板式换热器用纯钛冷冲压波纹板片的耐腐蚀性能研究*

史 伟，石永祥，杨 莉，赵江涛，蒙 骞

(1.兰州兰石检测技术有限公司，甘肃 兰州 730314；2.甘肃省机械装备材料表征与安全评价工程实验室，甘肃 兰州 730314；3.甘肃省高端铸锻件工程技术研究中心，甘肃 兰州 730314;4.兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃 兰州 730314)

钛材由于其优异的耐腐蚀性能，在石油化工设备中得到了广泛的应用，特别是用钛代替不锈钢、镍基合金或其他稀有金属作为耐腐蚀材料，在延长设备服役寿命、降低维护成本、防止产品杂质污染等方面具有十分重要的意义[1]。钛材换热器具备诸多优异的性能，如传热效率高、占地面积小、便于清洗等优点[2]，因此钛材常被用于制造板式换热器。板式换热器在制造过程中需要对板片进行冷冲压，常见的不锈钢板片经冷冲压后易出现形变马氏体导致其耐蚀性能变差，造成换热器腐蚀泄漏[3-4];但对于钛板片冷冲压后其耐蚀性能的变化缺乏相关报道，该文对板式换热器用工业纯钛TA1板片的耐蚀性能变化情况进行了分析，为板式换热器的设计选材提供借鉴。

1 试 验

使用QSN750直读光谱仪对钛板试样进行化学成分分析，分析结果见表1。从表1可以看出其化学成分符合GB/T 3620.1—2016 《钛及钛合金牌号和化学成分》中对工业纯钛TA1的要求。采用奥林巴斯GX51倒置式金相显微镜进行金相检验,采用XRD-6000型衍射仪进行物相分析，采用CHI760E电化学工作站测量自腐蚀电位，试验介质选择质量分数3.5%NaCl水溶液。

表1 钛板化学成分分析 w,%

2 结果与分析

2.1 金相检验

对纯钛原始板片和冷冲压成型板片分别取样进行金相检验，如图1所示。纯钛原始板片和冷冲压成型板片显微组织均为α相，未发现有其他析出相产生，晶粒度级别均为5.5级，未发现其他显微组织上的明显差异。

图1 钛板显微组织

2.2 物相分析

对纯钛原始板片和冷冲压成型板片进行XRD分析，如图2所示，对比原始板片和冷冲压成型板片的衍射峰，经冷冲压成型后钛板中未产生新物相。

图2 钛板XRD衍射谱线

2.3 电化学测试

分别对纯钛原始板片及冷冲压成型板片取样进行电化学测试，如图3所示。试验发现纯钛原始板片自腐蚀电位为-0.443 5 V，冷冲压成型板片的自腐蚀电位为-0.424 8 V。表明纯钛板片随着冷冲压成型，其自腐蚀电位略有上升，耐蚀性能并没有因冷冲压成型后变差，反而有所改善。

图3 钛板极化曲线

钛是具有强烈钝化倾向的金属，在含氧的介质或空气中，介质温度在315 ℃以下时，钛板片的表面产生一层致密的、均匀、稳定附着力强和自愈能力强的钝化膜，该钝化膜阻碍了介质与钛基体的接触，从而提高了其耐腐蚀性[1]44,[5]。钛钝化膜的腐蚀主要表现为孔蚀，是一种典型的钝化膜局部被破坏的腐蚀类型[6]。

对比未经冷冲压的原始板片和冷冲压成型板片，其显微组织没有变化，显微组织均为α相，晶粒度级别均为5.5级，经冷冲压成型后未产生其他析出相。经冷冲压成型板片的自腐蚀电位略有上升，表明经冷冲压的纯钛波纹板片耐蚀性能没有变差。纯钛板片相较于不锈钢板片经冷冲压后其耐腐蚀性能有明显的优势。

经冷冲压后其自腐蚀电位提高是因为钛钝化膜在冷冲压过程中发生了变化。有研究表明[7]，钛钝化膜外层疏松多孔，而内层致密能起到有效的隔绝作用，冷冲压过程必然会使钛钝化膜疏松多孔的外层变得更为致密，让能够起隔绝作用的钝化膜厚度增加，在纯钛板显微组织没有发生变化的前提下，提高了纯钛的自腐蚀电位，改善了其耐腐蚀性能。

3 结 论

(1)经冷冲压成型后的纯钛板波纹板片，显微组织未发生变化，其耐蚀性能未变差，反而变得更为优异。

(2)纯钛板经冷冲压后未产生其他析出相，钝化膜外层受力后变得更为致密，其耐腐蚀性能更好。