鈦合金在我國海洋戰(zhàn)略發(fā)展中的應(yīng)用

海洋工程用材料，要求必須具有高強(qiáng)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(diǎn)。而鈦質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐蝕，特別對(duì)鹽水或海水和海洋大氣環(huán)境的侵蝕有免疫能力，是優(yōu)質(zhì)輕型結(jié)構(gòu)材料，被稱為“海洋金屬”，是重要的戰(zhàn)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(lǐng)域的新型關(guān)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(zhàn)略的發(fā)展。

鈦合金用于艦船工業(yè)始于上世紀(jì)60年代，比鈦在航空工業(yè)的應(yīng)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(lǐng)域應(yīng)用研究的國家。用鈦制造的船體與以前用的纖維增強(qiáng)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(shù)公司和Eto造船公司建造的鈦漁船，其船殼、甲板和結(jié)構(gòu)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(yōu)良的抗腐蝕和剝蝕破壞能力、良好的屈服強(qiáng)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(tǒng)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(shè)備的經(jīng)驗(yàn)表明，鈦合金材料無論是在機(jī)械強(qiáng)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(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅或不銹鋼制品。

我國在上世紀(jì)60年代就進(jìn)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(chǎn)直徑為450mm～1100mm各類鈦合金螺旋槳，最大可生產(chǎn)直徑為1200mm，質(zhì)量達(dá)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(shù)倍，無需表面涂層，海洋生物容易清洗，且維修保養(yǎng)方便。用鈦合金制作艦船的螺旋槳和槳軸可以提高推進(jìn)速度，延長使用壽命。美國已經(jīng)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(jìn)裝置的優(yōu)異材料。日本的魚雷艇“PT-10”號(hào)就是采用Ti-6Al-4V合金噴水推進(jìn)裝置，在保證轉(zhuǎn)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(dòng)力破冰船的動(dòng)力裝置也使用了鈦制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)。使用鈦合金可使其發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命延長數(shù)10倍以上。此外，在艦船發(fā)動(dòng)機(jī)部件如發(fā)動(dòng)機(jī)盤和轉(zhuǎn)子葉片上也使用了大量鈦合金材料。使用鈦合金動(dòng)力推進(jìn)裝置，還可以克服采用銅合金所造成的航行時(shí)切割地球磁力線而產(chǎn)生較大的感應(yīng)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(fā)器的管線系統(tǒng)、閥等均可采用鈦制造，用鈦制造的設(shè)備的無維修使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上，且不會(huì)釋放有害物，對(duì)環(huán)境友好，而銅基合金由于腐蝕會(huì)對(duì)環(huán)境釋放有害的銅離子。2016年10月，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《低成本高耐蝕鈦及鈦合金管材與高品質(zhì)鈦帶制造技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用》在昆明啟動(dòng)，項(xiàng)目由昆明鋼鐵控股有限公司下屬的云南鈦業(yè)股份有限公司牽頭承擔(dān)。該項(xiàng)目為滿足國家戰(zhàn)略需求，以海洋石油鉆井平臺(tái)、海水淡化、大型船艦工程等重大工程為應(yīng)用背景，針對(duì)我國在鈦及鈦合金管材的開發(fā)與應(yīng)用方面與國外存在的差距，以及急需突破的相關(guān)制造技術(shù)，通過研發(fā)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。