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.蘭州蘭石檢測技術有限公司，甘肅 蘭州 730314；2.甘肅省機械裝備材料表征與安全評價工程實驗室，甘肅 蘭州 730314；3.甘肅省高端鑄鍛件工程技術研究中心，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)

鈦材由于其優異的耐腐蝕性能，在石油化工設備中得到了廣泛的應用，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，在延長設備服役壽命、降低維護成本、防止產品雜質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異的性能，如傳熱效率高、占地面積小、便于清洗等優點[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行冷沖壓，常見的不銹鋼板片經冷沖壓后易出現形變馬氏體導致其耐蝕性能變差，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報道，該文對板式換熱器用工業純鈦TA1板片的耐蝕性能變化情況進行了分析，為板式換熱器的設計選材提供借鑒。

1 試 驗

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

表1 鈦板化學成分分析 w,%

2 結果與分析

2.1 金相檢驗

對純鈦原始板片和冷沖壓成型板片分別取樣進行金相檢驗，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，未發現有其他析出相產生，晶粒度級別均為5.5級，未發現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，經冷沖壓成型后鈦板中未產生新物相。

圖2 鈦板XRD衍射譜線

2.3 電化學測試

分別對純鈦原始板片及冷沖壓成型板片取樣進行電化學測試，如圖3所示。試驗發現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

鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬，在含氧的介質或空氣中，介質溫度在315 ℃以下時，鈦板片的表面產生一層致密的、均勻、穩定附著力強和自愈能力強的鈍化膜，該鈍化膜阻礙了介質與鈦基體的接觸，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，晶粒度級別均為5.5級，經冷沖壓成型后未產生其他析出相。經冷沖壓成型板片的自腐蝕電位略有上升，表明經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冷沖壓后其耐腐蝕性能有明顯的優勢。

經冷沖壓后其自腐蝕電位提高是因為鈦鈍化膜在冷沖壓過程中發生了變化。有研究表明[7]，鈦鈍化膜外層疏松多孔，而內層致密能起到有效的隔絕作用，冷沖壓過程必然會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 論

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

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