1、簡介

化工與冶金用鈦棒（以工業純鈦TA系列及耐蝕合金TC4/TA10為主）憑借全介質耐蝕性（耐沸騰鹽酸/濕氯氣）、高溫高強特性（400℃強度≥450MPa）及長壽命優勢（較不銹鋼提升5-10倍），成為強腐蝕、高溫高壓工況的核心結構材料。在PTA氧化反應器攪拌軸、電解冶金陰極輥等場景中，TC4鈦棒可承受10MPa動態載荷且壽命超15年。隨著綠色化工與新能源冶金發展，鈦棒需突破超大規格均質化（Φ>300mm）、氫脆抑制及短流程降本三大技術瓶頸。

2、名義及化學成分與國際牌號對應

主力牌號成分設計聚焦介質適配性（質量百分數%）：
表1：鈦棒化學成分與牌號對應

牌號	Ti	關鍵元素	雜質控制	國際標準	適用介質
TA1	≥99.5	-	O≤0.18, Fe≤0.20	ASTM B348 Gr1	弱酸（pH>3）
TA9	余量	Pd:0.12-0.25	C≤0.08, N≤0.03	ASTM B348 Gr7	沸騰鹽酸
TA10	余量	Mo:0.2-0.4, Ni:0.6-0.9	O≤0.25, H≤0.015	ASTM B348 Gr12	含Cl⁻溶液
TC4	余量	Al:5.5-6.8, V:3.5-4.5	Fe≤0.30, O≤0.20	ASTM B348 Gr5	高溫堿性熔鹽

創新替代：西部超導開發 Ti-3Al-2.5Sn-Cr（專利CN116377282A），以Sn/Cr替代V，成本降30%且耐蝕性相當。

3、物理性能、機械性能與耐腐蝕性能

3.1 極端環境性能驗證

表2：鈦棒關鍵性能參數對比

性能參數	單位	TA1	TA9	TA10	TC4
抗拉強度	MPa	270-410	270-410	270-410	895-1050
屈服強度	MPa	≥165	≥165	≥165	≥825
延伸率	%	≥27	≥27	≥27	≥10
耐20%沸騰鹽酸	mm/a	>0.5	<0.001	0.01	0.05
耐90℃海水	腐蝕電流	<1μA/cm²	<0.5μA/cm²	<0.3μA/cm²	<1μA/cm²
最高工作溫度	℃	200	300	300	400

3.2 特殊優勢

TA9抗還原酸機理：鈀（Pd）催化鈍化膜再生，沸騰鹽酸中壽命較TA1提升500倍；

TC4高溫強度：400℃下屈服強度≥450MPa（哈氏合金C276僅380MPa）。

4、制造工藝、工藝流程與執行標準

4.1 短流程制造工藝

關鍵控制點：

熔煉：TA9鑄錠氧含量≤0.15%（防脆性）；

冷拔：變形率≤30%（TA1/TA10防裂紋）；

探傷：檢出Φ0.8mm缺陷（ASTM B348 Class AA）。

4.2 核心執行標準

領域	中國標準	國際標準	認證要求
化工設備	GB/T 2965	ASTM B348	NACE TM0177抗硫
冶金高溫	GB/T 16598	AMS 4928	高溫蠕變測試
核電	NB/T 20005	ASME SB348	輻照穩定性

5、與其他工程材料的區別

表3：耐蝕結構材料性能對比

特性	TA9鈦棒	哈氏合金C276	雙相鋼2507
密度(g/cm³)	4.51	8.89	7.80
20%沸騰鹽酸腐蝕率	<0.001 mm/a	0.008 mm/a	腐蝕穿孔
成本系數	3.0	8.0	2.5
典型壽命（酸反應器）	>15年	8年	<3年

不可替代場景：

PTA反應器：TA9攪拌軸在160℃醋酸+溴離子中零腐蝕（恒逸石化項目驗證）；

濕法冶金：TA10陰極棒在紅土鎳礦高壓酸浸（HPAL）中壽命提升至10年。

6、核心應用場景與突破案例

6.1 化工反應器關鍵部件

恒逸石化PTA項目：TA9鈦棒（Φ120mm）制攪拌軸，耐160℃醋酸+200ppm Br⁻，連續運行15年未更換；

拜耳法氧化鋁溶出器：TA10棒材焊接管架，在260℃堿性鋁酸鈉液中壽命超12年。

6.2 冶金高溫裝備

金川集團鎳電解槽：TC4鍛造陰極輥（Φ800mm），耐90℃ Ni²⁺/H₂SO₄溶液，磨損率<0.01mm/年；

寶鋼鋅熔鑄感應器：TA1棒制支架，抗ZnCl₂蒸氣腐蝕，較316L支架壽命提升8倍。

7、先進制造工藝進展

7.1 低成本熔煉技術

元素替代：Ti-3Al-2.5Sn-Cr合金（西部超導專利）鑄錠成本降30%；

連鑄連軋：鈦棒連續鑄造+熱軋，流程縮短50%（南京工業大學技術）。

7.2 大規格均質化控制

多向鍛壓：45MN快鍛機實現Φ300mm棒材晶粒度ASTM 8級（寶鈦集團）；

梯度退火：TA10棒材分段控溫（650℃→550℃），心表硬度差<10HV。

8、國內外產業化對比

維度	中國	國際
最大規格	Φ300mm×6m（西部超導）	Φ500mm×12m（VSMPO）
成本水平	TA9: 350元/kg	Gr7: 550美元/kg
耐蝕認證	NACE TM0177 Level VI	NACE MR0175 Level VII
國產化率	85%（TA1/TC4）	-

差距分析：

國產TA9性能達標，但Φ>300mm大棒成品率僅70%（國際>90%）；

深海焊接數據庫缺失，厚板電子束焊工藝依賴進口設備。

9、技術挑戰與前沿攻關

9.1 瓶頸問題

氫脆敏感性：陰極保護下氫擴散系數達2.5×10⁻¹¹ m²/s；

超大件偏析：>10噸鑄錠成分波動>5%（Al偏差±0.3%）。

9.2 攻關方向

阻氫涂層：微弧氧化生成5μm TiO₂/Al₂O₃層，氫滲透率降90%；

AI熔煉監控：VAR過程實時調控熔速，偏析率<1%（西部超導2025目標）。

10、趨勢展望

材料設計：

自修復合金：微膠囊封裝緩蝕劑（DARPA預研）；

納米晶TA1：晶粒≤100nm，強度≥600MPa（燕山大學試驗）。

智能制造：

區塊鏈溯源：海綿鈦→鈦棒全流程碳足跡追蹤（寶鋼試點）；

數字孿生服役：腐蝕-應力耦合仿真精度>95%。

循環利用：廢鈦氫化脫氧再生（回收率≥98%），支撐全生命周期碳中和。

化工冶金鈦棒的核心競爭力在于 極端耐蝕-高溫高強-長壽命的三元協同。隨著短流程制造與智能監控技術突破，將成為綠色化工與戰略冶金產業的 基石材料。

---

tag標簽:化工與冶金用鈦棒

---