随着水师作战使命的变动，建造大型水面舰船及执行远洋编队作战对水师设备的发展提出了更高的要求，现急需发展合用于大型舰船用新型钛合金资料的设计开发工作
。 钛合金拥有强度高、耐高温、耐侵蚀等凸起利益，但由于其屈强比高，成形比力难题，在大型水面舰船防护结组织作中会遇到难以成形的问题
。另表，由于钛合金拥有高强度和低弹性模量，用通常成形步骤来实现状态较为复杂的或精度较高的防护构件比力难题
。

图 1.1 是带方形蜂窝眉山治结构的金属壳体模型，此结构在舰船受到爆炸冲击波时拥有较好的防护成效
。从图能够看出，选取传统的加工工艺难以实现该蜂窝眉山治结构的成形，但超塑性成形工艺是能够利用钛合金资料的超塑性和扩散衔接个性，在一次循环内实现既成形又衔接的加工工艺
。超塑性成形技术是钛合金成形的最有效的步骤之一，能够有效的加工出合用于舰船防护用蜂窝眉山治构件
。在大型舰船的建造设计中，可在关键部位使用该结构能有效提高舰船招架爆炸冲击波的能力，进而提高舰船的战斗力和性命力
。

鉴于钛合金拥有良好的综合机能，在战斗舰艇的建造设计过程中可发展全钛合金舰艇的设计钻研工作
。通过设计建造超高速全钛合金战斗舰艇、扫雷艇等幼型舰艇的钻研开发工作，为更大吨位的大型钛合金舰船的设计、建造堆集经验
。

在造作舰船用污水网络装置时，可选取钛合金造作污水井
。钛合金在氧化性空气中，易于钝化，在金属表表会天生致密的氧化膜，能够有效解决污水网络装置易侵蚀的问题
。在海水或通常污水中，钛合金能够以为是不会被侵蚀的金属资料，极易适合造作舰船上的污水井，用钛合金造作的污水网络装置能够持久使用
。图 1.2 是已研造出迪胙合金污水井样件，还必要进行舰船造作施工工艺的改进，在解决舰船造作施工方面的部门问题后能够全面推广至舰船污水网络装置的利用中
。

大潜深是潜艇未来的发展方向，在大潜深潜艇的设计造作过程中，通海管路系统及设备在不增长沉量的情况下，提高其耐压能力是关键技术之一
。钛合金拥有低密度、高强度的优越个性，极度适合大潜深潜艇的设计造作要求
。在潜艇的设计建造当选取钛合金资料可大大减轻潜艇管系和设备沉量，在不增长沉量的情况下还能提高其耐压能力，所以在大潜深潜艇的管路系统上使用钛合金资料拥有极度重要意思
。

在新型舰船上，选取钛合金资料造作海水管系，可大幅度降低守护成本、耽搁服役寿命、更可提高海水管系的安全性，同时可为新设计的舰船带来沉量和空间上的方便
。

在舰船造作领域可选取钛合金资料的构件重要蕴含：蓄电池底舱预埋管、污水及水下厕所管路、燃油补充管路、主疏水系统管路、海水冷却系统管路，并可持续开发与管系配套迪胙合金管路附件、阀件，蕴含三通、四通系列，法兰系列，螺纹接头，变径管系列，弯头系列，双面焊接座板系列，焊接支管座系列等
。

一、国内表舰船用钛合金钻研近况

1、俄罗斯舰船用钛合金

俄罗斯在舰船领域用钛合金的钻研和利用中，形成了 490MPa、590MPa、690MPa、790MPa 等分歧强度级此外钛合金产品，占有舰船领域专用迪胙合金系统，处于世界当先水平
。俄罗斯舰船用钛合金的重要商标有 40、5B、23а、OT4-1B、ПT-1M、ПT-7M、ПT-3B 等钛合金产品
。俄罗斯研造的舰船用钛合金均拥有优良的室温拉伸机能、冲击机能、工艺机能和焊接机能
。在舰船用钛合金的开发研造过程中，为了提高钛合金抗缝隙侵蚀能力，俄罗斯还开发研造了含有罕见元素如 Ru、Pd、Pt 等元素的新型钛合金
。

俄罗斯在选取钛合金资料造作核潜艇的技术上也处于世界当先水平，是最早选取钛合金资料造作核潜艇耐压壳体的国度[
。从 20 世纪 60 年代起，俄罗斯现已造作的核潜艇已有 4 代，在 1968年12月俄罗斯造作的世界第一艘 K162 号全钛核潜艇顺利下水
。该潜艇的造作过程中使用了大量迪胙合金板材、管材、锻件，蕴含巨大的焊接结构壳体、巨大的管路系统以及各类装置和机械设备的所有装置均由钛合金资料造作
。截至目前，该潜艇在海洋环境变动和接受分歧载荷的恶劣的环境下已服役 40 余年，其各类装置及设备均未出现沉大问题
。俄罗斯在 1970年造作了第一艘“ALFA” 级核潜艇，又在上世纪 80 年代相继造作多艘核潜艇，每艘用钛量约 3 千吨，最大下潜深度约 914 米，在核潜艇的服役过程中，显示出了既轻又快、机动机能高效的多种利益
。

钛合金在舰船领域使用的典型例子是俄罗斯“台风”级战术核潜艇的造作与服役，该潜艇按钛合金的双壳结构进行设计建造，仅内表双壳结构用钛量高达 9 千吨
。该潜艇选取钛合金的双壳结构设计在减轻构件沉量的同时，还拥有优良的隔音成效，且具备下潜深度大（约 500 m）、持续续航功夫长（约 120 天）、航行速度快（约每幼时 50 km），排水量大（水上排水量约 23200 t，下潜排水量约 33800 t）且无磁性等诸多利益
。

除在耐压壳体结构及设备上使用钛合金之表，俄罗斯在破冰船的核动力装置系统（泵阀、管路、热互换器、冷凝器等）中也大量使用了钛合金
。从多年的使用情况可知，钛合金优异的耐蚀机能，可有效耽搁舰船领域各类设备的使用寿命和服役寿命
。

由于钛合金资料强度高且密度幼，结构板厚薄，透声机能好，抗冲击机能强，俄罗斯航空母舰和水面舰船等球鼻首导流罩险些全数选取钛合金造作，钛合金导流罩有效保障了其反潜能力的杰出阐扬
。

2、美国舰船用钛合金

美国水师最早在 1950 年起头关注钛合金资料可能在舰船领域进行工业利用的可能性，从 1963 年起头进行了大量的工业利用钻研
。美国在舰船领域用钛合金研造中，先后在民用船只、水面艇和潜艇造作中逐步利用了中强度级此外钛合金资料
。从 80 年代起头，在舰船领域用钛合金研造中，美国起头了高强度级别钛合金的利用研发工作
。在舰船造作中，除声呐导流罩表，在海水管路系统、动力装置系统、消防系统、蕴含排电扇、弹簧等大型设备和结构零件中也选取钛合金造作
。

美国经过多年舰船用钛合金的工业利用钻研，成功研造了一大批舰船用钛合金，重要迪胙合金商标有高强度级此外 Ti 6A1 2Nb 1Ta 0.8Mo 和 Ti 3Al 8V 6Cr 4Mo 4Zr 钛合金，中强度级此外 Ti 6Al 4V、Ti 6Al 4V ELI 和 Ti 3A1 2.5V 钛合金，低强度级此外 Ti 0.8Ni 0.3Mo 等多种钛合金产品
。

美国在工业造作可行性分析打算中，成本核算是开工造作的沉要衡量指标之一，只管钛合金资料的前期投入成本高于 Cu-Ni 等其他金属资料成本，但钛合金的守护用度较其他金属资料的成本低
。为此，美国在舰船用钛合金工业造作可行性钻研分析后，在 LPD-17 船的海水管系设计中依然选用了钛合金管路及阀门[，注明钛合金资料在舰船领域的利用价值极度可观
。

在舰船用钛合金的工业利用研造中，Timet 公司研造开发了一种舰船用近?型钛合金 Timetal 5111(Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si)，其即有优于 Ti-6Al-4V 钛合金 3 倍的高韧性、还可进行大规格型材焊接的优良焊接机能，还有优良的抗应力侵蚀机能
。Timet 公司为了提高该合金的耐缝隙侵蚀机能，又在 Timetal 5111 合金基础上增长了 0.05%Pt，微量 Pt 元素的参与显著的提高了 Timetal 5111 合金的耐缝隙侵蚀机能，该合金已宽泛用于美国舰船造作业
。

3、日本舰船用钛合金

由于汗青的原因，日本在舰船领域用钛合金的钻研开发工作中，重要集中在深潜器的耐压壳体钻研中
。为了增长深潜器的下潜深度，日本在造作深潜器的过程当选取迪胙合金重要有 Ti-6Al-4V 和 Ti-6Al-4V ELI
。 日本选取 Ti-6Al-4V 钛合金厚板造作厚度为 110 mm、壳体直径为 2000 mm、壳体沉量为 5 t 的“深海 6500”调查船的下潜深度可大 6500 m
。该壳体的造作共使用了 9 t 的 Ti-6Al-4V 钛合金铸锭，再经铸造、轧造成厚度为 110 mm、宽度为 3400 mm 的厚板后，经热成形工艺将其弯曲成半球形，再用电子束焊接将其焊接成近球形，利用机械加工的方式使耐压壳体成等高度的近球形壳体
。钛合金耐压壳体在提高安全系数的技术上，大幅度增长了深潜器的下潜深度
。

日本钢铁公司、Toho 技术公司、Eto 造船公司选取钛合金结构件、船壳、船面成功造作了钛合金渔船，其守护用度低，保养功夫少，能够持久不变的进行出海作业
。在舰船用钛合金钻研方面，日今天生工业公司还用钛合金造作了长约 12m的“泰坦急剧号”快艇，快艇迪胙合金船体结构为美丽的三次元曲线，在大幅度降低快艇沉量的同时，削减了快艇的航行阻力，提高了航行速度
。

日本的江藤造船所，经过舰船用钛合金的持久钻研，造作了日本首艘全钛船只，通过下水试船检验，了局批注：使用钛合金造作的船只，船速不变性振动和噪声等机能优良，并且船体质量轻、可用幼功率发起机，大量节俭了燃料用度、也削减了二氧化碳的排放量，更因钛合金耐侵蚀，在造作过程中不必要进行表表涂层、且附着物易算帐
。

4、我国舰船用钛合金钻研

我国于 60 年代起头进行舰船用钛合金的钻研开发工作，出格是近年来在舰船用钛合金的钻研利用中获得了较大成功，质量水平也得到了很大提升，并形成了我国舰船用钛合金系统，现已可实现工业化批量出产钛合金板材、棒材、管材、饼材、环材、丝材和铸件等多种大局产品，可满足肯定强度级别舰船用钛合金的需要
。我国舰船用钛合金系统重要按屈服强度等级进行划分，有低强度钛合金（在490MPa 以下）、中强度钛合金（在 490-790MPa）和高强度钛合金（790MPa 以上）三个级别
。

低强度钛合金塑性较好，重要合用于造作管材
；中强度钛合金强、塑、韧性两全，工艺机能较好，重要合用于造作大厚截面结构件
；高强钛合金的塑性相对较低、冷加工成形机能和可焊接机能较差，重要合用于造作耐蚀部件、耐热部件以及特种机械件
。目前，我国舰船用钛合金重要有：纯钛、TA5（685MPa 级）、TA22（635MPa 级）、TA23（700MPa）、TA24（730MPa）、Ti-6AI-3Nb-1Mo(785MPa 级)、ZTi60（590MPa 级）、TA36（780MPa 级）等钛合金，能够满足我国舰船用钛合金的根基需要
。

从 90 年代起头，我国对声纳导流罩用钛合金进行了钻研开发，目前已研造出合用于造作声纳导流罩的两种近 α 型钛合金：Ti-91 和 TA23 钛合金[3]，经过多年多型舰艇的使用证明，钛合金声纳导流罩综合机能优越
。此表，我国也发展了钛合金潜望镜、舰载雷达和电子设备、鱼雷发射水缸、
；淙雌鳌⑸ɡ拙摺⒂憷追⑸涓哐蛊恳约捌渌谩⒎У冉⒋妙押辖鸬淖暄
。

二、国内与国表舰船用钛合金钻研存在的不及

我国舰船用钛合金的强度级别和利用领域与国表舰船用钛合金相当，但目前我国舰船用钛合金产品种类和规格还不美满，造作技术和加工工艺水平相比国表当先企业相对落后
。以钛合金在潜艇上的使用情况为例，我国钛合金在潜艇上重要作为防侵蚀资料来利用，且仅在侵蚀最为严沉的柴油机进排气系统中进行了推广使用，而国表在设计潜艇的防腐规划时，钛合金为耐蚀资料的首选资料，钛合金在我国潜艇上的使用推广还极度有限
。另一方面，我国舰船用钛合金在声呐导流罩和透声窗的推广利用还存在不及之处，出格是在潜艇造作中尚未成功利用，而国表钛合金声呐导流罩和透声窗以得到大量推广和成熟利用，我国从俄罗斯引进的潜艇上声呐导流罩均选取钛合金造作
。我国与国表舰船用钛合金的利用钻研相比，存在的不及和差距重要表此刻以下几个方面：

（1）我国造船业发展半个世纪以来，钢结构的设计技术已经相对成熟，但对于钛合金的结构设计技术把握不全，需在资料选型、结构尺寸推算、施工设计等方面深刻钻研，出格是钛-钢一体化设计方面，成立一系列适合钛合金结构设计的规范和尺度，充分利用钛合金资料特点，确保结构设计质量
。

（2）在声呐导流罩用钛合金设计方面，结构声学设计一向是跨专业的难题，我国可在对钛合金结构机能钻研的基础上，资料研发人员结合结构声学设计人员，结合声呐导流罩的现实工作情况，凭据声学道理，发展钛合金的结构透声钻研，提高钛合金产品的结构声学机能
。我国目前针对设备频段迪胙合金结构声学设计技术还与国际先进水平存在较大差距
。

（3）我国舰船用钛合金资料的设计和研发，重要针对舰船领域特殊设备和用处进行研造，好比柴油机排气系统、球鼻首蹬酌钛合金资料的研造，尚未成立全船通用型钛合金资料系统
。

（4）我国舰船用钛合金资料的造作水平和质量不变性固然有了较大的提高，但与国表先进企业的造作水平和产品质量相比存在着肯定的差距
。在双曲面板块的成形、焊接变形节造、金属影象回弹变形节造方面，我国还尚未齐全把握节造有关造作技术，限度了钛合金资料在舰船装置复杂、空间狭幼工况下的造作和装置使用，而国表可在全舰船复杂的海水管路系统中成熟利用钛合金
。

（5）我国钛合金与其他金属相互链接和装配时，对电绝缘防护技术把握不及，限度了钛合金资料的推广利用，我国现以加装绝缘垫片方式进行电绝缘防护的工艺设计复杂，又增长了钛合金与其他金属之间的电绝缘防护难度，对于舰船复杂结构链接时还无法正常执行
。