Технология производства труб из титана и титановых сплавов

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….….2

1. Применение труб сварных  из титана и титановых сплавов  в сфере производства и потребления  …………………………………………………..4

2. Классификационные признаки  труб сварных из титана и  титановых 

сплавов .…………………………………………………………………………6

3. Потребительские свойства  труб сварных из титана и  титановых 

сплавов …………………………………………………………………………..8

4. Технология производства  труб сварных из титана и  титановых сплавов и ее технико-экономическая оценка ………………………………………………..9

5. НТД на трубы сварные  из титана и титановых сплавов,  нормируемые показатели качества  в соответствии с требованиями стандартов …………..13

6. Контроль качества труб  сварных из титана и титановых  сплавов. НТД на правила приемки,  испытания, хранения и эксплуатации  товара ……………16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….19

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………….20

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Стойкий к большинству  агрессивных сред, выдерживающий  холод и высокие температуры, прочный и легкий титан лишь XX в. оправдал свое легендарное название. Среди металлов он занимает особое место. Ученые называют его «металлом будущего», «металлом космического века». В конструкциях современных самолетов и вертолетов, ракет, космических кораблей и сверхмощных, двигателей, подводных лодок и быстроходных судов — вот где широко применяют сейчас титан. А кроме того, титан незаменим в химическом машиностроении, в электронике, радиотехнике, медицине, металлургии и других областях. 
 
Титан был открыт более 200 лет назад. История титана связана не только с немецким химиком Клапротом, но и с англичанином Мак-Грегором. Для Уильяма Мак-Грегора химия не была профессией, однако в свободное время он с азартом занимался изучением свойств попадавшихся ему минералов. Исследуя необычный песок черного цвета, Мак-Грегору удалось выделить соединение неизвестного науке металла. По совету друзей-химиков в 1791 г. он опубликовал статью об этом. 
 
Сообщения об открытиях новых элементов встречались в научной литературе конца XVIII— начале XIX в. достаточно часто. Каждый химик того времени стремился за свою жизнь сделать хотя бы одно такое открытие. Мартин Генрих Клапрот (1743—1817) вошел в историю науки за открытие сразу четырех новых металлов. Кроме того, три других металла были впервые детально исследованы им. Завидная удача объяснялась надежностью химических анализов Клапрота. Многие приемы и методы количественных химических анализов, применяемые до сих пор, были впервые использованы Клапротом. 
 
В 1795 г. Клапрот исследовал красные пески, привезенные из Венгрии, и обнаружил в них оксид неизвестного металла, названного им «титаном». Клапрот был знаком со статьей Мак-Грегора и поэтому считал необходимым изучить черный песок английского Корнуэлла. Через два года он доказал, что Мак-Грегор нашел в черных корнуэлльских песках соединения оксидов того же титана. Так у титана оказалось два первооткрывателя. 
 
Со времени открытия титана многие исследователи пытались получить его в чистом виде из его минералов. Но лишь в 1825 г. И. Берцелиусу удается выделить металлический титан при восстановлении натрием фтортитаната калия K2TiF6. Однако этот металл был все же чрезвычайно загрязнен примесями. 
 
Химики XIX в. считали титан чрезвычайно редким и поэтому абсолютно непригодным для использования металлом. Таким его называет и Д. И. Менделеев в последнем прижизненном издании «Основ химии» (1906). Однако XX в. перевернул это представление. 
 
Достаточно ли титана в земных недрах, чтобы можно было обеспечить рудой большие масштабы его металлургического   производства? Геологическая наука дает положительный ответ на этот вопрос. Титан наряду с железом принадлежит к десяти наиболее распространенным в земной коре химическим элементам. Ему принадлежит 0,6% веса всей земной коры. Таким образом, титана в земной коре значительно больше, чем таких химических элементов, как марганец (0,1%), медь (0,01%), олово (0,004) и пр. Этим определяется возможность выявления в недрах крупнейших залежей титановой руды

 

Титан содержится и в органической природе: в зернах, плодах, стеблях  растений, в тканях животных, даже в  молоке и в куриных яйцах. Только, конечно, там его количество исчисляется  миллиграммами. Так в человеческом организме около 20 мг титана; причем врачами установлено, что титан  абсолютно безвреден для людей. Вот каким распространенным оказался редкий титан!

Высокая стоимость титана по сравнению со сталью сдерживает пока еще его широкое использование. Металлургия титана находится лишь в начальной стадии своего развития. Несомненно, что дальнейшее совершенствование металлургии титана приведет к снижению стоимости металлического титана, который наряду с железом станет важнейшим металлом техники.

 

Титан так и называют: «металл 20 века». И как много значений у слова «титан»,

так много эпитетов и наименований у самого металла. «Вечный»,

«парадоксальный», «металл  сверхзвуковых скоростей, «металл  будущего», «дитя войны» – вот только некоторые из них.

Титан называют металлом будущего. Это, конечно, правильно. В будущем  появятся новые области применения замечательного материала, люди создадут сплавы с ещё более удивительными свойствами. Но ведь будущее начинается сегодня, будущее и настоящее не отделимы непроходимой границей.

Титан уже давно стал материалом современности – ценным, важным и необходимым.

Больше того, широкое, повсеместное его применение как раз позволит скорее

приблизить то светлое  и прекрасное будущее, о котором  мы все мечтаем

 

 

1.ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБ СВАРНЫХ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ

 

Титановая труба нашла  широкое применение в реактивной технике, в судостроении, в нефтехимической отрасли, используется при бурении скважин, служит при добыче нефти и природного газа и отлично справляется с массой других задач, непосильных сплавам из других материалов.

 

Также область применения этого типа продукции — атомная энергетика, помимо этого титановые трубы используют на опреснительных заводах. 

Сварные титановые  трубы можно использовать в канализационной сети дома.

Исключением не является ракетостроение и авиация, где титан получил широкое использование благодаря своей легкости.

Таким образом, трубы титановые широко используются в:

1. Химической (благодаря своей химической инертности по отношению к реактивам и высоким антикоррозионным характеристикам, для химических удобрений)
2. Автомобильной (выхлопная система)
3. Военной
4. Пищевой
5. Ракетной
6. Бумажной и текстильной промышленности
7. Металлургии
8. Нефтехимической
9. Судостроительной(не налипают ракушки)
10. Спортинвентаря
11. Авиационной и других промышленностях.

Основными аналогами титанового сплава являются сплавы алюминия и  нержавеющей стали.

В авиастроении титан можно заменить сталью, однако вес станет больше. Что же касается алюминия, то его также можно использовать в этой сфере, но с повышением температуры алюминий утрачивает свою прочность.

В химической и нефтехимической промышленности титановые сплавы могут быть заменены сплавами на основ никеля, высоколегированными сталями, нержавеющими сталями, однако эти материалы являются дефицитными.

В  военной, судостроительной, автомобильной промышленности титановые сплавы также можно заменить нержавеющей сталью. Весь станет больше, однако цена снизится на продукцию.[1]

 

Однако недавно ученые сделали открытие, был изобретен металл прочнее титана.

Новый чудо-металл не ржавеет, и его легко можно отливать в нужную форму, словно пластмассу. Он не нуждается в машинной обработке, когда изделие отлито, - очертания  точны, а поверхность - безупречно гладкая.

 Так что же это  за металл?

По-английски он называется "ликвид-металл", но не от слова "ликвидировать", а от "liquid", т.е. "жидкий". А назвали его так потому, что аморфное расположение атомов в этом металле напоминает именно жидкость. И у этого "жидкого металла" есть все шансы на то, чтобы в перспективе буквально революционизировать нашу промышленность.

Одним из существенных недостатков  продукта остаётся его уязвимость по отношению к высоким температурам. Почти как и стекло, аморфный сплав становится мягким при сильном нагреве до температур порядка 750 градусов по шкале Фаренгейт

Лимитирует применение аморфного  сплава и его немаленькая стоимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ  ПРИЗНАКИ ТРУБ СВАРНЫХ ИЗ ТИТАНА  И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Классификация титановых  труб осуществляется по способу их производства:

• Они изготавливаются двух видов - бесшовные, полученные методом горячей и холодной прокатки 
• Сварные с использованием высокочастотной сварки соответственно ГОСТам и техническим условиям.

Нас интересуют в данном вопросе трубы сварные.

Сварные трубы подразделяются на: 
- электросварные, получаемые различными методами электрической сварки кромок цилиндрической трубной заготовки, сформованной в холодном состоянии из исходной ленты, полосы или листов путем пластического изгиба; эти трубы производятся с прямым или спиральным швом (прямошовные или спиральношовные); 
- печной сварки, получаемые только прямошовными путем сдавливания и сварки кромок трубной заготовки, сформованной из предварительно нагретого в печи штрипса; 
- электросварные холоднодеформированные, получаемые из ленточных заготовок.

Способы производства электросварных труб классифицируются по характеру  протекания процесса, количеству и  направлению швов на трубах, способу  формовки трубной заготовки и  способу ее сварки.

По характеру  протекания процесса различают непрерывный и дискретный способы производства труб. Непрерывным способом изготавливают прямошовные трубы малых (D_T ≤ 114 мм) и средних (D_T = 114 — 530 мм) диаметров из рулонной стали или отдельных предварительно состыкованных листов. Дискретным способом изготавливают трубы большого диаметра (D_T > 530 мм) из отдельных листов или предварительно сваренных листов ("карт"), а также многослойные трубы из обечаек.[3]

По количеству и направлению швов на трубах различают одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные трубы.

 

По способам сварки различают производство труб дуговой сваркой под слоем флюса, электросопротивлением, индукционной сваркой, сваркой токами высокой частоты, электросваркой в среде инертных газов, постоянным током, электроннолучевой, плазменной и ультразвуковой сваркой.[3]

 

Сварные титановые трубы могут быть тонкостенными и толстостенными. 

Согласно классификатору «Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности» (ТНВЭД РБ) трубы из титана и титановых сплавов можно характеризовать следующим образом:

Наименование позиции: Титановые трубы прочие

Код: 81 08906009

Раздел - XV

Группа – 81 -прочие недрагоценные металлы; металлокерамика; изделия из них

Позиция – 8108- Титан и изделия из него, включая отходы и лом

Субпозиция – 81 0890- прочие

Подсубпозиция – 810890 6009-трубы и трубки: прочие[5]

Согласно классификатору «Общегосударственный классификатор Республики Беларусь»(ОКП РБ 007-2007) трубы из титана и титановых сплавов можно характеризовать следующим образом:

Код: 27.45.30.430

D – Секция- «Продукция перерабатывающей промышленности»

DJ-  Подсекция  - «Металлы основные и готовые металлические изделия»

27 - Раздел – « Металлы основные»

27.4 – Группа - «Металлы драгоценные основные и прочие цветные металлы»

27.45 – Класс – «Изделия из прочих цветных металлов»

27.45.3 – Категория – «Металлы цветные прочие и изделия из них; керметы, зола и остатки, содержащие металлы или соединения металлов»

27.45.30 – Подкатегория – «Металлы цветные прочие и изделия из них; керметы, зола и остатки, содержащие металлы или соединения металлов»

27.45.30.430 - Вид - «Титан и изделия из него, включая отходы и лом, кроме карбида титана»[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ТРУБ СВАРНЫХ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

1. Легкость и прочность.  Несомненно, прочность инструмента  – это свойство первостепенной  значимости, но легкость не менее  важный фактор, поскольку обеспечивает  снижение мышечной усталости  рук 

• Прочность – это свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил.

2. Имеет высокую антикоррозийную устойчивость и изготовленные из него инструменты выдерживают многократную повторную стерилизацию без ущерба их качеству.

• Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

3. Не имеет магнитных свойств и обладает низкой электропроводностью.

• Электропроводность- способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.

4. Инертен по отношению к биологической среде и не вызывает аллергических реакций.

• Инерция — свойство тел сохранять покой или равномерное прямолинейное движение, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы.

5. Отличается устойчивостью к агрессивной внешней среде, что дает возможность хранения труб без ограничения срока и специальных условий. [3]

 

 

 

 

 

 

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ СВАРНЫХ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ И ЕЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Чтобы перейти к технологии производства титановых труб для начала рассмотрим, как происходит этот нелегкий процесс создания титана.

Краткое описание технологического процесса.

Основным материалом для  получения титана являются ильменитовые руды.

 Полученный после электромагнитного  или гравитационного обогащения  руды концентрат подвергают восстановительной плавке с целью удаления оксидов железа. Для этого концентрат в смеси с коксом плавят и выдерживают в печи при 1700°С. В результате железо восстанавливается, науглероживается и образует побочный продукт — чугун, а оксид титана Ті02 переходит в шлак. Полученный шлак, состоящий из (65-85)% Ті02 и других примесей, брикетируют с коксом и подвергают хлорированию в специальных шахтных печах при температуре 600 °С. В присутствии угля титан из диоксида переходит в тетрахлорид ТіСІ4.

Тетрахлорид титана плавится при температуре23 °С и кипит при +136 °С, поэтому в условиях печи он испаряется и, увлекая за собой летучие хлориды примесей (SiCl4, МдС12, FеСlз и др.), направляется в конденсационную установку. Наличие в установке ряда секций с различным перепадом температур позволяет разделить хлориды и таким образом выделить четыреххлористый титан, который дальше подвергают очистке методом ректификации.