Композитные панели из титановой стали: методы склеивания, марки и области применения

Композитная панель из титановой стали, также называемая стальной пластиной с титановым покрытием, соединяет коррозионно--стойкий титановый слой с несущей-основанием из углеродистой стали. В конструкции дорогой металл попадает только туда, где соприкасается агрессивная среда, тогда как обычная конструкционная сталь выдерживает давление и вес. Именно такое разделение труда делает материал экономичным в больших судах, а также именно поэтому производственный маршрут решает, каким приложениям может служить данная панель.

Что такое композитные панели из титановой стали

Панель представляет собой двух-или трёх-слойную ламинированную плиту. Титановая оболочка обычно составляет от 5 до 20 процентов от общей толщины, а остальную часть занимает стальная опорная пластина. Поскольку два металла соединены металлургически, а не механически, композит ведет себя как единый элемент, удерживающий давление-: связь передает сдвиг, поэтому оболочка не обязана сама выдерживать кольцевые напряжения. Это свойство позволяет проектировать и штамповать плакированный сосуд как единый компонент, сохраняя при этом поверхность, смоченную титаном.

Продаются два семейства продуктов. Толстый лист изготавливается методом взрывной сварки и валкового соединения толстого листа и используется в качестве коррозионно--стойкого конструкционного материала. Тонкий лист производится методом непрерывной горячей прокатки и используется в основном в качестве футеровки морских стальных конструкций.

Толстая пластина: сварка взрывом и валковая сварка

Взрывная сварка вызывает детонацию контролируемого заряда на титановой крышке, так что две поверхности сталкиваются под углом, сбрасывают оксидные пленки и свариваются под давлением. Вместо этого валковое склеивание толстых листов собирает стопку и нагревает ее на толстолистовом стане. Оба способа позволяют получить толстый свариваемый композит, но их практические ограничения различаются, и эти ограничения определяют размеры пластин, которые производитель может заказать.

Процесс	Продукт	Типичный диапазон облицовки	Характеристики	Основное использование
Взрывное соединение	Толстая пластина	Титан 2 - 10 мм на основе из углеродистой стали	Большие одиночные пластины, широкие комбинации толщин, для большинства марок промежуточный слой не требуется.	Коррозионно--стойкая конструкционная пластина для сосудов и трубных решеток
Склеивание толстых листов в рулонах	Толстая пластина	Более тонкая оболочка, более жесткий допуск по толщине	Улучшенное качество поверхности и плоскостность, ограниченная шириной фрезы	Оборудование, работающее под давлением, требующее жестких допусков
Непрерывная горячая прокатка	Тонкий лист, свернутый в спираль	Тонкий слой титана на стальной полосе	Длинные куски в бухтах, подходят для облицовки панелей.	Облицовка морской стальной конструкции

Толстый лист, изготовленный любым из первых двух способов, поставляется в соответствии со спецификациями композитных листов, такими как ASTM B898 для плакированных пластин из реактивного и тугоплавкого металла и GB/T 8547 для стальных пластин, плакированных титаном. Эти документы определяют требования к качеству соединения, допустимые допуски по толщине оболочки и минимальную прочность на сдвиг, которую должна демонстрировать готовая пластина.

Непрерывный горячекатаный тонкий лист для морской облицовки

Непрерывная горячая прокатка позволяет получить тонкий композит в виде рулона, что меняет экономику больших площадей поверхности. Вместо изготовления отдельных толстых листов завод может развернуть сплошную футеровку и прикрепить ее к стальной конструкции, что уменьшает количество швов и объем сварки на коррозионно--стойкой стороне. Вот почему маршрут ассоциируется с морскими стальными конструкциями и морским гражданским строительством: причальными стенками, шлюзовыми воротами, шпунтовыми стенками, зонами забрызгивания морских платформ и подобными конструкциями, где воздействие морской воды происходит непрерывно и где длинная, непрерывная титановая поверхность стоит больше, чем толщина плиты.

Поскольку слой титана тонкий, материал не предназначен для выдерживания структурной нагрузки. Его функция состоит в том, чтобы изолировать стальную подложку от воздействия хлоридов, поэтому конструкция зависит от прочности стального профиля и долговечности облицовки.

Области применения в перерабатывающих отраслях

Область применения	Примеры оборудования	Почему композит подходит
Химическое оборудование	Оборудование для очищенной терефталевой кислоты, реакторы, колонны, резервуары для хранения	Уксусная кислота и бромид разъедают сталь, но с ними справляется титан; стальная основа выдерживает давление
Теплообмен	Трубные решетки конденсатора, крышки каналов	Трубные решетки должны быть прочными по всей толщине трубных отверстий с титановой поверхностью, контактирующей с охлаждающей водой.
Производство электроэнергии	Конденсаторы, компоненты сероочистки дымовых газов, водяные камеры	Хлоридная-содержащая охлаждающая вода и кислый конденсат дымовых газов требуют использования титановой смачиваемой поверхности.
Морские стальные конструкции	Обшивка ножек платформ, забоев свай, ворот	Непрерывный прокатный лист обеспечивает большой бесшовный титановый барьер.
Морское гражданское строительство	Причальные стенки, шлюзовые конструкции, погружные тоннели	Длительное-воздействие морской воды с ограниченным доступом для обслуживания

Общая нить — это среда эксплуатации, в которой простая углеродистая сталь будет корродировать слишком быстро, а твердый титан необходимой толщины будет недоступен. Композит решает оба ограничения одновременно, поэтому он используется в одних и тех же семействах оборудования в нефтехимическом, энергетическом и морском секторах.

Точки контроля и качества

Целостность соединения: ультразвуковой контроль по всей поверхности пластины является общепринятым методом обнаружения несклеенных участков, и критерии приемки должны быть указаны в заказе на поставку.

Прочность на сдвиг: спецификация композита устанавливает минимальную прочность соединения на сдвиг, которая обычно составляет не менее 140 МПа для пластин из титановой стали, и ее следует проверять на образце из поставленной партии.

Толщина оболочки: измеряется по определенной сетке так, чтобы минимальная оставшаяся оболочка после прокатки или формовки все еще была достаточной для припуска на коррозию.

Плоскостность и состояние кромок: толстая пластина должна быть достаточно плоской, чтобы ее можно было изготовить без чрезмерной доработки, а кромки должны быть чистыми, чтобы титановый слой не был механически поврежден при обращении.

Демонстрация свариваемости: аттестация процедуры с использованием предполагаемой комбинации присадочных металлов подтверждает, что плакированная сторона может быть соединена, сохраняя при этом коррозионную стойкость в зоне сварки.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Для чего используется композитная панель из титановой стали?
Он используется везде, где требуется коррозионностойкая-титановая поверхность на напорных или структурных компонентах, включая химическое оборудование для производства очищенной терефталевой кислоты, трубные решетки конденсаторов, оборудование для производства электроэнергии и облицовку морских стальных конструкций.

Вопрос: В чем разница между композитной пластиной, сваренной взрывом, и горячекатаной композитной пластиной?
Склеивание взрывом и валковое соединение толстых листов позволяют производить толстые листы для конструкций и работы под давлением. Непрерывная горячая прокатка позволяет производить тонкий лист в рулонах, который в основном используется в качестве облицовки морских судов, где требуются большие непрерывные поверхности.

Вопрос: Может ли композит выдерживать давление сам по себе?
Да. Соединение передает сдвиг между титановым слоем и стальным основанием, поэтому узел можно спроектировать как единый элемент, -удерживающий давление, а не как коррозионно--стойкий вкладыш, не играющий никакой конструктивной роли.

Вопрос: Как проверяется качество облигаций?
Ультразвуковой контроль по всей поверхности выявляет несклеенные участки, а испытание образца на сдвиг подтверждает прочность соединения в соответствии с пределом, указанным в спецификации композитной пластины.

Вопрос: Почему слой титана остается тонким?
Титан является основным фактором затрат, поэтому размер обшивки подбирается таким образом, чтобы обеспечить защиту от коррозии, необходимую для обслуживания. Дополнительную толщину обеспечивает стальная опорная пластина, которая значительно дешевле на единицу прочности.

Вопрос: Какие стандарты применяются к стальным пластинам с титановым покрытием?
ASTM B898 распространяется на пластины из реактивного и тугоплавкого металла, а GB/T 8547 — на стальные пластины, плакированные титаном. В заказе на покупку должно быть указано, какой документ регулирует критерии залога.