船舶的服役環(huán)境為苛刻的海洋性氣候，由于長(cháng)時(shí)間接觸海水，船體及其設備、構件（如高溫排氣管、海水閥和泵、螺旋槳等）很容易被腐蝕，對其采取防護措施又極其繁瑣和困難，因此就對船舶用材料提出了特殊的技術(shù)性要求：①耐海水腐蝕性好。②高、低溫環(huán)境下穩定性好。③安全可靠，大承載、維修少或維修便捷，彎曲、焊接等可加工性好。

1、鈦及鈦合金作為船舶用材料的優(yōu)點(diǎn)

鈦鍛件、鈦絲等鈦及鈦合金以其自身具備的優(yōu)良特性，幾乎滿(mǎn)足船舶用材料的全部要求，堪稱(chēng)一種接近完美的船舶用材料。其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）質(zhì)輕，比強度高。

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(yè)工程應用中，選取比強度高的金屬時(shí)，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(wàn)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(chǎng)中都不會(huì )受到干擾，因此在海上作戰時(shí)，采用水雷、魚(yú)雷等磁性雷攻擊武器，對于鈦合金制造的船體外殼毫無(wú)攻擊性，具有較好的反監護作用，這一特性深受軍事工程應用的青睞。

（2）海洋性氣候環(huán)境下的耐腐蝕性好。

當鈦合金處于空氣和一些含氧介質(zhì)中時(shí)，由于鈦和氧具有較強的親和力，表面能迅速形成一層致密、附著(zhù)力強和穩定性好的氧化膜，在很多介質(zhì)中不易被破壞，從而對鈦基體起到保護作用。有研究表明：無(wú)論是在全浸區、潮差區、飛濺區還是海洋性氣候環(huán)境下，鈦及鈦合金分別在南海、北海、東海三個(gè)水域16年的腐蝕速率幾乎接近零。因此船舶采用鈦合金制造一方面可以延長(cháng)使用壽命，另一方面可以減少后期由于表面發(fā)生腐蝕而采取防護處理等的費用。

（3）優(yōu)異的綜合性能。

鈦合金可進(jìn)行冷熱成形、自由鍛造、擠壓及焊接等各種加工，具有良好的加工適應性。資料研究表明，鈦合金在－60～20℃范圍內進(jìn)行沖擊韌性試驗，本身不存在脆性轉變點(diǎn)。此外，與鋁合金和鋼鐵相比，鈦合金的耐熱、耐低溫性能和斷裂韌性最好。

2、鈦合金在船舶中的應用現狀

目前，對船用鈦合金進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究并形成體系的國家主要有俄羅斯、美國、日本和中國。附表所示為國內外船舶上用鈦部位及常采用的合金。

俄羅斯是世界上最早對鈦合金在船舶上的應用進(jìn)行研究的國家，擁有可供工程應用參考（有關(guān)設計、選材和工藝等）的成套體系文件。前蘇聯(lián)專(zhuān)家通過(guò)“帕帕”級全鈦合金巡航導彈試驗艇向世界展示了采用鈦合金制造攻擊型核潛艇的可行性。此后，俄羅斯相繼研究制造了“梭魚(yú)”級和“禿鷹”級鈦合金潛艇。對俄羅斯船用鈦合金進(jìn)行梳理發(fā)現：

俄羅斯船用鈦合金牌號多、成分簡(jiǎn)單，多注重合金系列與應用設計的統籌研究。

美 國 最 先 對 航 空 用 鈦 合 金進(jìn)行研究，后來(lái)在航空用鈦合金的基礎上，根據船舶服役環(huán)境，

形成了船用鈦合金體系，并成功地將鈦合金應用于各種動(dòng)力的潛艇、海水管路系統及深潛器的耐壓殼體等，如Aivin號、Sea-Cliff號深潛器等。美國船用鈦合金牌號不及俄羅斯多，更重視應用如耐蝕性能的提高等研究。

日本對船用鈦合金的研究應用發(fā)展迅速，目前主要應用的牌號有純鈦、Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4VELI，主要應用于深潛器的耐壓殼體、配管等。

我國最早于1962年對船舶用鈦合金進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)數十年的發(fā)展，研究、制造水平均有了很大提高，已從最初的仿制國外牌號合金，到現在的自主研發(fā)船用鈦合金體系，如TA2、TA5、Ti31、TiB19、Ti70和Ti631等。

目前，由中船重工725所與寶雞鈦業(yè)、701所共同研制的Ti70合金已成功應用在船舶導流罩上。其中值得驕傲的是，我國高溫鈦鋁合金材料于2016年6月20日取得重大跨域性突破，其壽命優(yōu)于美國1～2個(gè)數量級。

3、 我國鈦合金在船舶中應用的發(fā)展趨勢

與發(fā)達國家相比，我國的船用鈦合金研究、應用均存在一定的差距。目前，我國船舶用鈦量占總質(zhì)量的比例還不足1%，而俄羅斯船舶用鈦量已接近18%。隨著(zhù)我國藍色海洋戰略的提出，海洋工程裝備勢必得到大力發(fā)展，那么被稱(chēng)作“海洋金屬”的鈦合金也將迎來(lái)快速發(fā)展期。下面主要從5個(gè)方面對鈦合金在船舶中的應用發(fā)展趨勢進(jìn)行闡述：

（1）我國船用鈦合金體系雖然已形成，但是在船用鈦合金設計、選材和工藝等方面間的有效協(xié)調合作機制還不完善，材料評價(jià)標準比較缺乏，造成目前的應用水平處于分散、零星狀態(tài)，因此我們要整合現有資源，完善并優(yōu)化鈦合金性能；建立系統的船用鈦合金評價(jià)體系和數據庫，促進(jìn)其在船舶上穩定、高效地使用。

（2）研究開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和工藝，并將計算機信息模擬技術(shù)逐漸推廣應用，盡量縮短制造周期，提高成材率。如3D打印技術(shù)、激光快速成形技術(shù)等。

（3）各行業(yè)人員改變對鈦合金高成本、高投入的觀(guān)念。近十年來(lái)，從原材料價(jià)格分析來(lái)看，海綿鈦的價(jià)格處于較低期，為鈦合金市場(chǎng)的擴大提供了保障。按傳統材料的服役周期為2～10年計算，在苛刻的海洋性氣候環(huán)境下，服役期間的傳統材料必須進(jìn)行防腐處理、維修，甚至更換，后期費用將大大增加。而鈦合金只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單維護即可。此外，還可以通過(guò)以下途徑降低鈦及鈦合金的生產(chǎn)成本，來(lái)擴大其在船舶行業(yè)的應用：①探索新的鈦提煉方法，或者通過(guò)添加一定量生產(chǎn)過(guò)程中的殘料，實(shí)現資源二次利用，并降低原材料成本。②設計新型合金時(shí)盡量使用低價(jià)格合金元素，研制低成本合金等。

（4）由于船用結構件多為焊接件，一般尺寸較大，因此開(kāi)發(fā)船用結構件相關(guān)的焊接工藝技術(shù)與焊接材料就顯得尤為重要。

（5）目前國內生產(chǎn)的鈦粉多為中低檔產(chǎn)品，不能滿(mǎn)足高端客戶(hù)要求，高質(zhì)量鈦粉仍需進(jìn)口，大大增加了成本價(jià)格。應組建專(zhuān)家團隊對此項技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，自主研發(fā)高質(zhì)量鈦粉。

4、結語(yǔ)

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鈦合金成本逐漸降低，在國家一系列政策的推動(dòng)下，鈦及鈦合金在船舶中的應用顯現出設備的輕量化、高速度及高的安全可靠性等諸多優(yōu)勢，船用鈦合金必將迎來(lái)快速的發(fā)展。

參考文獻：

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