鈦被譽為僅次于鐵、鋁的“第三金屬”，具有密度低、比強度高、耐蝕性好等突出優點，作為一種新興的結構材料，廣泛應用于航空、航天、艦船、化工、汽車、體育和生物醫學等各個領域[1][2] 。以核電領域為例，核電作為一種安全、高效、清潔能源，凝汽器、換熱器是核電站的重要設備之一，采用海水或者被污染水作為冷卻液會對設備產生腐蝕和磨蝕，使設備發生泄露，危及電站安全運行。而鈦以其優越的耐腐蝕性能、抗沖刷、高比強度、熱交換性等性能，現已成為核電用凝汽器、換熱器的理想材料[3] 。

1、國內鈦板帶發展現狀

鈦及鈦合金經加工后制成板、帶、箔、管、棒、絲、鍛件、鑄件及復合材料等產品類型，鈦板帶材是其中最為重要的產品形式，但鈦板帶材的加工工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧碳氮等雜質，同時鈦板帶材的耐磨性差，生產工藝復雜。在2007年以前，國內鈦板帶工業化生產處于空白狀態，鈦帶卷完全依賴進口，采購費用高、 周期長且質量不穩定，嚴重影響了鈦板帶及焊管下游應用領域的發展。近年來，以湖南湘投金天科技集團為代表的國內多家企業相繼軋制出熱軋鈦板帶和冷軋鈦板帶，熱軋、冷軋純鈦板帶的生產技術、板帶熱處理技術、軋制過程控制技術等方面取得了長足的進步。伴隨著國內核電、PTA項目的建設加速及國產化需求，薄壁鈦焊管、化工及板換用鈦板的需求越來越旺盛，2020年我國鈦及鈦合金板帶材的產量占到當年鈦加工材總量59.2%，其中鈦帶卷的產量占據一半以上[4] 。對于核電冷凝器和熱交換器領域應用，與采用塊式單張板比較采用鈦帶卷具有質量穩定性高，適合批量化連續生產、產品生產周期短及成本降低等突出優點，目前鈦帶卷產品已成為核電用焊管、板式換熱器的首選材料[5] 。

2、鈦及鈦合金板帶材標準分析

國內鈦板帶標準經歷了從無到有，并逐步發展，現已建成較為完善得鈦板帶標準體系。鈦板帶標準起步于上世紀70年代，于1970年頒布了鈦板YB762-70及鈦帶行業標準YB763-70，上世紀80年代初，為國家標準局發布起草國家標準計劃，并于1983年發布我國第一批板材國家標準GB 3621-83《鈦及鈦合金板材》和GB 3622-83《板帶材》。90年代初期，隨著鈦工業技術發展及民用領域鈦板帶產品需求，對標準體系進行了補充及完善，增加了專用鈦板標準GB/T 14845-1993《板式換熱器用鈦板》[6] 。進入21世紀，對國家標準進行了大規模修訂及體系完善，于2007年完成了GB/T 3621、GB/T14845標準修訂，并發布YS/T 658-2007《焊管用鈦帶》行業標準，2011年發布GB/T 26723-2011《冷軋 鈦帶卷》，2012年發布NB/T 20008.15-2012《壓水堆核電廠用其他材料 第15部分：3級板式熱交換器用鈦板》。

目前，我國鈦板帶采用標準包括國家標準（GB）、行業標準（主要是有色行業標準YS、能源行業標準NB）、美國（ASTM）及法國（RCC M）等，具體見表1。

表1 現行鈦板帶國家及行業標準

從應用的適用范圍來看，GB/T 3621-2007、GB/T 26723-2011、GB/T 3622-2012 及ASTMB265-2010適用于各種用途，GB/T 14845-2007適用于板式換熱器傳熱板，YS/T 658-2007適用于鈦焊管，NB/T 20008.15-2012和RRC-M M4401均適用于壓水堆核電站板式換熱器。

核電領域主要采用TA1、TA2鈦板帶材，本文主要針對以上兩種牌號對現行鈦板帶標準的化學成分及力學性能進行分析見表2、表3。

表2 現行鈦板帶國家及行業標準化學成分分析

GB /T 3621-2007《鈦及鈦合金板材》中產品牌號化學成分參照GB/T 3620.1執行，其中TA1、TA2的屈服強度采用了美國標準ASTM B265-2006指標，但抗拉強度和斷后伸長率均高于美國標準。 GB/T 14845-2007《板式換熱器用鈦板》，主要參考了美國ASTM B265-2006標準中的化學成分、力學性能和工藝性能等技術指標。標準中產品的抗拉強度及屈服強度均參照了美國標準，但因板換特殊用途，對板材的塑性要求非常高，因此對TA1牌號的雜質元素含量要求更為嚴格，其延伸率大大高于ASTM B265-2006及GB/T 3621-2007。

GB/T 26723-2011《冷軋鈦帶卷》帶卷的化學成分參照GB/T 3620.1執行，帶卷的抗拉強度、屈服強度、延伸率參考美國ASTM B265-2010及GB/T3622-2012標準執行，但與美國標準相比，冷軋鈦帶卷的橫向、縱向力學性能需同時達到指標要求。

YS/T 658-2007《焊管用鈦帶》鈦帶的化學成分參照GB/T 3620.1執行，抗拉強度、延伸率指標與美國ASTM B265-2010相同，屈服強度低于ASTMB265-2010及GB/T 26723-2011《冷軋鈦帶卷》標準要求。

NB/T 20008.15-2012《壓水堆核電廠用其他材料 第15部分：3級板式熱交換器用鈦板》標準完全參照法國RCC-M（2000版、2002版、2005版補遺）M4401《產品采購技術規范 用于制造３級熱交換器換熱器的鈦板》制定，板材抗拉強度、屈服強度高于GB /T 3621-2007《鈦及鈦合金板材》及GB/T 14845-2007《板式換熱器用鈦板》，延伸率低于 GB/T 14845-2007。但該標準鈦板的化學成分未注明C、Fe、O、N、H5種雜質元素外的其他雜質含量百分比。

對比表2中各標準的化學成分，可以發現GB/T3621-2007、GB/T 26723-2011、YS/T 658-2007及GB/T 3622-2012的化學成分范圍一致，且范圍最寬，ASTM B265-2010標準GR1中C、Fe及O元素和GR2中的C、N元素含量低于GB/T 3621-2007等標準要求，GB/T 14845-2007標準中C、Fe、O及H元素含量低于GB/T 3621-2007 及GB/T 14845-2007等標準要求，NB/T 20008.15-2012和M4401元素含量相同，其C、Fe、O及H元素含量是所有標準中含量最低的，控制最為嚴格，但標準中對于其他元素單一及總體含量比例控制沒有提出要求。

表3 現行鈦板帶國家及行業標準力學性能對比

分析表3中各標準的力學性能，GB/T 14845-2007、GB/T 3621-2007、NB/T 20008.15-2012、M4401及GB/T 3622-2012試樣取樣方向為橫向，YS/T 658-2007試樣取樣方向為縱向，而GB/T 26723-2011試樣取樣方向為橫縱向，要求最為嚴格。GB/T 3621-2007、GB/T 26723-2011、GB/T 3622-2012 性能指標基本相同，YS/T 658-2007抗拉強度低于GB/T 3621-2007等標準要求，GB/T3621-2007與GB/T 3621-2007比較，伸長率提高5%，GR2屈服強度提高約50MPa。NB/T 20008.15-2012和M4401的屈服強度和抗拉強度區間最窄，GB/T 14845-2007對材料抗拉強度上限沒有提出要求，但伸長率最高達到55%。

同時為滿足我國各領域用鈦板帶需求，國內先后圍繞軍工、醫用、高端消費品等領域制定了GJB944、GB/T13810、YS/T 795等多個國軍標、國標及行業標準見表4。目前核電鈦帶卷主要用于板式換熱器及鈦焊管，同時核電有壓水堆和氣冷堆等反應堆型，現有標準只適用于壓水堆板式換熱器，缺乏專門的產品規范及標準。

表4 各領域鈦板帶標準

3、結論

我國鈦產業經歷了從無到有，并不斷壯大，在體系建設、產業規模、技術進步等方面取得顯著成就，但在專業領域標準體系方面尚存在進一步提升空間。

（1）核電鈦帶卷已成為核電板式換熱器及焊管最為主要的產品供應方式，但目前尚無核電帶卷標準。

（2）現有核電板式換熱器用鈦板仿照國外制定，化學成分和試樣取樣方向等內容還需完善。

（3）應結合核電等領域產品需求特點，編制符合我國核電產品結構和技術要求的標準體系。

參考文獻

[1]鄧國珠.鈦冶金[M].北京：冶金工業出版社，2010：1.

[2]莫畏，鄧國珠，羅方承. 鈦冶金(第2版)[M].北京：冶金工業出版社，2006：1.

[3]李明利，舒瀅，馮毅江，陳婷婷，祝建雯.我國鈦及鈦合金板帶材應用現狀分析[J].鈦工業進展，2011（6）:14-17.

[4]賈翃，逯福生，郝斌.2020年中國鈦工業發展報告[J].鈦工業進展,2021（4）:34-41.

[5]劉瑞霞，唐有根.鈦在能源材料中的應用[J].稀有金屬與硬質合金，2007(3):41-45.

[6]張捷頻.我國鈦及鈦合金板帶材標準體系綜述[J].材料開發與應用,2012（3）：69-73.

作者簡介

肖芬，本科，助理工程師，主要研究方向為鈦及鈦合金材料開發及標準化。

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