鈦合金在我國海洋戰略發展中的應用

海洋工程用材料，要求必須具有高強度、耐海水熱液腐蝕、抗硫化腐蝕、抗微生物附著、高韌性等特點。而鈦質輕、高強、耐蝕，特別對鹽水或海水和海洋大氣環境的侵蝕有免疫能力，是優質輕型結構材料，被稱為“海洋金屬”，是重要的戰略金屬材料。鈦在海洋工程中具有廣泛的用途，特別適于做輕型海工裝備，是海洋工程領域的新型關鍵材料之一，因此，充分利用海洋材料——鈦及鈦合金，將有助于國家海洋戰略的發展。

鈦合金用于艦船工業始于上世紀60年代，比鈦在航空工業的應用大約晚10年。美國、俄羅斯、日本及中國是最早從事鈦在艦船領域應用研究的國家。用鈦制造的船體與以前用的纖維增強塑料、鋁合金、鋼等材料相比船體輕，可增加有效載入重量，使用壽命長，幾乎不需要維修，且易于清除表面附著的海洋生物。如日本鋼鐵公司、Toho技術公司和Eto造船公司建造的鈦漁船，其船殼、甲板和結構件均用鈦制造。艦艇上的泵、閥及管道，由于工作條件非常惡劣，使用銅、不銹鋼制造管路只有2～5年壽命。鈦具有優良的抗腐蝕和剝蝕破壞能力、良好的屈服強度和較低的密度，因此，可以用它來制作薄壁、小直徑管路、閥及其他配件等。用鈦材制造艦船的管路和配件，不但可以減輕重量，而且還可顯著延長系統壽命并提高使用可靠性。如鈦冷凝管與B30冷凝管相比密度降低近1/2。軍艦使用鈦合金管道和設備的經驗表明，鈦合金材料無論是在機械強度方面，還是在耐海水腐蝕方面都有很高的可靠性。鈦合金管道、閥門、泵及其他配件等產品的腐蝕壽命不小于1.2h×105h，服役期限不少于40年。鈦合金制各種泵、閥、管的使用壽命遠遠大于銅或不銹鋼制品。

我國在上世紀60年代就進行了螺旋槳的研究，于1972年研制成水翼快艇螺旋槳，至今已生產直徑為450mm～1100mm各類鈦合金螺旋槳，最大可生產直徑為1200mm，質量達130kg的固定鈦合金螺旋槳。我國研制的25型魚雷快艇選用鈦合金代替了原來的AK-27鋼和銅合金，重量減輕了30%～40%，壽命提高了數倍，無需表面涂層，海洋生物容易清洗，且維修保養方便。用鈦合金制作艦船的螺旋槳和槳軸可以提高推進速度，延長使用壽命。美國已經在多種艦船上使用了鈦合金螺旋槳。如美國的水翼艇上就使用了直徑為1500mm、四葉可拆式超空泡鈦合金螺旋槳。鈦合金也是艦船噴水推進裝置的優異材料。日本的魚雷艇“PT-10”號就是采用Ti-6Al-4V合金噴水推進裝置，在保證轉速不變情況下，軸徑由95mm減少至75mm，重量減輕了600kg。俄羅斯制造的原子動力破冰船的動力裝置也使用了鈦制蒸汽發動機。使用鈦合金可使其發動機使用壽命延長數10倍以上。此外，在艦船發動機部件如發動機盤和轉子葉片上也使用了大量鈦合金材料。使用鈦合金動力推進裝置，還可以克服采用銅合金所造成的航行時切割地球磁力線而產生較大的感應電流和不利于掃除磁性水雷的缺陷。熱交換器、冷凝器、冷卻器、蒸發器的管線系統、閥等均可采用鈦制造，用鈦制造的設備的無維修使用壽命可達10萬小時以上，且不會釋放有害物，對環境友好，而銅基合金由于腐蝕會對環境釋放有害的銅離子。2016年10月，國家重點研發計劃項目《低成本高耐蝕鈦及鈦合金管材與高品質鈦帶制造技術開發及應用》在昆明啟動，項目由昆明鋼鐵控股有限公司下屬的云南鈦業股份有限公司牽頭承擔。該項目為滿足國家戰略需求，以海洋石油鉆井平臺、海水淡化、大型船艦工程等重大工程為應用背景，針對我國在鈦及鈦合金管材的開發與應用方面與國外存在的差距，以及急需突破的相關制造技術，通過研發實現工程應用。