前言

　　鈦因其優(yōu)良的耐腐蝕性而被大量用作各種化學(xué)反應(yīng)容器、熱交換器材料，但缺點(diǎn)是成本較高。特別是作為結(jié)構(gòu)部件使用時(shí)這個(gè)問題尤為突出，有效的解決方法就是使用鈦鋼復(fù)合板。鈦與普通鋼的復(fù)合材稱之為鈦鋼復(fù)合材，既有鈦的耐蝕性，又有普通鋼板作為結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度，重要的是成本也大幅度下降了。

　　近年來(lái)，鈦鋼復(fù)合板又增添了新用途，即在海洋土木領(lǐng)域開始適用于鋼構(gòu)造物的防蝕材。這不僅是因其成本較低，作為主體的鋼構(gòu)造物的焊接安裝來(lái)看，也必須采用鈦鋼復(fù)合板。

　　鈦鋼復(fù)合板的概述

　　何謂鈦鋼復(fù)合板？

　　在《英和詞典》上的「CLAD」是指「特別是將防蝕金屬包覆在別的金屬上」?！朵撹F便覽》上的「復(fù)合鋼板」則是指將「一般普通鋼板與其它金屬?gòu)?fù)合」。即鈦鋼復(fù)合板是指將在一般普通鋼板的表面用耐蝕性好的金屬鈦包覆，普通鋼板的耐蝕性自然就提高了。

　　在JIS標(biāo)準(zhǔn)中，該板主要用于壓力容器、鍋爐、核反應(yīng)堆、 貯存器等，采用的均是厚度達(dá)8mm以上的復(fù)合鋼，其規(guī)格號(hào)為G3603。

　　鈦鋼復(fù)合板的歷史

　　日本鈦加工材的生產(chǎn)始于1954年，鈦鋼復(fù)合板則始于1962年。那時(shí)的生產(chǎn)方法稱之為「爆炸復(fù)合法」，憑借炸藥的爆發(fā)能而接合的一種方法。1986年開發(fā)了熱軋法，厚板軋制法。1990年又開發(fā)了連續(xù)熱軋帶卷的生產(chǎn)法，主要是指薄板的生產(chǎn)。

　　鈦鋼復(fù)合板的應(yīng)用領(lǐng)域

　　爆炸法、厚板軋制法制造的鈦鋼復(fù)合板為厚板，其用途主要用作耐蝕性構(gòu)造材料。高純度對(duì)酞酸設(shè)備等的化工設(shè)備、冷凝器的管板用在發(fā)電設(shè)備上。

　　連續(xù)熱軋制造的鈦鋼復(fù)合板為薄板，主要用在海洋鋼構(gòu)造物的襯里，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹Ｑ笸聊尽?/p>

　　鈦鋼復(fù)合板的制造方法

　　一般復(fù)合鋼板的制造方法有：填充金屬鋼錠軋制法、爆炸復(fù)合法、軋制壓接法、堆焊法等。鈦鋼復(fù)合板的場(chǎng)合，考慮到鈦的特性，工業(yè)上常采用爆炸復(fù)合法或軋制壓接法，而實(shí)際的生產(chǎn)方法則包括①爆炸復(fù)合法，軋制壓接法又包括②厚板軋制法③與連續(xù)熱軋法。爆炸復(fù)合法通常是在常溫下進(jìn)行的，軋制壓接法是將板組裝、加熱軋制。

　　爆炸復(fù)合法

　　爆炸復(fù)合法的要點(diǎn):首先將欲壓接的2張金屬板之間保持一定間隔放置,在其上面再放上適量炸藥。由炸藥的一端起爆，爆炸速度每秒數(shù)千米，憑借該爆發(fā)能鈦板從基材鋼板的角度碰撞。在該碰撞點(diǎn)基材鋼板與鈦板因非常大的變形速度與超高壓下顯示出流體行為，兩金屬表面的氧化膜、氣體吸附層作為金屬噴流而排除掉，干凈的面與面之間的接合就在瞬間完成，稱之為冷接合。

　　采用該法制造的鈦鋼復(fù)合板可繼續(xù)熱軋至板厚為4mm，所以又稱為爆炸復(fù)合法。

　　厚板軋制法

　　厚板軋制法最初將鈦板（復(fù)合材）與鋼板（基材）以嵌入式的板坯組裝。這時(shí)，在鈦板與鋼材之間放入合適的中間嵌入材，再在高真空下采用電子束焊接。最后放入加熱爐加熱后，在厚板軋機(jī)上強(qiáng)壓軋到所要求的厚度，這樣鈦板與鋼板則真正接合了。最后將外圍切割，分離為2張板。

　　連續(xù)熱軋法

　　連續(xù)熱軋法與厚板軋制法基本相同，所不同的是2張板中間加入的是鋼板，在大氣下進(jìn)行電弧焊接，最后在連續(xù)熱軋機(jī)上連續(xù)軋至所要求的厚度，以帶卷形式取出。最后將外圍切割，分離為2張板。

　　應(yīng)用領(lǐng)域：

　　設(shè)備領(lǐng)域

　　在設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用主要是指先前所述的類似的對(duì)酞酸制造設(shè)備的化工設(shè)備、發(fā)電廠用冷凝器管板的電力設(shè)備。特別是電力領(lǐng)域的發(fā)貨量已累計(jì)達(dá)到1000張以上。該領(lǐng)域是鈦鋼復(fù)合板的支柱產(chǎn)業(yè)。最近的話題：造紙廠的漂白處理槽、污水處理廠的次亞氯鹽酸苛刻鈉處理槽也在使用鈦鋼復(fù)合板。

　　海洋土木領(lǐng)域

　　海洋構(gòu)造物的維護(hù)問題

　　日本四面臨海,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基地設(shè)在近海區(qū),隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，流通、交通、城市功能等設(shè)施的空間正在利用海域，并且從過(guò)去的內(nèi)海、內(nèi)灣的淺海域向現(xiàn)在的外海、深海域發(fā)展。為此,日本設(shè)立了超大型浮式技術(shù)研究小組,對(duì)數(shù)公里規(guī)模,耐用100年的超大型浮式海洋構(gòu)筑物進(jìn)行了理論研究和實(shí)地試驗(yàn)。而鈦材具有優(yōu)良的腐蝕性能,在海水環(huán)境下溶出離子極少,無(wú)毒性,不必?fù)?dān)心污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),因而成為海洋構(gòu)筑物的首選材料。

　　鈦鋼復(fù)合板的開發(fā)

　　正如表1所述的那樣,鈦在流動(dòng)的海水中具有非常優(yōu)良的耐蝕性,目前有兩種方法使鈦材能夠作為海洋構(gòu)筑物防蝕材。一種是把鈦薄板和有機(jī)系防蝕材制成復(fù)合包覆材;第二種方法是用鈦鋼復(fù)合板包覆焊接到新建的建筑物上。就第二種方法而言,尚存在二種問題,其一就是將鈦?zhàn)鳛橐r里的接合問題。僅鈦獨(dú)自用作構(gòu)筑物在經(jīng)濟(jì)上是不成立的。只有充分發(fā)揮鈦的耐蝕性能,將構(gòu)筑物主體用鋼制造才是經(jīng)濟(jì)的。然而將鈦 直接與鐵焊接形成的脆性金屬間化合物也是不實(shí)用的。只有將鈦與鋼采用熱軋一體化工藝的「鈦鋼復(fù)合板」,將復(fù)合板的鋼部分焊接接合將鋼構(gòu)筑物的主體上,再利用復(fù)合材鈦的防蝕性。其二鈦鋼復(fù)合板的尺寸問題。以前因不能制造出鈦鋼復(fù)合薄板,用該材作為襯里材時(shí)因板太厚使其尺寸與形狀受到限制。因此采用薄鋼板制造工藝時(shí)采用連續(xù)熱軋機(jī),其厚度只有5mm的線圈狀鈦復(fù)合薄鋼板。該復(fù)合鋼板的接合強(qiáng)度約150-200MPa,略高于日本標(biāo)準(zhǔn)JIS-G3603所規(guī)定的值,適合作防蝕材料襯里材。

　　這種鈦鋼復(fù)合薄板的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)鈦在海水中基本上不腐蝕,鈦金屬離子也不會(huì)溶出;(2)鈦生物體沒有毒性,對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境沒有影響;(3)如果鈦能在超長(zhǎng)期時(shí)間內(nèi)不發(fā)生腐蝕,那么對(duì)環(huán)境而言將是一種極友好的材料 。

　　表1 在流動(dòng)海水中的各種金屬離子的腐蝕速度

　　碳鋼 　　鋼　　 Zn　　Al　　Cu-Ni 　 合金　Ti

　　150 　　　5 　　50　　8 　　20　　　　　<1

　　在海洋構(gòu)筑物的應(yīng)用

　　目前在橫須賀建造了一個(gè)超大型浮式海洋構(gòu)筑物,在海水飛沫沖刷處使用了鈦鋼復(fù)合材。新開發(fā)的鈦鋼復(fù)合板基本上與高級(jí)不銹鋼的制造成本相同。在東京灣橫跨道路的建設(shè)中就使用了鈦材做橋墩的防濺軀干,每個(gè)橋墩的鈦材用量為0.9t(表2)。

　　表2 日本鈦鋼復(fù)合板襯里防蝕的適用例

　　工程期限 　　 項(xiàng)目名稱 　　　 數(shù)量 　 防蝕高度 防蝕面積 用量

　　91.1~93.10 東京灣橫跨道路橋墩 12腳　　5.0m 　　2200m　　80t

　　94.11~953 紋別冰海展望塔下部　1基 　　7.0m　　 200m　 　7t

　　95.8~96.7 大型浮式包覆實(shí)驗(yàn)　　 3處　 2.0m 　　30m　　 1t

　　98.11~99.2 夢(mèng)舞浮式大橋橋墩 　 2腳 　 2.4m 　　1000m　　36t

　　02.1~02.12 港口安全島沖連接橋 8腳 　　4.7m　　 800m　 　30t

　　合　計(jì) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4230m　　 154t

　　結(jié)束語(yǔ)

　　鈦鋼復(fù)合板自誕生以來(lái)已經(jīng)歷了40多年,其主要的應(yīng)用領(lǐng)域冷凝器管板已用了1000張以上。另一方面，在海洋土木也開始使用，并將有更多的機(jī)會(huì)。鈦鋼復(fù)合板就是有效地利用了鈦的優(yōu)良的耐蝕性與鋼材的強(qiáng)度,在成本上達(dá)到了最佳期組合,今后期待在這方面有更進(jìn)一步的發(fā)展。