引言

钛及钛焊管广泛用于石油、化工、制盐、制药、冶金、电子、航空、航天和海洋等相关领域。特别是钛焊管，因其优良的耐腐蚀性能，被广泛用于冷凝器中，用于核电项目、海水淡化项目[1−2]、火电项目、污水处理项目、PTA项目和航空装备[3−5]。

钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因氧化膜遭破坏，也能迅速自动恢复。因此，钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性[6−9]。钛焊管在装备中的服役稳定性和寿命直接关乎装备的使用效率和安全性，钛焊管在服役介质中的长时耐腐蚀性能一直是重点关注的问题[10]。郭佳林等人[4]发现国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近，水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命。谢祎[5]等人指出钛焊管的耐海水冲蚀速率显著低于铜合金，相应的薄壁钛焊管在海水淡化设备中已广泛使用。

目前，国内对于钛焊管耐腐蚀性能研究的数据不多，且缺少钛焊管不同工况条件下长时的耐腐蚀研究，为了更好地推广国产钛焊管，研究国产钛焊管长时耐腐蚀性能，于是开展了长时间腐蚀试验，希望通过数据收集和分析，掌握不同工况条件下钛焊管长时耐腐蚀性能，增加国产钛焊管的应用领域。

笔者从使用者的角度出发，模拟不同工况条件，采用长时间浸泡法，通过宏观尺寸测量、金相组织分析、力学性能测试等方法，研究钛焊管在自来水、氯化镁水溶液、海水、硫酸溶液中的耐腐蚀性能，通过研究证明钛焊管具有优异的耐腐蚀性能。

1、试验材料

试验所用钛焊管是湖南湘投金天新材料有限公司生产，产品牌号为Gr.2，产品材质和性能如表1所示。钛焊管采用纯钛带卷经辊弯成型、钨极氩弧自熔焊接、在线热处理、定径、涡流检测、超声检测、水压气密等流程生产而成，产品性能和公差尺寸完全符合ASTMB338和GB/T3625-2007换热器及冷凝器用钛及钛合金管标准要求。

试验中所用到的试剂见表2，2015年3月2日取Ø20mm×0.5mm×300mmGr.2钛焊管8支，炉号为141-0133，批号为1503015O1，管材编号1～8，分别放入到自来水、质量分数为5%的氯化镁水溶液、海水、体积分数为10%的硫酸溶液四种腐蚀溶剂中进行观察，溶液体积均为5L，腐蚀时间为7年多（2741天）。

使用ONH联合测定仪（生产厂家：LECO）、碳硫测定仪（生产厂家：LECO）检测O、N、H、C、S元素含量，使用100kN电子万能试验机(生产厂家：美特斯工业系统（中国）有限公司)进行拉伸、压扁、扩口、展平试验，使用维氏硬度计(生产厂家：美国Wolpert测量仪器（上海）有限公司)进行硬度试验，使用金相显微镜、金相磨抛机、激光切割机进行宏观尺寸测量和金相试验。

2、试验结果

2.1钛焊管焊缝成型特征

纯钛Gr.2焊管用钛带卷经过辊弯成型加工，逐渐形成钛焊管管坯，钛焊管管坯带边经过钨极氩弧自熔焊接技术形成钛焊管。为了释放钛焊管成型应力和焊接内应力，钛焊管须经过高温去应力退火，并保持一定时间；此外，为实现钛焊管外径公差等尺寸要求，还需要对钛焊管进行多次定径矫直处理。

图1为纯钛焊管及焊缝横截面形貌，通过优化TIG电弧焊接工艺参数，焊缝熔合线位置厚度相比于母材减少0.02mm，焊缝外表面与母材平齐，内余高为0.048mm，焊管外径公差尺寸为±0.05mm，完全满足ASTMB338国际标准的要求。

2.2钛焊管焊缝组织性能

Gr.2钛焊管母材微观组织主要由等轴状α相组成，且晶粒较为细小。焊缝区和热影响区组织为等轴状α相和柱状α相，晶粒较大。原因是在TIG焊接热循环作用下，焊缝金属经过熔化凝固过程，熔池高温停留时间导致焊缝晶粒长大，如图2所示。

参考GB/T3625-2007《换热器及冷凝管用钛及钛合金管》标准，对Gr.2钛焊管进行力学性能测试，结果如图3和表3所示。抗拉强度为350MPa，屈服强度为295MPa，延伸率为23%。拉伸试样断裂位置出现明显缩颈现象，扩口试验扩口率为22%，焊缝未发现裂纹。压扁试验和反弯试验后，焊缝位置无裂纹产生。

2.3钛焊管腐蚀行为

经长时腐蚀后，分别取出观察表面，发现被体积分数10%的硫酸溶液浸泡的钛焊管（即3、4号管）表面出现腐蚀现象，其余三种溶液浸泡的钛焊管表面无明显变化，如图4所示。

并对8支钛焊管母材取样测量宏观尺寸，如图5和表4所示，其中经硫酸溶液腐蚀后的钛焊管母材出现壁厚减薄现象，减薄率达到2%以上，其余样品母材壁厚减薄不明显。母材金相组织（图5）显示，经过长时浸泡腐蚀后，钛焊管母材内部金相组织无异常。

分别取出自来水和硫酸腐蚀液的钛焊管，对焊缝进行金相分析，如图6所示，可以发现，虽然在硫酸环境下钛焊管母材和焊缝均有所减薄，但并未对钛焊管内部的金相组织产生影响。钛焊管母材仍为均匀的等轴组织，热影响区为联生生长的柱状晶，焊缝为粗大的柱状晶组织。说明钛焊管母材和焊缝均具有优良的耐腐蚀性能。

3、结论

1）长时浸泡在体积分数10%硫酸溶液中的钛焊管表面出现腐蚀现象，浸泡在其余三种溶液中的钛焊管表面无腐蚀现象。

2）长时浸泡在体积分数10%硫酸溶液中的钛焊管壁厚出现减薄现象，腐蚀速率为1.398μm/a，浸泡在其余三种溶液中的钛焊管壁厚几乎没有减薄。

3）可以证明钛焊管可以用于生活用水、制盐、海洋工程、海水淡化等环境中，钛焊管具备优异的耐腐蚀性能。

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