Трубы из сплава тантала и вольфрама с содержанием вольфрама 2,5%
По сравнению с чистым танталом, трубы из сплава Ta-2,5W демонстрируют значительно улучшенную механическую прочность по следующим параметрам: добавление 2,5% вольфрама обеспечивает упрочнение твердым раствором, что приводит к более высокой прочности при комнатной температуре, прочности при высоких температурах и сопротивлению ползучести по сравнению с чистым танталом, позволяя им выдерживать большее давление и механические нагрузки.
Превосходная коррозионная стойкость: он практически полностью наследует «королевский» уровень коррозионной стойкости чистого тантала, демонстрируя превосходную устойчивость к соляной кислоте, серной кислоте, азотной кислоте, царской воде и большинству органических кислот и жидких металлов при высоких температурах. Хорошая обрабатываемость и свариваемость: по сравнению со сплавами с более высоким содержанием вольфрама (такими как Ta-10W), Ta-2,5W сохраняет прочность, одновременно сохраняя хорошую пластичность, способность к холодной формовке и свариваемость, что облегчает изготовление сложных трубчатых компонентов. Превосходная теплопроводность: подходит для использования в качестве основного материала в теплообменниках.
Благодаря своим свойствам, трубы из сплава Ta-2.5W в основном используются в высокотехнологичной химической и фармацевтической промышленности (их основной рынок сбыта) в экстремальных условиях, требующих как прочности, так и коррозионной стойкости. Они применяются в теплообменниках и конденсаторах для концентрирования, нагрева или охлаждения соляной кислоты, серной кислоты и бромистого водорода, среди прочих. Их превосходная теплопроводность и чрезвычайно длительная коррозионная стойкость имеют решающее значение для долговременной надежной работы оборудования. В высокотемпературных реакторах/реакционных трубах трубопроводы и футеровка служат основными конструктивными элементами в высокотемпературных химических реакциях с участием агрессивных сред.
Защитные оболочки термопар вставляются в высококоррозионные реакционные сосуды или расплавы для защиты внутренних прецизионных элементов измерения температуры. В высокотемпературных печах и вакуумном оборудовании опоры нагревателей, излучающие трубки или газопроводы используются для транспортировки защитных газов или в качестве высокотемпературных конструктивных элементов в средах инертных газов или вакуума.
Компоненты печей для выращивания монокристаллов используются для транспортировки высокочистых газовых сырьевых материалов или в качестве высокотемпературных носителей. В специализированных областях трубопроводы для подачи высокочистых химических веществ обеспечивают защиту продукции от загрязнения ионами металлов. Циркуляционные трубопроводы для высокотемпературных жидких металлов (таких как сплавы натрия и калия) используются в ядерной энергетике или передовых энергетических системах. Процесс производства труб из сплава Ta-2.5W представляет собой типичный высокотехнологичный и чрезвычайно сложный процесс, включающий в себя, главным образом, плавку, при которой используется электронно-лучевая плавка (ЭЛМ) или вакуумно-дуговая плавка (ВДП) для получения высокочистых однородных слитков сплава; ковку/прокатку, при которой слитки подвергаются термической обработке для получения прутков или слябов; и подготовку заготовок для труб, где экструзия является наиболее распространенным методом. Нагретые прутки помещаются в матрицу и экструдируются в полые заготовки для труб с помощью экструдера. Сверление включает в себя глубокое сверление сплошных прутков с последующей обработкой. Сварка листового металла включает прокатку тонких пластин в трубы с последующей сваркой продольных швов с использованием электронно-лучевой сварки (ЭЛС) или плазменной сварки (ПСС). Этот метод позволяет получать тонкостенные трубы большого диаметра.
Холодная обработка и отжиг включают уменьшение диаметра и толщины стенки заготовки трубы до заданных размеров путем холодной прокатки (прокатка Пильгера) или волочения. Из-за упрочнения материала требуется несколько промежуточных процессов вакуумного отжига для восстановления его пластичности. Чистовая обработка и контроль качества включают выпрямление, калибровку и обработку поверхности (травление, полировка). Проводится строгий контроль размеров и внешнего вида: диаметр, толщина стенки, концентричность и качество поверхности. Анализ химического состава гарантирует соответствие содержания вольфрама и других примесей стандартам. Металлографический контроль позволяет оценить размер зерна и однородность микроструктуры. Неразрушающий контроль включает ультразвуковой или вихретоковый контроль для проверки наличия внутренних трещин, включений и других дефектов.
Механические свойства определяются по прочности на растяжение, пределу текучести и относительному удлинению (при комнатной и высокой температурах). Испытания на коррозионную стойкость включают погружение в специальные кислотные растворы. При обработке и монтаже необходимо избегать контакта с кислородом; горячая обработка должна проводиться в условиях высокого вакуума или защиты инертным газом. При монтаже сваркой следует использовать аргоновую TIG-сварку или электронно-лучевую сварку. Следует избегать загрязнения; прямое трение или контакт с распространенными металлическими инструментами, такими как железо, никель и медь, строго запрещены во избежание загрязнения и гальванической коррозии.
Стоимость: трубы из сплава Ta-2.5W представляют собой сверхпрочный материал, оптимизирующийся по весу; высокие первоначальные инвестиции должны быть оправданы чрезвычайно низкими затратами на техническое обслуживание, исключительно длительным сроком службы (до десятилетий) и незаменимыми характеристиками.
Трубы из сплава 2,5% тантала-вольфрама (Ta-2.5W) являются одним из лучших конструкционных материалов для решения проблемы увеличения срока службы трубопроводных систем в условиях «сильной коррозии + средне- и высокого давления/температуры». Хотя он не является распространенным, он играет незаменимую роль в обеспечении безопасной, непрерывной и долгосрочной эксплуатации основного оборудования в высокотехнологичной химической и специальной металлургической промышленности. Его приобретение и внедрение — это системный проект, требующий всесторонних инвестиций в технологии, опыт и капитал.