1.引言

钛及钛合金作为一种有效的耐蚀材料, 正在世界各国推广应用, 且呈急剧增长的趋势。目前钛及钛合金广泛应用于化工、制碱、冶金、石油、医药等行业中的压力容器、换热器、塔器、蒸发器、搅拌器、冷凝器、反应釜和储运设备等。实践证明, 钛及钛合金对于延长设备使用寿命、提高产品质量、改善劳动条件等均具有重要作用并取得了良好的经济效益。本文对钛及钛合金的性能及设备结构特点进行了讨论。^[1]

钛合金强度高，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，根据钛合金的性能可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

钛合金热强度高，使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

钛合金抗蚀性好，钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

钛合金低温性能好，钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。

钛合金化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN 硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

钛合金导热系数小、弹性模量小，钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

钛金属由于其比强度高、腐蚀性能好、耐热性能好、低温性能好等优点，在航天航空工业、舰船车辆工业、电力工业、化工装备工业、建筑工业等领域得到了快速的发展。在化工行业中，钛材运用到了换热设备、化纤设备、尿素设备、汽轮机叶片、排烟脱硫设备、燃料电池等装置中。压力容器强度的安全性研究是一个重要课题，其目标是寻找有效的理论分析和计算方法，使弹性理论和极限载荷理论合理应用于工程实际。本课题以钛制压力容器为研究对象，对其进行极限载荷、失效模式和安全评价研究，为研究性课题。

2. 压力容器承压结构