船(chuan)(chuan)舶的服役環(huan)境(jing)為苛刻的海洋性(xing)氣候(hou)，由于(yu)長時間接觸海水，船(chuan)(chuan)體及其(qi)設(she)備、構(gou)件（如高溫排(pai)氣管(guan)、海水閥和泵、螺旋槳等）很(hen)容(rong)易被腐蝕，對(dui)其(qi)采(cai)取防護措施又極(ji)其(qi)繁瑣(suo)和困難，因此就對(dui)船(chuan)(chuan)舶用(yong)材料提出了特(te)殊的技術性(xing)要求(qiu)：①耐海水腐蝕性(xing)好(hao)。②高、低溫環(huan)境(jing)下(xia)穩定(ding)性(xing)好(hao)。③安全(quan)可(ke)靠，大承載(zai)、維(wei)修(xiu)少(shao)或維(wei)修(xiu)便捷，彎曲、焊接等可(ke)加(jia)工性(xing)好(hao)。

1、鈦及鈦合金作為船舶用材料的優點

鈦及鈦合金以其自身具備的優(you)良特性，幾乎滿足船(chuan)舶(bo)用(yong)材(cai)料(liao)的全(quan)部(bu)要求，堪稱一(yi)種接(jie)近完美的船(chuan)舶(bo)用(yong)材(cai)料(liao)。其優(you)點如下：

（1）質(zhi)輕，比強(qiang)度高

鈦的密度為4.5g/cm³ ，比鋁2.7g/cm³的密度高，比鐵7.9g/cm³ 的密度低，僅為鐵的57%。鈦的密度雖比鋁大不到2倍，但是強度是鋁的3倍。在工業工程應用中，選取比強度高的金屬時，鈦合金可作為首選材料。同種條件下，用鈦制造的深潛器下潛深度可達萬米，而鋼制深潛器下潛深度遠遠達不到。此外，鈦磁性為零，在任何強度的磁場中都不會受到干擾，因此在海上作戰時，采用水雷、魚雷等磁性雷攻擊武器，對于鈦合金制(zhi)造(zao)的(de)船體外殼毫無攻擊性，具有較好的(de)反監護作用，這(zhe)一特性深受軍(jun)事工(gong)程應(ying)用的(de)青睞。

（2）海洋(yang)性氣候環境(jing)下的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性好

當(dang)鈦(tai)合(he)金處于(yu)空氣和(he)(he)一(yi)(yi)些(xie)含(han)氧介(jie)質(zhi)中時，由(you)于(yu)鈦(tai)和(he)(he)氧具(ju)有(you)較強的親和(he)(he)力，表面(mian)能(neng)迅速形成(cheng)一(yi)(yi)層(ceng)致密(mi)、附著力強和(he)(he)穩定性(xing)好的氧化(hua)膜，在(zai)很多介(jie)質(zhi)中不易被破壞，從而對鈦(tai)基體起到保(bao)護作用(yong)(yong)。有(you)研(yan)究(jiu)表明：無論是在(zai)全浸區、潮差區、飛濺區還(huan)是海洋(yang)性(xing)氣候環境下(xia)，鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金分別在(zai)南(nan)海、北(bei)海、東海三個水(shui)域16年的腐蝕速率(lv)幾乎接近零。因此(ci)船舶采(cai)(cai)用(yong)(yong)鈦(tai)合(he)金制造一(yi)(yi)方面(mian)可以延長使用(yong)(yong)壽命，另(ling)一(yi)(yi)方面(mian)可以減(jian)少后期由(you)于(yu)表面(mian)發生腐蝕而采(cai)(cai)取防護處理(li)等(deng)的費用(yong)(yong)。

（3）優異的(de)綜合性能

鈦合(he)金可進行冷(leng)熱(re)成形(xing)、自由鍛造、擠壓及焊接等各(ge)種加(jia)工(gong)(gong)，具(ju)有良(liang)好的加(jia)工(gong)(gong)適(shi)應(ying)性(xing)(xing)。資料研究表(biao)明，鈦合(he)金在(zai)(zai)－60～20℃范圍(wei)內進行沖(chong)擊韌性(xing)(xing)試驗，本身不存在(zai)(zai)脆(cui)性(xing)(xing)轉變(bian)點。此(ci)外(wai)，與(yu)鋁合(he)金和鋼鐵相比，鈦合(he)金的耐(nai)熱(re)、耐(nai)低(di)溫(wen)性(xing)(xing)能和斷裂韌性(xing)(xing)最好。

2、鈦合金在船舶中的應用現狀

目前，對(dui)船用鈦合金進行專門研究并形成體系的國(guo)(guo)家主要(yao)有俄羅斯、美(mei)國(guo)(guo)、日本和中國(guo)(guo)。附表所(suo)示為國(guo)(guo)內外船舶上(shang)用鈦部位及常采(cai)用的合金。

俄羅斯(si)是世界上(shang)(shang)最早對鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)在船舶上(shang)(shang)的(de)(de)應用進行研究的(de)(de)國家(jia)，擁(yong)有可供工程應用參考（有關設計、選材和工藝等）的(de)(de)成(cheng)套體系文件。前(qian)蘇聯(lian)專(zhuan)家(jia)通過“帕(pa)(pa)帕(pa)(pa)”級全鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)巡航導(dao)彈試驗艇(ting)向世界展示了(le)采用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)制造攻(gong)擊型核潛(qian)艇(ting)的(de)(de)可行性。此后(hou)，俄羅斯(si)相(xiang)繼(ji)研究制造了(le)“梭魚”級和“禿鷹(ying)”級鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)潛(qian)艇(ting)。對俄羅斯(si)船用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)進行梳理發現(xian)：

俄羅斯船(chuan)用鈦合金(jin)牌號多、成(cheng)分簡(jian)單，多注(zhu)重合金(jin)系列(lie)與應用設計的統籌研究。

美國最(zui)先對航空用(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)進行研(yan)究(jiu)，后(hou)來在航空用(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)基礎上，根據船舶服役環境，形成了船用(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)體系，并(bing)成功地將鈦(tai)合(he)(he)金(jin)應(ying)用(yong)于各種動力的(de)潛(qian)艇、海水管路系統(tong)及(ji)深潛(qian)器(qi)的(de)耐壓殼(ke)體等，如Aivin號(hao)、Sea-Cliff號(hao)深潛(qian)器(qi)等。美國船用(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)牌(pai)號(hao)不及(ji)俄羅斯多，更重視應(ying)用(yong)如耐蝕性能的(de)提高(gao)等研(yan)究(jiu)。

日本對(dui)船用(yong)鈦合金的(de)研究應(ying)用(yong)發展迅速，目前(qian)主(zhu)(zhu)要應(ying)用(yong)的(de)牌號有純鈦、Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4VELI，主(zhu)(zhu)要應(ying)用(yong)于深潛器的(de)耐壓殼體、配管等(deng)。

我國最早于1962年對船(chuan)舶用鈦合(he)金進(jin)行研究(jiu)開發(fa)。經過數十年的發(fa)展，研究(jiu)、制(zhi)造水(shui)平均有(you)了很大提高，已從最初(chu)的仿(fang)制(zhi)國外牌(pai)號合(he)金，到現在的自(zi)主研發(fa)船(chuan)用鈦合(he)金體系，如(ru)TA2、TA5、Ti31、TiB19、Ti70和Ti631等。

目前(qian)，由中(zhong)船(chuan)重(zhong)工725所(suo)與寶雞鈦業、701所(suo)共同研制的Ti70合(he)金(jin)已成功應用在船(chuan)舶導(dao)流(liu)罩上。其中(zhong)值(zhi)得驕傲的是，我國高溫鈦鋁合(he)金(jin)材料(liao)于(yu)2016年6月20日取得重(zhong)大跨域性突破，其壽(shou)命(ming)優于(yu)美(mei)國1～2個(ge)數量級。

3、我國鈦合金在船舶中應用的發展趨勢

與發(fa)達國家相比(bi)，我國的(de)船(chuan)用(yong)鈦合金(jin)(jin)研究、應(ying)用(yong)均存在一定的(de)差距(ju)。目前，我國船(chuan)舶(bo)用(yong)鈦量占總質量的(de)比(bi)例還不足1%，而俄羅(luo)斯船(chuan)舶(bo)用(yong)鈦量已接近(jin)18%。隨著我國藍色(se)海(hai)洋(yang)戰略的(de)提出，海(hai)洋(yang)工程裝(zhuang)備勢必得到大力發(fa)展(zhan)(zhan)，那么被稱作“海(hai)洋(yang)金(jin)(jin)屬”的(de)鈦合金(jin)(jin)也將迎來快速發(fa)展(zhan)(zhan)期(qi)。下面主要從5個(ge)方面對鈦合金(jin)(jin)在船(chuan)舶(bo)中的(de)應(ying)用(yong)發(fa)展(zhan)(zhan)趨勢進行闡(chan)述：

（1）我(wo)(wo)國(guo)船用(yong)鈦(tai)合金(jin)體(ti)系(xi)雖然已形成，但是在(zai)船用(yong)鈦(tai)合金(jin)設計、選材(cai)(cai)和工(gong)藝等方面間的有(you)效(xiao)協調(diao)合作機制還不完善，材(cai)(cai)料評(ping)價(jia)標準比(bi)較缺乏，造成目前的應用(yong)水平處于(yu)分散、零星狀(zhuang)態，因此我(wo)(wo)們要整合現有(you)資(zi)源，完善并優(you)化(hua)鈦(tai)合金(jin)性能；建立系(xi)統的船用(yong)鈦(tai)合金(jin)評(ping)價(jia)體(ti)系(xi)和數據庫，促進(jin)其在(zai)船舶(bo)上穩定、高效(xiao)地使(shi)用(yong)。

（2）研(yan)究開發新的技(ji)(ji)術(shu)和工藝，并(bing)將計算機(ji)信息(xi)模擬技(ji)(ji)術(shu)逐漸推廣應用，盡量縮短制造周期，提高成(cheng)材率。如3D打印(yin)技(ji)(ji)術(shu)、激光(guang)快速成(cheng)形技(ji)(ji)術(shu)等。

（3）各行業(ye)人員改變對鈦合(he)金高(gao)成(cheng)本、高(gao)投入的(de)(de)觀(guan)念。近(jin)十年來，從(cong)原材(cai)料(liao)(liao)價(jia)格(ge)分析來看，海綿鈦的(de)(de)價(jia)格(ge)處(chu)于較低期，為鈦合(he)金市場的(de)(de)擴(kuo)(kuo)大提(ti)(ti)供了保障。按傳(chuan)統材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)服役周(zhou)期為2～10年計(ji)算，在苛刻的(de)(de)海洋性氣候環境下，服役期間的(de)(de)傳(chuan)統材(cai)料(liao)(liao)必須(xu)進行防腐處(chu)理(li)、維修(xiu)，甚至更換，后期費用將大大增加。而鈦合(he)金只需要進行簡單維護即可。此外，還可以通過以下途徑降(jiang)(jiang)低鈦及(ji)鈦合(he)金的(de)(de)生(sheng)產成(cheng)本，來擴(kuo)(kuo)大其在船舶行業(ye)的(de)(de)應用：①探索新的(de)(de)鈦提(ti)(ti)煉方法，或者通過添加一定量生(sheng)產過程中(zhong)的(de)(de)殘料(liao)(liao)，實現資(zi)源(yuan)二次利(li)用，并降(jiang)(jiang)低原材(cai)料(liao)(liao)成(cheng)本。

②設計新(xin)型合(he)金時盡量(liang)使用低價(jia)格合(he)金元素(su)，研(yan)制低成(cheng)本(ben)合(he)金等。

（4）由于船(chuan)用結構件(jian)多為(wei)焊接件(jian)，一般尺寸較大，因此開(kai)發(fa)船(chuan)用結構件(jian)相關的焊接工(gong)藝技術與焊接材料(liao)就顯得尤為(wei)重要。

（5）目(mu)前國內生(sheng)產的鈦(tai)粉多(duo)為中低檔產品(pin)，不(bu)能滿足(zu)高端客戶要求，高質量(liang)鈦(tai)粉仍需(xu)進(jin)(jin)口，大(da)大(da)增加了(le)成本價格。應組建專家(jia)團隊對此項技術進(jin)(jin)行(xing)攻(gong)關，自主研發高質量(liang)鈦(tai)粉。

4、結語

隨著科學技術的飛速發展，鈦合金成本逐漸降(jiang)低，在國家一(yi)系列政策的推動下，鈦(tai)及(ji)鈦(tai)合金在船舶中(zhong)的應用(yong)顯(xian)現出設備的輕(qing)量化、高速度及(ji)高的安全可靠性等諸多(duo)優勢，船用(yong)鈦(tai)合金必將迎(ying)來快速的發(fa)展(zhan)。

參考文獻：

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（收稿日期：20160701）