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钛市場價格與钛合金管路采購價格參照系研究

更新時間:2018/12/12 10:39:22    浏覽次數: 1001     文章來源: 搜钛網

:本文闡述了钛合金作為艦船管路材料的優勢,分析了近年來海綿钛市場價格走勢,探讨了钛合金管路的成本,并建立了钛合金管路采購價格與海綿钛市場價格的參照關系式。

關鍵詞:海綿钛;钛合金;管路系統;價格

Abstract This paper expounds the advantages of titanium alloy as the ship piping material analyzes the sponge titanium market price in recent years and the cost of titanium alloy pipe is discussed and establish relationships the titanium alloy pipe purchase price and the price of sponge titanium.

Key words Navy ship Titanium alloy piping systemprice

钛合金因具有密度低、比強度高、優良的耐蝕性、韌性好、形狀記憶、可焊、中溫性能好、無磁等優點,在航空、航天、艦船及海洋工程等軍用及民用領域應用廣泛。

由于钛合金對海水具有很強的抗蝕性和很高的比強度,是一種理想的艦船管路系統材料。各國對钛合金在艦船上的應用研究十分重視,并在艦船管路系統中大量采用钛合金,以提高艦船設備運行的可靠性和使用壽命,從而提高艦船的技術、戰術性能。

1 钛合金管材的優勢

钛合金由于具有優異的性能,特别适用于工作介質為高壓、高流速、動海水的通海管路系統和動力裝置排氣管路系統。用钛合金制造艦船的管路及附件(包括管子、彎頭、三通、閥門等),不但可以減少艦船管路系統管子的直徑和壁厚,而且可以減輕重量。

根據B10銅合金、雙相鋼和钛合金三種材料的耐海水沖刷腐蝕的數據中可以看出:B10銅合金在流速大于5 mm/s時已經有了較為明顯的腐蝕,所以隻能用于海水流速小于5 mm/s的管路系統中;雙相不鏽鋼是一種耐海水腐蝕的材料,但由于焊接工藝若控制不好,焊接接頭容易發生相變,大幅降低焊接接頭的耐蝕性;钛合金是三種材料中是耐海水沖刷腐蝕性能最好的材料,在1025 m/s的沖刷條件下不腐蝕,甚至在36 m/s的沖刷條件下腐蝕速度也僅為0.008 mm/a

根據钛合金管材和其他船用耐蝕材料管材的全壽期費用可以看出:銅合金管道的平均服役期限為10年,而钛合金的服役期限為3O年。如果按30年計算,則銅合金管材需要更換2次,全壽命内銅合金管材投入的材料費是钛合金管材的近3倍,還沒有把檢修和更換期間所引起的損失費用考慮進去,包括設備加工費、運輸費、安裝費,以及由于設備更換而導緻艦船在役時間的縮短等。

美、俄等國早在上世紀60年代初就已開始用钛合金逐步代替銅合金、不鏽鋼等常規耐海水腐蝕材料,應用範圍包括海水冷卻系統、消防系統、熱交換器設備、管系、噴水推進裝置等。俄羅斯核潛艇二回路和通海管系已全部采用钛合金制造,僅二回路系統減重效果達到40%以上,且服役期限達到了與艇體同壽命,實現了全壽命周期的低成本。

2004年,美國推出了NGMTI計劃(Next Generation Manufacturing Technology Initiative),新興工藝技術是該計劃的首要重點領域。在該計劃中,将低成本钛生産列為該領域的第二大方向。随着美國低成本钛生産技術的發展,钛在艦艇上的應用會更加廣泛。

2 海綿钛市場價格分析

1200610月~20146月海綿钛價格走勢圖。由圖1可以看出,2006年海綿钛價格處于20萬元/ t以上的高位,但随後震蕩下行,由于産能過剩等原因,至20146月,已跌至 4.6萬元/ t左右,。

随着經營壓力的增大,生産企業不得不挖潛增效、改進工藝、提高技術、降低成本,更加優良的冶煉工藝和技術,必将對海綿钛市場價格穩定起到支撐作用。

3 钛合金管材和管路附件價格分析

钛合金管材價格由材料費和制造費兩大部分組成。

工業純钛由海綿钛直接真空熔煉而成,其原材料費較低。而钛合金由于添加了合金元素,材料費相應提高,特别是添加了稀貴合金元素的钛合金材料費将大幅提升。

钛合金管分為無縫管和焊接管。钛合金在高溫下容易吸氧和吸氫,熔煉需要在真空環境中進行。當合金元素含量較高時,為保證成分均勻,熔煉次數一般不低于三次。钛合金鑄錠一般要經過切除冒口和扒皮之後才能進行後續的開坯鍛造工序,這導緻材料存在一定量的損失,鑄錠熔煉工序的材料收得率約為80%95%

钛合金屬于難變形材料,成形工藝窗口窄,且微觀組織對工藝參數特别敏感,而微觀組織形貌又直接決定了钛合金管件的機械性能。鑄錠開坯鍛造和方坯改鍛階段一般要進行510火次鍛造,嚴格控制每火次變形溫度、變形量和應變速率,以達到破碎粗大魏氏組織、細化晶粒和調控性能的目的。目前,單火次鍛造費用約為510/kg。在鍛造過程中邊角部位容易開裂,要對開裂部位進行切除打磨處理,另外還會出現表面氧化形成氧化皮。這些因素都會導緻材料損失,在開坯鍛造和方坯改鍛環節材料的收得率約為75%85%

2給出了25×225×0.7兩種钛合金無縫管2013年市場價格波動情況。20141月海綿钛價格同比下降25%,而25×225×0.7兩種管價格分别同比降低10%15%,市場價格分别是海綿钛價格的2.8倍和2.9倍。這是因為原材料價格在钛管價格中所占比例僅為34%-36%,海綿钛價格下降但钛管制造費用并沒有降低,這導緻钛無縫管價格降幅較小。钛合金無縫管制造費用更高,這是由于钛合金相比純钛來說變形抗力大、成形溫度高、各工藝流程中材料收得率較低等因素導緻。   合金化程度高或口徑較大的钛合金管材及管路附件隻能采用焊接結構。焊接管制造工藝流程中的有些工序和無縫管相同,但方坯改鍛之後要進行闆材的軋制,钛合金一般采用熱軋成形,軋制成本較高。軋闆一般需要35火次,每火次軋制費用約為1520/kg。每火次軋制後闆坯尺寸要進行修整,這使得軋制過程中材料的收得率在70%-80%之間。

軋制闆材經噴砂和酸洗等輔助工序後進行坡口加工、卷闆、焊接等工序。钛合金在焊接過程中會與空氣發生化學反應,如處理不當就會吸收空氣中的雜質,使钛合金材料變脆。為避免出現這樣的情況,在焊接钛合金管過程中需采取一系列控制措施,如使用輔助氩氣保護拖罩或采用側面氩氣保護等措施。這些保護措施會降低钛合金管焊接的生産效率,增大氩氣等耗材的使用量,這些因素無疑會增加钛合金管的焊接成本。

艦船管路附件一般包括彎頭、三通和變徑管等,是在管材的基礎上進行深加工制造的。與銅合金管件室溫成型不同,钛合金管件往往需要在再結晶溫度以上進行高溫成型,這就造成钛合金管件制造成本高,一般為銅合金的3倍以上。

4 金屬钛價格與钛管路采購價格關系研究

钛合金管路一般由钛合金管材與管路附件焊接而成的。因此钛合金管路采購價格由材料費和各環節的制造費用組成,即

F=a+b/k1?k2?k3+ g1?n1 /k1?k2?k3 +g2?n2/k2?k3 + g3?n3/ k3+Σ +? 1

式中:F為焊接管路的采購價格(元/kg);a為海綿钛市場價格(元/kg);b為海綿钛添加合金元素費(元/kg);g1為鑄錠熔煉費(1015/kg);g2為鍛造費(510/kg);g3為闆材軋制費(1520/kg);n1n2n3分别為熔煉、鍛造和軋制火次(次);k1k2k3分别是分别為熔煉、鍛造和軋制過程的材料收得率(%);Σ為焊接費用和其他輔助工序費用(元/kg);?為管路附件附加費((元/kg))。

由上述分析可知,钛合金屬于難變形材料,制造過程中各工序費用較高、材料收得率較低,雖然近年來海綿钛價格處于低位,但管路系統采購價格并不會有明顯的降低。

5 結論

钛合金管路系統在全壽命周期内的經濟性具有顯著的優勢,钛合金管路系統在國外艦船通海管路和排煙管路等管路系統中獲得了成功的應用。海綿钛近兩年價格持續走低,随着海綿钛生産工藝的提高和生産企業的競争,海綿钛價格将長期處于低位,钛合金管路系統的采購價格将不會有較大的波動,這為我國造船及海洋工程選用钛合金提供了更大的空間。

參考文獻

[1] 王向東,逯福生,賈?,郝斌. 2013年中國钛工業發展報告[J].中國钛業,2013,(1.

[2] 威爾德[]. 美國海軍采用艦船管系新材料 [J].中外船舶科技.20034.

 

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