题。