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，但缺點是成本較高。特別是作為結(jié)構(gòu)部件使用時這個問題尤為突出，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，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」。《鋼鐵便覽》上的「復(fù)合鋼板」則是指將「一般普通鋼板與其它金屬復(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)域為海洋土木。

　　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: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，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)行了理論研究和實地試驗。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,無毒性,不必?fù)?dān)心污染環(huán)境等優(yōu)點,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,其一就是將鈦作為襯里的接合問題。僅鈦獨自用作構(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)點在于:(1)鈦在海水中基本上不腐蝕,鈦金屬離子也不會溶出;(2)鈦生物體沒有毒性,對周圍的生態(tài)環(huán)境沒有影響;(3)如果鈦能在超長期時間內(nèi)不發(fā)生腐蝕,那么對環(huán)境而言將是一種極友好的材料 。

　　表1 在流動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 大型浮式包覆實驗　　 3處　 2.0m 　　30m　　 1t

　　98.11~99.2 夢舞浮式大橋橋墩 　 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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4230m　　 154t

　　結(jié)束語

　　鈦鋼復(fù)合板自誕生以來已經(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。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。