Титан ВТ1-0

Технически чистый титан ВТ1-0: что это такое и чем отличается от сплавов

ВТ1-0 — технически чистый титан без легирующих добавок, регламентируемый ГОСТ 19807-91 «Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки». Маркировка «ВТ» означает разработку ВИАМ, цифра «1» — порядковый номер серии технически чистого титана, «0» — индекс чистоты (суммарное содержание примесей до 0,30 %).

В отличие от легированных марок серии ВТ (ВТ3-1, ВТ6, ВТ14 и др.), ВТ1-0 не содержит алюминия, ванадия или молибдена в качестве легирующих элементов — только неизбежные примеси: железо, кислород, азот, углерод, кремний, водород. Именно примеси, в первую очередь кислород и железо, определяют разброс механических свойств внутри марки: чем их меньше — тем выше пластичность и ниже прочность.

По кристаллической структуре ВТ1-0 — однофазный альфа-материал: при комнатной температуре титан существует в гексагональной плотноупакованной решётке (α-Ti), которая устойчива без дополнительных легирующих стабилизаторов.

Химический состав по ГОСТ 19807-91

Состав регламентирован ГОСТ 19807-91 и ОСТ 1 90013-81. Данные приведены для деформируемых полуфабрикатов.

Элемент	Содержание, % (масс.)
Ti	99,24–99,70 (основа)
Fe	≤ 0,25
O	≤ 0,20
C	≤ 0,07
Si	≤ 0,10
N	≤ 0,04
H (в слитках)	≤ 0,01
Cu + Ni (в сумме), в т.ч. Ni	≤ 0,10 / ≤ 0,08
Cr + Mn (в сумме)	≤ 0,15
Прочие примеси (суммарно)	≤ 0,30

Примечание. Для труб группы А по ГОСТ 21945-76 содержание водорода ограничено жёстче — до 0,005 %. Водород — наиболее опасная примесь: при концентрации выше 0,01 % возникает водородная хрупкость, что особенно критично для сварных конструкций и изделий криогенной техники.

Физические свойства

Параметр	Значение
Плотность	4,50 г/см³
Температура плавления	1668 °C
Модуль упругости (E)	112 000 МПа (1,12 · 10⁵ МПа)
Коэффициент теплопроводности (20 °C)	18,85 Вт/(м · °C)
Магнитные свойства	Немагнитен

Плотность 4,50 г/см³ принята в ГОСТ 22178-76 и ГОСТ 26492-85 для расчёта теоретической массы проката. По плотности ВТ1-0 находится между алюминием (~2,7 г/см³) и сталью (~7,8 г/см³), что даёт выигрыш в массе ~42 % относительно стали при равном объёме изделия. Теплопроводность в 4–8 раз ниже, чем у стали и алюминия, — это необходимо учитывать при проектировании теплообменного оборудования.

Механические свойства при 20 °C

Значения приведены для отожжённого состояния по ГОСТ 19807-91. Разброс обусловлен различным содержанием кислорода и железа в рамках допустимого диапазона: образцы с максимальным содержанием примесей имеют прочность у верхней границы, но сниженную пластичность.

Параметр	Значение
Предел кратковременной прочности (σв)	295–590 МПа
Относительное удлинение (δ)	10–30 %
Твёрдость по Бринеллю (HB)	131–163

ВТ1-0 — материал невысокой прочности по сравнению с легированными титановыми сплавами (ВТ6 даёт σ_в до 1100 МПа). Нагартовка (холодная деформация) повышает прочность, однако сопровождается существенно более сильным падением пластичности, поэтому применяется ограниченно. Оптимальный способ корректировки свойств — подбор режима отжига.

Технологические свойства: обработка давлением и сварка

Обработка давлением

ВТ1-0 обладает высокой технологической пластичностью: из него изготавливают листы, ленты, фольгу, прутки, трубы, поковки и штампованные заготовки. Применяются горячая и холодная прокатка, ковка, штамповка, волочение. Именно ВТ1-0 — основная марка для производства тонкой фольги в серии технически чистого титана.

При механической обработке резанием титан склонен к налипанию на инструмент и термическому воздействию в зоне реза. Рекомендуются низкие скорости резания, обильное охлаждение и твёрдосплавный инструмент. Коэффициент теплового расширения ВТ1-0 примерно вдвое ниже, чем у стали, что важно при проектировании допусков сборочных узлов.

Свариваемость

Свариваемость — без ограничений. Сварка производится без предварительного подогрева и без последующей термообработки. Обязательное условие — надёжная защита зоны сварки инертным газом (аргоном высокой чистоты) с обеих сторон шва: при температуре выше 400–500 °C титан активно поглощает кислород и азот, что ведёт к охрупчиванию шва. Сварные конструкции из ВТ1-0 применяются в том числе для оборудования, работающего в условиях радиационного воздействия.

Термическая обработка

Для снятия напряжений после холодной деформации проводят рекристаллизационный отжиг при 650–800 °C с охлаждением на воздухе. Вакуумный отжиг при 600–700 °C применяют для дегазации (удаления водорода) в изделиях с ограничением по содержанию H.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость ВТ1-0 обусловлена образованием на поверхности плотной оксидной плёнки TiO₂, самовосстанавливающейся при повреждении в кислородсодержащих средах. Марка устойчива к:

• морской воде и хлорид-ионам (при концентрациях и скоростях, характерных для судостроения);
• разбавленным и умеренно концентрированным растворам кислот (азотная, серная при низких концентрациях);
• растворам щелочей;
• атмосферной и почвенной коррозии.

Стойкость существенно снижается в плавиковой кислоте, концентрированной горячей серной кислоте, а также в восстановительных средах без доступа кислорода. Перед применением в конкретной агрессивной среде рекомендуется проверять химическую совместимость по специализированным таблицам.

Рабочий температурный диапазон

Криогенные температуры

ВТ1-0 сохраняет пластичность при криогенных температурах до –196 °C (жидкий азот), что подтверждено нормативными требованиями к изделиям криогенной техники. Хладоломкость, характерная для многих конструкционных сталей, для технически чистого титана не характерна.

Повышенные температуры

Для сварных прямошовных труб в технологических трубопроводах ГОСТ 21945-76 устанавливает максимальную рабочую температуру среды 300 °C при условном давлении до 10 МПа. Это ограничение связано с постепенным снижением прочностных характеристик и ростом ползучести. При длительной эксплуатации выше 350–400 °C ВТ1-0 начинает активно поглощать кислород и азот из атмосферы, что приводит к охрупчиванию поверхностного слоя. Кратковременный нагрев до ~500 °C допустим при отсутствии нагрузки.

Области применения

Химическая промышленность и смежные отрасли

Основная сфера применения ВТ1-0 — оборудование, работающее в агрессивных средах при умеренных давлениях и температурах до 300 °C: ёмкости, трубопроводы, насосы, теплообменники, арматура, подвески в гальванических ваннах. Сочетание коррозионной стойкости и пластичности делает материал технологичным для изготовления сварных конструкций сложной геометрии. Применяется также в пищевой промышленности: биологически инертен, не влияет на вкус и запах продуктов.

Машиностроение и приборостроение

Детали, требующие сочетания пластичности, вязкости и высокого сопротивления усталостному разрушению при умеренных нагрузках: сильфоны (разделители сред, уплотнительные элементы, упругие элементы силовых узлов), катоды матриц электролизных ванн, радиотехнические и электротехнические детали, где важна немагнитность и высокое электросопротивление.

Криогенная техника

Изделия и конструкции, работающие при температурах жидкого азота (–196 °C) и ниже. Для ещё более низких температур (до –253 °C) применяют марку ВТ1-00 с пониженным содержанием примесей. Подробнее о ВТ1-00 — на странице Сплав ВТ1-00.

Медицина

Имплантаты, хирургический инструмент и медицинское оборудование: биосовместимость и коррозионная стойкость в физиологических средах подтверждены практикой применения.

Судостроение и ядерная техника

Обшивка и трубопроводные системы, контактирующие с морской водой; сварные конструкции оборудования, работающего в условиях радиационного воздействия.

Формы поставки и применяемые стандарты

Полуфабрикаты из ВТ1-0 поставляются в отожжённом состоянии. Основные регламентирующие документы:

Вид проката	Стандарт
Листы	ГОСТ 22178-76
Плиты	ГОСТ 23755-79
Прутки катаные	ГОСТ 26492-85
Трубы бесшовные холоднодеформированные	ГОСТ 22897-86
Трубы сварные	ГОСТ 21945-76

Поставка листового проката возможна в широком диапазоне толщин — от фольги до плит. Для уточнения доступных сортаментов и минимального заказа обратитесь к нашим менеджерам. Подробнее о листовом прокате: Титановый лист.