一、石油用鈦棒
石油用鈦棒是以鈦及鈦合金為原料，通過熔煉、鍛造、軋制等工藝制成的棒狀材料，專為石油開采、煉化及輸送等高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性環(huán)境設(shè)計(jì)，具有耐硫化氫（H?S）、二氧化碳（CO?）、氯化物腐蝕等特性，適用于井下工具、油井管道、閥門等關(guān)鍵部件。
二、常用材質(zhì)（牌號(hào)）
| 牌號(hào) | 類型 | 主要成分 | 特點(diǎn) |
| TA2 | 工業(yè)純鈦 | Ti ≥99.3% | 耐一般腐蝕，成本低，用于低壓管道 |
| TA9 | α型合金 | Ti-0.2Pd | 耐強(qiáng)酸（如含硫原油、酸化液） |
| TA10 | α型合金 | Ti-0.3Mo-0.8Ni | 耐高濃度氯化物（如油田鹵水） |
| TC4 | α+β型合金 | Ti-6Al-4V | 高強(qiáng)輕量化，用于井下工具、鉆桿 |
| Ti-38644 | β型合金 | Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr | 超高強(qiáng)度（抗拉≥1240 MPa），耐硫化氫應(yīng)力腐蝕 |
三、性能與特點(diǎn)
1、耐腐蝕性：
抗硫化氫（H?S）腐蝕：TA9、Ti-38644在含硫油氣田中表現(xiàn)優(yōu)異，避免氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）。
抗CO?腐蝕：在高溫高壓CO?環(huán)境下，鈦合金腐蝕速率僅為碳鋼的1/100。
耐鹵水腐蝕：TA10在Cl?濃度＞10,000 ppm的油田鹵水中幾乎無點(diǎn)蝕。
2、力學(xué)性能：
高強(qiáng)度：TC4抗拉強(qiáng)度達(dá)895-930 MPa，Ti-38644可達(dá)1240 MPa，適合井下工具。
抗疲勞性：適用于高頻振動(dòng)的采油泵閥桿。
輕量化：密度4.5 g/cm3，減輕設(shè)備重量，降低鉆井平臺(tái)負(fù)載。
高溫性能：TA9可在300°C下長(zhǎng)期使用，TC4耐溫達(dá)400°C。
四、制造工藝
1、熔煉：
真空自耗電弧爐（VAR）熔煉，控制氧含量（O≤0.15%）以提升韌性。
電子束冷床爐（EBCHM）用于高純度鈦合金（如TA9）。
2、熱加工：
β鍛造（TC4在950-1000°C）提升抗沖擊性。
軋制后固溶處理（Ti-38644在800°C）優(yōu)化β相分布。
3、熱處理：
退火：TA2采用650°C退火消除冷加工應(yīng)力。
時(shí)效強(qiáng)化：Ti-38644在480°C時(shí)效12小時(shí)，強(qiáng)度提升30%。
4、表面處理：
陽(yáng)極氧化或化學(xué)鍍鎳（Ni-P）增強(qiáng)耐磨性（如閥桿表面）。
五、應(yīng)用領(lǐng)域
| 石油場(chǎng)景 | 具體部件 | 推薦牌號(hào) | 核心需求 |
| 井下工具 | 鉆鋌、封隔器、井下泵 | Ti-38644、TC4 | 高強(qiáng)度、抗硫化氫應(yīng)力腐蝕 |
| 油井管道 | 套管、油管、輸送管道 | TA9、TA10 | 耐H?S/CO?/Cl?復(fù)合腐蝕 |
| 煉化設(shè)備 | 反應(yīng)器內(nèi)襯、熱交換器管 | TA2、TA9 | 耐高溫酸性介質(zhì) |
| 閥門與泵體 | 采油樹閥門、注水泵軸 | TC4、Ti-38644 | 耐磨、抗空蝕 |
| 海洋平臺(tái) | 海水淡化管道、緊固件 | TA10、TC4 | 耐海水腐蝕、輕量化 |
六、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
| 標(biāo)準(zhǔn)類型 | 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 適用范圍 |
| 中國(guó)國(guó)標(biāo) | GB/T 2965-2020 | 鈦及鈦合金棒材 |
| 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) | ASTM B348 | 鈦合金棒材與坯料 |
| API標(biāo)準(zhǔn) | API 5CT | 油井管材（鈦合金參考部分） |
| NACE標(biāo)準(zhǔn) | MR0175/ISO 15156 | 抗硫化氫腐蝕材料認(rèn)證 |
七、與其他石油合金材料的對(duì)比
| 材料類型 | 代表牌號(hào) | 密度 (g/cm3) | 抗拉強(qiáng)度 (MPa) | 耐H?S腐蝕性 | 成本 | 典型應(yīng)用 |
| 鈦合金 | Ti-38644 | 4.8 | 1240-1380 | ★★★★★ | 極高 | 高含硫油氣井工具 |
| 不銹鋼 | 雙相鋼2205 | 7.8 | 620-750 | ★★★☆☆ | 中高 | 一般油氣管線 |
| 鎳基合金 | Inconel 625 | 8.44 | 930-1030 | ★★★★☆ | 極高 | 高溫高壓反應(yīng)器 |
| 碳鋼+涂層 | N80鋼（鍍層） | 7.85 | 550-750 | ★★☆☆☆ | 低 | 低成本油井套管 |
對(duì)比結(jié)論：
鈦合金優(yōu)勢(shì)：耐蝕性最優(yōu)、輕量化，但成本最高，適用于極端腐蝕環(huán)境（如高含硫油氣田）。
不銹鋼：性價(jià)比適中，但在高Cl?或H?S環(huán)境下易發(fā)生點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕。
鎳基合金：耐高溫性能優(yōu)異，但密度大、成本高于鈦合金。
碳鋼+涂層：成本最低，但涂層易破損，壽命短。
八、選購(gòu)方法
1、按工況選材：
高含硫油氣田：必選TA9或Ti-38644（通過NACE MR0175認(rèn)證）。
高溫CO?環(huán)境：優(yōu)先TA9或TC4（耐溫400°C）。
海洋平臺(tái)鹵水管道：選擇TA10（耐Cl?腐蝕）。
2、驗(yàn)證材料資質(zhì)：
要求供應(yīng)商提供 NACE MR0175認(rèn)證（抗硫化氫腐蝕）。
檢測(cè)報(bào)告需包含 氫含量（≤100 ppm） 和 硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)（SSRT）數(shù)據(jù)。
3、加工與焊接要求：
焊接：TA2/TA9需氬弧焊（TIG）并嚴(yán)格保護(hù)，TC4焊后需退火。
機(jī)加工：使用硬質(zhì)合金刀具，低速大進(jìn)給避免粘刀。
4、成本控制策略：
非核心部件采用TA2替代TA9，成本降低50%。
與鎳基合金（如625）混合使用，高溫部位用鈦，中溫部位用鎳。
九、注意事項(xiàng)
1、氫脆風(fēng)險(xiǎn)：
在含H?S環(huán)境中，鈦合金吸氫后易脆化，需定期檢測(cè)氫含量（建議≤50 ppm）。
2、電偶腐蝕：
避免鈦合金與碳鋼直接接觸，需采用絕緣墊片或涂層隔離。
3、高溫氧化：
鈦合金在＞400°C空氣中易氧化，需表面鍍層或改用TA15（耐500°C）。
4、庫(kù)存管理：
鈦棒應(yīng)密封包裝，避免接觸酸性或鹵化物環(huán)境。
石油用鈦棒憑借其極端耐蝕性和高比強(qiáng)度，成為高含硫、高氯離子油氣田的核心材料。在選型時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注：
含硫環(huán)境：強(qiáng)制使用TA9或Ti-38644，并通過NACE認(rèn)證。
高溫高壓：TC4或鎳基合金互補(bǔ)方案。
成本優(yōu)化：混合材料設(shè)計(jì)（鈦+不銹鋼/鎳基合金）。
鈦合金的高成本可通過延長(zhǎng)設(shè)備壽命、減少維護(hù)費(fèi)用實(shí)現(xiàn)全周期成本優(yōu)勢(shì)。嚴(yán)格管控加工工藝（尤其是焊接與表面處理），可最大限度規(guī)避氫脆與電偶腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。
