鈦具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、抗沖擊性高、耐海水腐蝕性能優(yōu)異、斷裂韌性好、疲勞強(qiáng)度高、焊接性能好、無(wú)磁、透聲性好、耐冷熱性優(yōu)異、抗放射性、減震抗噪等一系列優(yōu)點(diǎn) [1-10] ，被譽(yù)為“海洋金屬”，是一種理想的、具前景的海洋工程裝備用結(jié)構(gòu)材料。 鈦在海洋工程裝備領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，如船體結(jié)構(gòu)件、潛艇和深潛器的耐壓殼體、管件、閥及附件等，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的推進(jìn)器和推進(jìn)器軸，冷凝器、冷卻器、換熱器等，艦船聲吶導(dǎo)流罩、螺旋槳等 。但目前國(guó)內(nèi)仍未見(jiàn)有關(guān)海洋工程裝備用鈦材的選材手冊(cè)的報(bào)道，未見(jiàn)有關(guān)完善的海洋工程裝備用鈦及鈦合金使用評(píng)價(jià)體系的報(bào)道，這在很大程度上制約了鈦材在海洋工程裝備上的推廣使用。 本文在介紹鈦及鈦合金在海洋裝備領(lǐng)域應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外形成的艦船用鈦及鈦合金體系和性能特征，論述了國(guó)內(nèi)外鈦及鈦合金在海洋裝備領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)，展望了鈦材在海洋裝備的應(yīng)用前景，以期對(duì)后續(xù)海洋工程裝備設(shè)計(jì)選材提供參考，從而大幅度加速推動(dòng)鈦材在我國(guó)海洋裝備領(lǐng)域的應(yīng)用。 1、海洋工程裝備用鈦 為確保海洋裝備的戰(zhàn)技性能和航行的絕對(duì)安全可靠性，選擇合適的裝備材料至關(guān)重要。 鈦及鈦合金幾乎具備海洋裝備材料所需的全部特性，即鈦及鈦合金的諸多優(yōu)點(diǎn)。 物理特性 ①質(zhì)輕。鈦密度為4.5 g/cm3 ，僅為鋼的57.7%，在艦船領(lǐng)域應(yīng)用可減輕船體質(zhì)量、增加載重、提高航速；②熱膨脹系數(shù)低，焊接應(yīng)力小，從而使部件焊接變形量小；③無(wú)磁性，在強(qiáng)磁場(chǎng)下也不會(huì)磁化，并可防電磁干擾，使裝磁引信的水雷或魚(yú)雷失效，避免磁性雷的攻擊，從而提高水下潛艇的隱身技術(shù)水平和反偵察能力；④導(dǎo)熱率與熱傳遞速率匹 配良好，是理想的熱交換器材料；⑤透聲性好，鈦材透聲系數(shù)大于 0.85，甚至高達(dá) 0.98，是艦船聲吶導(dǎo)流罩最理想選材；⑥加工性良好，可通過(guò)多種加工方式如鑄造、軋制、鍛造、擠壓等生產(chǎn)鑄件、板材、絲材、型材、鍛件、復(fù)雜的零部件等。 力學(xué)性能 鈦及鈦合金力學(xué)性能優(yōu)異，其比強(qiáng)度高、塑性好，在?253~600 ℃ 范圍內(nèi)，它的屈強(qiáng)比和比強(qiáng)度在海洋裝備用金屬材料中最高；沖擊韌性良好，在?60~20 ℃ 范圍內(nèi)，無(wú)明顯韌-脆轉(zhuǎn)變點(diǎn)；斷裂韌性較高，在 80~110 MPa·m1/2之間。疲勞強(qiáng)度高，鈦材低應(yīng)力高周疲勞均在 107周次以上。 腐蝕性能 鈦在海洋環(huán)境介質(zhì)中具有優(yōu)異耐腐蝕性能。由于鈦和氧親和力極高，在空氣或氧介質(zhì)中，鈦材表面極易快速形成一層薄、致密、堅(jiān)固的氧化膜。鈦的氧化膜具有很強(qiáng)的自愈性，當(dāng)氧化膜受到破壞或劃傷后，也會(huì)很快自愈或再生，形成新的氧化膜。這層氧化膜可使鈦材幾乎不被自然海水腐蝕。 國(guó)內(nèi)外艦船用鈦材體系 鈦材是一種優(yōu)良的艦船材料，得到了各國(guó)海軍和造船業(yè)的青睞。近五十年來(lái)，俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)和日本等先后都建立了適用于自己的艦船用鈦及鈦合金體系。 國(guó)外艦船用鈦材體系 俄羅斯、美國(guó)是最早研究艦船用鈦及鈦合金的國(guó)家，并各自形成艦船用鈦及鈦合金體系，日本相對(duì)較晚，艦船用鈦材體系較簡(jiǎn)單。俄、美、日各國(guó)常見(jiàn)的艦船用鈦及鈦合金牌號(hào)及屈服強(qiáng)度 σ 0.2 按低、中、高強(qiáng)度級(jí)別劃分見(jiàn)表 1 。 表1俄羅斯、美國(guó)、日本常見(jiàn)艦船用鈦及鈦合金牌號(hào)及屈服強(qiáng)度 國(guó)家 低強(qiáng)鈦合金 中強(qiáng)鈦合金 高強(qiáng)鈦合金 牌號(hào) 合金成分 σ0.2/MPa 牌號(hào) 合金成分 σ0.2/MPa 牌號(hào) 合金成分 σ0.2/MPa 俄羅斯 ПT-1M — ≥390 ПT-3B Ti-4Al-2V ≥590 BT6 Ti-6Al-4V ≥850 TL3 Ti-3.5Al-0.4V ≥440 37 — ≥690 BT8 Ti-6.5Al-3.3Mo-0.3Si ≥900 ПT-7M Ti-2Al-2.5Zr ≥490 5B — ≥690 BT14 Ti-5Al-3Mo-1V ≥900 TL5 Ti-3.5Al-2V ≥490 — — — 23a — ≥1050 美國(guó) Gr1 Cp-Ti ≥165 Gr.32 Ti-5Al-1Zr-1Sn-  1V-0.8Mo-0.1Si ≥586 Gr.23 Ti-6Al-4VELI ≥795 Gr2 Cp-Ti ≥275 — Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo ≥655 Gr.5 Ti-6Al-4V ≥820 Gr12 Ti-0.3Mo-0.8Ni ≥345 — — — Ti38644(βc) Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr ≥1100 Gr9 Ti-3Al-2.5V ≥485 — — — — — — 日本 CP-Ti — ≥280 — — — SAT-64 Ti-6Al-4V ≥830 — — — — — — SAT-64ELI Ti-6Al-4VELI ≥795 俄羅斯艦船用鈦及鈦合金研究及應(yīng)用水平居世界前列，是最早擁有專用艦船用鈦合金體系的國(guó)家，如船體鈦合金ПT-1M，船機(jī)用鈦合金ПT-7M、3M、 37， 動(dòng) 力 工 程 用 鈦 合 金 ПT-3B、 40、 5B、23a 等。幾十年來(lái)，俄羅斯在核潛艇、常規(guī)潛艇、水面艦艇、航空母艦、深潛器等艦船領(lǐng)域都大量采用了鈦材。 美國(guó)海軍自 1963 年開(kāi)始對(duì)艦船用鈦材進(jìn)行大量的工程應(yīng)用研究，主要的船用鈦及鈦合金有純鈦、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI、Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、 Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si、 Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等，現(xiàn)已成功將鈦材應(yīng)用于各種水面艦艇、動(dòng)力潛艇、民船等。 日本的船用鈦及鈦合金主要有純鈦、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI，集中應(yīng)用于深潛器耐壓殼體、民用漁船、游船等。 國(guó)內(nèi)艦船用鈦材體系 國(guó)內(nèi)艦船用鈦材的研究始于 1962 年，五十多年來(lái)，我國(guó)從研發(fā)到應(yīng)用已逐漸形成了較完整的艦船用鈦及鈦合金體系[1-3,6-9] ，其屈服強(qiáng)度在 320~1130MPa 之間。業(yè)界通常按材料屈服強(qiáng)度大小對(duì)其分類，即屈服強(qiáng)度在 500 MPa 以下為低強(qiáng)鈦合金，500~790 MPa 為中強(qiáng)鈦合金，高于 790 MPa 為高強(qiáng)鈦合金。上述強(qiáng)度級(jí)別材料基本可滿足國(guó)內(nèi)艦船、潛艇、深潛器及深海空間站用結(jié)構(gòu)材料的指標(biāo)要求。現(xiàn)階段我國(guó)已制定了艦船用鈦及鈦合金板材、棒材、鍛件、無(wú)縫管材及鑄件的相關(guān)規(guī)范，具體艦船用鈦及鈦合金體系、性能、應(yīng)用及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)號(hào)見(jiàn)表2。 與俄羅斯、美國(guó)相比，中國(guó)艦船用鈦及鈦合金體系還不夠完善，且應(yīng)用數(shù)據(jù)較少，無(wú)準(zhǔn)確、高效的艦船用鈦材的評(píng)價(jià)體系。 表2 我國(guó)艦船用鈦及鈦合金體系、性能及應(yīng)用 類別 牌號(hào) 合金成分 Rm/MPa Rp0.2/MPa A/% Z/% KV2/J 性能特點(diǎn) 應(yīng)用 低強(qiáng) TA2 Cp-Ti ≥400 275~450 ≥25 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 非耐壓鑄件、冷成型件、管      路等 TA3 Cp-Ti ≥500 380~550 ≥20 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 非耐壓鑄件、冷成型件、管      路等 TA4 Cp-Ti ≥580 485~655 ≥20 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 低強(qiáng)度承壓殼體、冷成型      件、結(jié)構(gòu)件等 Ti- 31(TA22) Ti-3Al-1Mo-1Zr- 0.8Ni >637 >490 ≥18 ≥35 ≥47 成型、焊接性好，耐180 ℃ 海水腐蝕 換熱器、冷凝器、泵體、管路、閥門(mén)、壓力容器、承載      焊接結(jié)構(gòu)件等 ZTA5 Ti-4Al-0.005B ≥590 ≥490 ≥10 ≥25 ≥24 鑄造性能好 船舶推進(jìn)、電子及輔助系統(tǒng)      的泵、閥等 中強(qiáng) TA18 M Ti-3Al-2.5V ≥620 ≥515 ≥15 — — 冷成型性、焊接性優(yōu)異 艦船排氣管、噴氣偏導(dǎo)裝      置，艙蓋、艙門(mén)等 TA17 Ti-4Al-2V 685~835 ≥560 ≥10 — — 良好焊接性能、抗腐蝕性能、      沖擊韌性高 封頭、聲吶導(dǎo)流罩骨架、結(jié)      構(gòu)件等 TA5 Ti-4Al-0.005B ≥685 ≥585 ≥12 — — 耐蝕、可焊性好 魚(yú)雷發(fā)射裝置、框架結(jié)構(gòu)      件、船舶各類機(jī)械部件等 ZTi60 Ti-5.5Al-4Sn- 2Zr-1Mo-1.0Ta-      0.5Nd-0.5Si ≥670 ≥590 ≥10 ≥20 ≥43 鑄造性能好、耐蝕、可焊 各種耐壓系統(tǒng)鑄件等 Ti70(TA23) Ti-2.5Al-2Zr-1Fe ≥700 ≥590 ≥10 — — 耐蝕性、透聲性、冷成型、      焊接性好 透聲罩、聲吶導(dǎo)流罩、桅      桿、冷成型件等 Ti75(TA24) Ti-3Al-2Mo-2Zr ≥730 ≥630 ≥13 ≥25 — 耐蝕性、焊接性、成型性優(yōu)異，      斷裂韌性、沖擊韌性高 船舶結(jié)構(gòu)、壓力容器、耐高      壓管路、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)件等 Bti431 Ti-5Al-3Mo-1V ≥770 ≥650 ≥9 ≥25 — 焊接性、鑄造性良好 管材結(jié)構(gòu)、緊固件、氣瓶等      耐壓罐體等 Ti91 Ti-3Al-1V-1Zr-      1Fe ≥700 ≥660 ≥20 ≥35 — 冷成型性、焊接性、耐蝕性、透      聲性優(yōu)異 透聲罩、聲吶導(dǎo)流罩等 ZTC4 Ti-6Al-4V ≥835 ≥765 ≥5 ≥12 — 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、      鑄造性能好 螺旋槳、可承受重載荷的殼      體等高強(qiáng)鑄件 Ti80(TA31) Ti-6Al-3Nb-2Zr-      1Mo ≥880 ≥785 ≥10 ≥40 — 耐蝕、可焊 緊固件、結(jié)構(gòu)件、殼體等 高強(qiáng) TC4ELI Ti-6Al-4VELI ≥860 ≥795 ≥10 ≥25 ≥24 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、耐腐蝕、      焊接性好 耐壓殼體、高壓容器、結(jié)構(gòu)      件、船舶部件、緊固件等 TC4 Ti-6Al-4V ≥895 ≥830 ≥10 — — 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、耐腐蝕、焊接性好 耐壓殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、蒸汽透平機(jī)葉片、蓄電器、船      舶部件、緊固件等 TB8 Ti-15Mo- 3Al-      2.7Nb-0.25Si 825~1000 795~965 ≥6 — — 高強(qiáng)、塑性、韌性，耐蝕 高強(qiáng)緊固件、海水管路、彈      簧、彈射裝置等 TB9 Ti-3Al-8V-6Cr- 4Mo-4Zr — — — — — 塑性好、強(qiáng)度和彈性高、 淬透性好、耐蝕性和抗鹽應(yīng)力      腐蝕性能優(yōu)異 彈簧、緊固件等 TC11 Ti-6.5V-3.5Mo-      1.5Zr-0.3Si ≥1010 ≥910 ≥8 ≥23 ≥24 高強(qiáng)、高韌、耐高溫 高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、低壓壓氣      機(jī)葉片及輪盤(pán)等 TiB19 Ti-3Al-1Mo-5V-      4Cr-2Zr ≥1175 ≥1130 ≥5 ≥10 — 強(qiáng)度高、塑韌性好、焊接性好 船舶高壓容器、筒體、機(jī)械      部件等 Ti62A Ti-6Al-2Sn-2Zr-      3Mo-1Cr-1V ≥1010 ≥930 ≥9 ≥18 ≥20 高強(qiáng)、高韌、耐沖擊 大深度耐壓殼體、耐壓罐      體、緊固件等 注：1)艦船用鈦合金鍛件規(guī)范 GJB 943A—2018；2)艦船用鈦及鈦合金板材規(guī)范 GJB 944A—2018；3)艦船用鈦及鈦合金棒材規(guī)范 GJB      9571—2018；4)艦船用鈦及鈦合金鑄件規(guī)范 GJB    9574—2018；5)艦船用鈦及鈦合金無(wú)縫管材規(guī)范 GJB    9579—2018。 低強(qiáng) TA2 Cp-Ti ≥400 275~450 ≥25 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 非耐壓鑄件、冷成型件、管   路等 TA3 Cp-Ti ≥500 380~550 ≥20 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 非耐壓鑄件、冷成型件、管   路等 TA4 Cp-Ti ≥580 485~655 ≥20 — — 成型、焊接性能好，耐海水腐蝕 低強(qiáng)度承壓殼體、冷成型   件、結(jié)構(gòu)件等 Ti- 31(TA22) Ti-3Al-1Mo-1Zr- 0.8Ni >637 >490 ≥18 ≥35 ≥47 成型、焊接性好，耐180 ℃ 海水腐蝕 換熱器、冷凝器、泵體、管路、閥門(mén)、壓力容器、承載   焊接結(jié)構(gòu)件等 ZTA5 Ti-4Al-0.005B ≥590 ≥490 ≥10 ≥25 ≥24 鑄造性能好 船舶推進(jìn)、電子及輔助系統(tǒng)   的泵、閥等 中強(qiáng) TA18 M Ti-3Al-2.5V ≥620 ≥515 ≥15 — — 冷成型性、焊接性優(yōu)異 艦船排氣管、噴氣偏導(dǎo)裝   置，艙蓋、艙門(mén)等 TA17 Ti-4Al-2V 685~835 ≥560 ≥10 — — 良好焊接性能、抗腐蝕性能、   沖擊韌性高 封頭、聲吶導(dǎo)流罩骨架、結(jié)   構(gòu)件等 TA5 Ti-4Al-0.005B ≥685 ≥585 ≥12 — — 耐蝕、可焊性好 魚(yú)雷發(fā)射裝置、框架結(jié)構(gòu)   件、船舶各類機(jī)械部件等 ZTi60 Ti-5.5Al-4Sn- 2Zr-1Mo-1.0Ta-   0.5Nd-0.5Si ≥670 ≥590 ≥10 ≥20 ≥43 鑄造性能好、耐蝕、可焊 各種耐壓系統(tǒng)鑄件等 Ti70(TA23) Ti-2.5Al-2Zr-1Fe ≥700 ≥590 ≥10 — — 耐蝕性、透聲性、冷成型、   焊接性好 透聲罩、聲吶導(dǎo)流罩、桅   桿、冷成型件等 Ti75(TA24) Ti-3Al-2Mo-2Zr ≥730 ≥630 ≥13 ≥25 — 耐蝕性、焊接性、成型性優(yōu)異，   斷裂韌性、沖擊韌性高 船舶結(jié)構(gòu)、壓力容器、耐高   壓管路、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)件等 Bti431 Ti-5Al-3Mo-1V ≥770 ≥650 ≥9 ≥25 — 焊接性、鑄造性良好 管材結(jié)構(gòu)、緊固件、氣瓶等   耐壓罐體等 Ti91 Ti-3Al-1V-1Zr-   1Fe ≥700 ≥660 ≥20 ≥35 — 冷成型性、焊接性、耐蝕性、透   聲性優(yōu)異 透聲罩、聲吶導(dǎo)流罩等 ZTC4 Ti-6Al-4V ≥835 ≥765 ≥5 ≥12 — 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、   鑄造性能好 螺旋槳、可承受重載荷的殼   體等高強(qiáng)鑄件 Ti80(TA31) Ti-6Al-3Nb-2Zr-   1Mo ≥880 ≥785 ≥10 ≥40 — 耐蝕、可焊 緊固件、結(jié)構(gòu)件、殼體等 高強(qiáng) TC4ELI Ti-6Al-4VELI ≥860 ≥795 ≥10 ≥25 ≥24 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、耐腐蝕、   焊接性好 耐壓殼體、高壓容器、結(jié)構(gòu)   件、船舶部件、緊固件等 TC4 Ti-6Al-4V ≥895 ≥830 ≥10 — — 抗裂紋擴(kuò)展、抗疲勞、耐腐蝕、焊接性好 耐壓殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、蒸汽透平機(jī)葉片、蓄電器、船   舶部件、緊固件等 TB8 Ti-15Mo- 3Al-   2.7Nb-0.25Si 825~1000 795~965 ≥6 — — 高強(qiáng)、塑性、韌性，耐蝕 高強(qiáng)緊固件、海水管路、彈   簧、彈射裝置等 TB9 Ti-3Al-8V-6Cr- 4Mo-4Zr — — — — — 塑性好、強(qiáng)度和彈性高、 淬透性好、耐蝕性和抗鹽應(yīng)力   腐蝕性能優(yōu)異 彈簧、緊固件等 TC11 Ti-6.5V-3.5Mo-   1.5Zr-0.3Si ≥1010 ≥910 ≥8 ≥23 ≥24 高強(qiáng)、高韌、耐高溫 高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、低壓壓氣   機(jī)葉片及輪盤(pán)等 TiB19 Ti-3Al-1Mo-5V-   4Cr-2Zr ≥1175 ≥1130 ≥5 ≥10 — 強(qiáng)度高、塑韌性好、焊接性好 船舶高壓容器、筒體、機(jī)械   部件等 Ti62A Ti-6Al-2Sn-2Zr-   3Mo-1Cr-1V ≥1010 ≥930 ≥9 ≥18 ≥20 高強(qiáng)、高韌、耐沖擊 大深度耐壓殼體、耐壓罐   體、緊固件等 注：1)艦船用鈦合金鍛件規(guī)范 GJB 943A—2018；2)艦船用鈦及鈦合金板材規(guī)范 GJB 944A—2018；3)艦船用鈦及鈦合金棒材規(guī)范 GJB   9571—2018；4)艦船用鈦及鈦合金鑄件規(guī)范 GJB  9574—2018；5)艦船用鈦及鈦合金無(wú)縫管材規(guī)范 GJB  9579—2018。 2、鈦材在海洋裝備上的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì) 鈦材是海洋環(huán)境中最理想的材料，使用鈦材可使海軍艦船及裝備大大提高戰(zhàn)斗力、降低維護(hù)成本、延長(zhǎng)使用壽命、提高隱蔽性[1,10] 。俄、美、中國(guó)海軍已將鈦材廣泛應(yīng)用于深潛器、水下潛艇、水面艦艇、艦船等裝備的耐壓殼體、海水管路系統(tǒng)、上層建筑及其他部件等[9-11] 。 耐壓殼體 國(guó)內(nèi)外選用鈦材作為耐壓殼體的實(shí)例較多，主要用于深潛器載人球殼、潛艇殼體[11] ，具體典型應(yīng)用所選用鈦材的牌號(hào)及拉伸性能見(jiàn)表 3。 表 3 國(guó)內(nèi)外載人球艙和潛艇耐壓殼體材質(zhì)、制備工藝及材料性能 牌號(hào) 成型、焊接工藝 拉伸性能 潛艇名稱 設(shè)計(jì)深度/mm 使用年份 σ0.2/MPa σb/MPa A/% Z/% 俄羅斯 BT6 瓜瓣/拼焊      手工TIG焊接 ≥800 ≥850 ≥10 ≥20 “和平”號(hào) 6000 1987 美國(guó) Ti-6Al-4VELI 整半球沖壓成型    赤道縫電子束焊接      螺栓連接 ≥760 ≥825 ≥8          ≥15 新“阿爾文”號(hào)        Triton 36000/2 6500        11000 1994        2019 法國(guó) Ti-6AL-4VELI 整半球沖壓成型      螺栓連接 ≥795 ≥860 ≥10 — “鸚鵡螺”號(hào) 6000 1985          中國(guó) TC4 ELI 整半球沖壓成型      赤道縫電子束焊接 ≥795 ≥860 ≥10 — “深海勇士”號(hào) 4500 2017 TC4 瓜瓣/拼焊      手工TIG焊接 ≥825 ≥895 ≥10 — “蛟龍”號(hào) 7000 2009 日本 Ti-6Al-4VELI 整半球沖壓成型      赤道縫電子束焊接 ≥810 — — — 深海“6500”號(hào) 6500 1989 俄羅斯 ΠT-3B      (對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)TA17) — 640~835 ≥590 ≥9 ≥15 核潛艇 — 1960 國(guó)內(nèi)外深潛器載人球殼選用鈦材牌號(hào)主要有 Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI(對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)牌號(hào)TC4、TC4ELI)。 很多深潛器載人球殼前期選用鋼材，但后期都采用鈦材替代，既可以減輕重量，增加下潛深度，又可以提高使用壽命。例如：①美國(guó) Alvin 深潛器，1964 年建造時(shí)采用的是 HYl00 高強(qiáng)鋼 (板厚33.8 mm)，下潛深度為 2000 m，1973 年改建時(shí)將耐壓殼體換成鈦合金 (板厚 49 mm)，下潛深度增加到3600 m， 其 輔 助 箱 及 高 壓 氣 器 也 采 用 Ti-6Al-4VELI；②日本的“深海 2000”載人球殼采用鋼材制，后續(xù)在建造“深海 6500”時(shí)選用鈦材制備載人球殼以增加下潛深度。 在潛艇耐壓殼體應(yīng)用方面，俄羅斯最早選用鈦材，是目前世界上使用鈦材制造耐壓殼體技術(shù)最先進(jìn)最成熟的國(guó)家，其全鈦核潛艇制造選用的惟一的鈦材牌號(hào)為 IIT-3B 鈦合金 (對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)牌號(hào) TA17)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在建造潛艇時(shí)也更青睞于選用鈦材，牌號(hào)主要集中于 TA17、TC4、TC4ELI、TC11、純鈦等。 除此之外，目前許多國(guó)家都正在建造大深度載人潛水器和大深度全鈦武器裝備。國(guó)內(nèi)建造的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器已于 2020 年 11 月 10 日成功挑戰(zhàn)全球海洋最深處——馬里亞納海溝，深度達(dá)10909 m，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)人的深海夢(mèng)，該深潛器的載人球殼材料為高強(qiáng)高韌損傷容限型鈦合金，由寶鈦股份制造；國(guó)內(nèi)已開(kāi)始建造全鈦的大深度裝備。 海水管路系統(tǒng) 海水管路系統(tǒng)復(fù)雜、通徑規(guī)格多，所選材料要求具有耐海水腐蝕、強(qiáng)度高、疲勞性能好等特點(diǎn)，鈦材均可滿足，采用鈦合金制造的管道較傳統(tǒng)材料(碳鋼、不銹鋼、銅合金) 優(yōu)勢(shì)顯著。 (1) 提高服役壽命，與艦船本體同壽命。俄羅斯對(duì)比研究了傳統(tǒng)材料和鈦材制造的管道系統(tǒng)服役壽命。結(jié)果表明，鈦材與艦船同壽命，只需投入一次，且在使用過(guò)程中僅需簡(jiǎn)單維護(hù)即可；傳統(tǒng)材料服役期限約 2~10 a，服役期內(nèi)必須定期維修，甚至更換，尤其是在高速推動(dòng)環(huán)境作用下，各種接頭均會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕。美國(guó)海軍艦船應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，鈦 制管系壽命為 40 a，銅鎳合金管系壽命只有 6~8 a。 國(guó)內(nèi)開(kāi)展了采用“鈦合金”替代“銅合金”制造海水管路系統(tǒng)的驗(yàn)證考核試驗(yàn)，寶鈦提供的 TA2 鈦無(wú)縫管材、配套管件和鈦法蘭在整套試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行近 3a 后，拆解檢驗(yàn)管路及配套材料，均未發(fā)現(xiàn)有裂紋、孔洞和腐蝕等異常情況。(2) 降低成本。采用鈦合金部件，雖一次投入成本較高，但一次投入即可滿足全壽命使用，使用過(guò)程中僅需簡(jiǎn)單維護(hù)保養(yǎng)，大量節(jié)省維修和維護(hù)費(fèi) 用。美海軍艦船熱交換器用的銅鎳合金管每年大約需更換 97 km，而在 LPD17 兩棲船塢運(yùn)輸艦的 2 個(gè)海水配管系統(tǒng)上選用了 Gr.2 純鈦管材，約 1000 多個(gè)管件，總長(zhǎng)度 3350 m 以上，全壽命期節(jié)省成本達(dá)1700萬(wàn)美元。 綜上所述，鈦材在管路系統(tǒng)的使用，既可以減重、又可以實(shí)現(xiàn)與本體同壽命，同時(shí)，降低成本。 近幾年，國(guó)內(nèi)已在 022 艇等多型號(hào)海洋裝備上批量應(yīng)用。 上層建筑 目前，在國(guó)內(nèi)艦船上層建筑中也已有鈦材應(yīng)用實(shí)例，如：桅桿用 Ti70(TA23)、雷達(dá)天線用 TA5 和TA7 棒材、機(jī)庫(kù)蒙皮和框架結(jié)構(gòu)用 TA2 和 TA5 板材。美海軍在 LPD17 兩棲船塢運(yùn)輸艦的關(guān)鍵部位上層建筑區(qū)也大量使用了鈦，使其質(zhì)量減輕約 50%，大大提高了該艦的穩(wěn)定性。 其他領(lǐng)域應(yīng)用 除上述耐壓殼體、管路系統(tǒng)和上層建筑大量用鈦材外，國(guó)內(nèi)外海洋裝備上還有其他部件也有用鈦，應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表 4。 表4 國(guó)內(nèi)外海洋裝備其他部件用常見(jiàn)鈦材 序號(hào) 用途 常用牌號(hào) 產(chǎn)品類型 1 泵、閥 純鈦、ZTC4、ZTA5、ZTi60 鑄件 2 螺旋槳 ZTC4 鑄件 3 聲吶導(dǎo)流罩、透聲罩 Ti70、ΠT-3B 板材 4 框架結(jié)構(gòu) TA2、TA5、TC4 板材、型材 5 氣瓶、耐壓罐體 Bti341、TC4、TC4ELI、Ti62A 棒材、板材 6 冷卻器/管/水套、冷凝器等 TA2、TA16、Ti75、Ti31 管材 7 緊固件、彈簧、銷(xiāo) TC4、TC4ELI、TC11、TB8、TB9(Ti38644) 棒材、絲材 結(jié)束語(yǔ) 鈦合金不僅使海洋裝備實(shí)現(xiàn)向“深、大、遠(yuǎn)、高、低”的方向發(fā)展，也可完全實(shí)現(xiàn)與海洋裝備本體同壽命，是海洋裝備的最佳選材。目前，我國(guó)對(duì)鈦材在海洋裝備上的應(yīng)用也越來(lái)越重視，用鈦量也在不斷的增加。深海耐壓殼體、海水管路、氣瓶、上層建筑、框架等將成為海洋用鈦的重點(diǎn)發(fā)展方向。 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外鈦材在船舶領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例較多，但相關(guān)規(guī)范中材料體系并不完善。希望相關(guān)單位組織討論并完善現(xiàn)行“鈦制壓力容器”、“材料與焊接”等相關(guān)規(guī)范中的材料體系，以便于設(shè)計(jì)人員參考。 參考文獻(xiàn) 錢(qián)江, 王怡, 李瑤. 鈦及鈦合金在國(guó)外艦船上的應(yīng)用. 艦船科學(xué)技術(shù), 2016，38(11)：1[1] 楊英麗, 羅媛媛, 趙恒章, 等. 我國(guó)艦船用鈦合金研究應(yīng)用現(xiàn)狀.稀有金屬材料與工程, 2011，40(s2)：538[2] 楊英麗, 蘇航標(biāo), 郭荻子, 等. 我國(guó)艦船鈦合金的研究進(jìn)展. 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年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)材料加工工程專業(yè)，工作于寶雞鈦業(yè)股份有限公司，主要從事與海洋裝備領(lǐng)域用鈦相關(guān)的研究。通信地址：721013 陜西省寶雞市渭濱區(qū)高新大道 88 號(hào)，E-mail：haiminna@126.com。 相關(guān)鏈接 2021-09-13 Ti31鈦鍛件在艦船及冷凝器制造中的應(yīng)用 2021-08-13 Ti75鈦合金鍛件熱處理工藝對(duì)組織和性能的影響 2021-08-13 海洋工程艦船用Ti31鈦合金鍛件 Ti31鈦圓餅 Ti31鈦環(huán) 2021-08-01 利泰金屬定制船舶制造用Ti80鈦合金 Ti80鈦棒 Ti80鈦鍛件 2021-06-21 寶雞TC4/Ti75鈦合金廠家談海洋金屬的特性與主要應(yīng)用 2021-05-25 TI80/Ti75/Ti31鈦棒鈦鍛件耐壓殼體在船舶建造中的應(yīng)用 2021-05-11 我國(guó)海洋工程用Ti31/TB19/Ti80鈦合金現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2021-05-04 我國(guó)主要船用Ti31/Ti75/Ti80/Ti91/Ti70鈦合金的性能及應(yīng)用 2021-01-29 海洋工程用Ti31/Ti75/Ti80/TC4鈦合金的特性與應(yīng)用 2021-01-11 熱處理對(duì)Ti31鈦合金棒鈦鍛件顯微組織與力學(xué)性能的影響