舰船是一种水上交通运输工具，是一种复杂的水上工程构筑物，它能以肯定的速度将其有效载荷从一个处所运送到另一个处所 [1] 。为了保障舰船的使用性和航行性，必须拥有强固的船体结构和各类设备装置、机械、仪器仪表、武备以适应各类需要 [2] 。舰船是水师最沉要的设备，是海上运输、战斗的平台，要求建造舰船的资料能耐海水、海洋大气的侵蚀，比强度高，塑韧性及加工工艺适应性好 [3] 。舰船整体结构复杂，使用资料种类规格多、质量大。选择机能优异的资料造作舰船是组成水师设备齐全性和先进性的基础，舰 船设备发展主体资料的机能直接影响水师整个系统的运杏注守护和安全？⒏呋艿南冉峁棺柿匣峒忧拷⒋髡侥芰徒档头役期的成本。钛及其合金密度幼、沉量轻、比强度高、耐海水及海洋大气侵蚀。

此表，它还拥有无磁性、透声、抗冲击震荡，可加工性好等特点，是一种优良的船舶结构资料 [4] 。钛及其合金在船舶中的利用领域极度宽泛，如船体结构件，深海调查船及潜艇耐压壳体、管路、阀及配件，动力驱动装置中的推动器和推动器轴，热互换器、冷凝器、冷却器，舰船声纳导流罩、螺旋桨等 [5-7] 。

舰船领域用钛在我国起步较晚，技术、设备、利用等方面还存在一些问题，但经过钛科技工作者多年的钻研及推广利用，已经形成了我国自主的舰船钛合金系统，并已获得了多方面的利用 [8～ 10] 。

本文介绍了钛合金资料个性及舰船对资料的特殊要求；论说了我国舰船钛合金系统、舰船钛合金研造及利用近况；分析了我国舰船钛合金利用中存在的问题。

1、舰船对资料的要求和钛及其合金的机能

舰船及其设备工作前提特殊：持久浸泡在海水和海洋大气环境中；很多设备和构件（如高速螺旋桨、轴、舵、阀、海水泵、热互换器、高温排气管等）易受侵蚀而不易；；在使用中要求资料耐侵蚀性高、寿命长、安全靠得住、大承载、少维建。舰船各系统装置复杂，所用资料种类杂、规格多而大，所以舰船资料应拥有耐蚀性、耐久性、牢固性、靠得住性及不变性等多方面特殊的技术机能。

舰船在运行过程中需接受沉力、浮力、摇曳时的惯性力、风浪的冲击力等各类表力作用，不允许产生较大的变形和粉碎，因而船舶资料首吓爪拥有匹配优良的力学机能：强度出格是屈服强度高的资料可削减船体和各结构件的断面积，降低资料亏损，从而达到船体质量减轻、增长载沉和提高航速的主张，拥有较高屈服强度的资料对造船意思沉大 [11] 。为了提高潜艇的潜水深度，有效预防反舰兵器的攻击，也必要提高资料的强度。另表，船体及各结构件状态复杂，造作过程中资料要接受冷热交替及弯曲成型，舰船在航行过程中不成预防会际遇部门受力的情况（如航行时经；嵊龅椒绫┑纫獗硎挛，使船舶遭逢波浪等强烈的冲击），为了保险其靠得住性，要求资料必须拥有优良的塑性。钻研发现，船舶产生海损变乱的沉要原因是资料脆性断裂引起的。因而资料要拥有高的断裂韧性、优良的冲击韧性，能力确保舰船的技、战术机能和航行的绝对安全。

其次舰船终年航行在波浪升沉的海洋中，持久反复受到交变应力的作用及海水和海洋大气侵蚀，因而舰船资料不只有有优异的耐侵蚀机能，并且还要有较高的耐委顿强度，以免产生侵蚀及委顿败坏。

舰船资料还要拥有优良的战术技术机能：如抗弹性、减震抗噪性、耐冷热性、透声性、无磁性、抗放射性、抗海生物成长和易于断根海生物（放射传染物）等。

现代造船中，无论是船体结构、动力装置还是兵器设备的建造，均必要涉及机械加工、冷热成型、弯曲、铸造、铸造和焊接成型等等造作伎俩，这就要求船舶资料还要拥有优良的弯曲、成型、机加工、焊接等综合加工工艺适应机能 [12-21] 。另表舰船用材种类规格多、质量要求高、且要求低成本，并要能保障大量供给，所以舰船资料还应经济、实用。

金属钛作为工程资料仅有 50 多年的汗青，但由于其拥有无与伦比的特殊机能而迅速在各行各业得到了利用。钛合金险些拥有前述舰船资料所要求的全数个性，所所以船舶资料的梦想选择。

首先钛拥有特殊的物理机能：密度低，为 4.5g/cm 3 ，仅为钢的 57%，属轻金属；熔点较高，达（1668±5）℃；热导率和线膨胀系数均较低，热导率仅为铁的 1/4、铜的 1/7、但比不锈钢和镍基合金高 [22] ；无磁，即便在强磁场下也不会磁化；在 0.49 K 低温时拥有超导电性；抗核辐射性好，其辐射脆性很幼，且可预防由辐射引起的有害二次辐射问题；高的透声系数，达0.85 以上；优异的抗冲击机能，抗冲击系数达 0.63 以上，是 B30 的 4 倍以上，是镍基高温合金的 2.5 倍以上；优良的抗弹机能：钛只管密度低，但弹性模量也低，仅为钢的 1/2，而强度、韧性高，所以抗弹机能良好。

其次，钛拥有优异的耐侵蚀机能，是一种非；钤厩矣涤星苛叶刍畹慕鹗，平衡电位很低，在各类介质中热力学很活跃，反映的热力学趋向大 [22] 。但由于钛和氧的亲和力很高，在空气和含氧介质中表表能迅速形成一层致密、附着力强、惰性大的氧化膜，；ち嘶宀槐磺质，即便受到机械磨损，也会很快自愈或再生，以至其拥有优异的耐介质侵蚀机能，实际已经充分证明在海水及海洋大气环境下，钛材的耐侵蚀机能优异。

第三，钛合金拥有匹配优良的力学机能，比强度高、塑性好，在–253℃～600℃领域内，它的比强度（抗拉强度/密度）在金属资猜中险些最高；冲击韧性优良，在–60℃～20℃领域内，无显著的脆性转变点；断裂韧性较高，断裂韧性在80～110 MPa·m 1/2 之间，从比韧度（K I /R p0.2 ） 2 与（R p0.2 /ρ）的关系曲线能够看出，钛的断裂韧性最高，钢次之，铝合金最差；委顿强度高，对于船舶大型焊接结构和壳体，产生高应力低周数粉碎时的应力循环周数通常不超过10 5 周，而钛材均在10 7周以上。表1是各类舰船用金属资料的屈强比和比强度。从表1能够看出，几种舰船资猜中钛材的屈强比和比强度最高，是未来舰船资料利用的发展方向 [23, 24] 。

2、舰船钛合金系统与分析

钛材作为一种优良的船舶资料，列国水师及造船业对其十吩祺沉，先后研造出了系列的船用钛合金。

俄罗斯、美国和中国是最早专门从事舰船用钛合金钻研的国度，并各自形成了自己的船用钛合金系统 [25, 26] ，日本钛合金民用船只研发活跃，世界上第一艘钛造渔船于 1998 年 10 月 12 日下水，船名为第二朝日丸 [27] 。

我国舰船钛合金的钻研开发最早起头于1962年。经过四十多年的发展，其钻延注造作水平有了很大提高，现已形成了我国专用的船用钛合金系统，已能批量出产板、管、锻件、中厚板、各类环材、丝、铸件等多种大局的产品，可满足分歧强度级别和分歧部位的要求。表2是我国现已形成的专用舰船钛合金系统、机能及已获得的利用情况 [28-36] 。从表2能够看出，我国的舰船钛合金系统已经相当齐全，已占有了屈服强度在490 MPa以下的系列低强钛合金、屈服强度在590～700 MPa的系列中强钛合金及屈服强度在785 MPa以上的高强钛合金系列。490 MPa以下的低强钛合金系列重要用作非耐压或要求压力很低的管路、铸件及冷成型件；中强钛合金重要利用于各类耐压系统铸件、管路系统、压力容器、透声窗及声纳导流罩等；高强钛合金系列重要用作高压容器、深潜器耐压壳体、各类结构件、弹簧、高强紧固件、弹射装置等等。

俄罗斯船用钛合金钻研及现实利用水平居世界前列，占有专门的船用钛合金系列，如船体用钛合金пт-1м；船机пт-7м；船舶动力装置用钛合金 40、пт-3B、5B 等 [37] ，形成了 490、585、686、785 MPa等强度级此外船用钛合金产品。其利用领域相当宽泛，如前苏联系列核动力破冰船“列宁”号、“北极”号、“俄罗斯”号、“苏联”号均使用的是钛造蒸汽产生器，已安全使用 20～40 年无任何严沉破损产生。

美国水师1950年就起头把稳到钛材用于舰船工业的可能，1963年起头对船用钛合金进行了大量的工程钻研，成功地将钛合金利用于各类动力潜艇、水面艇、民船，重要利用迪胙合金有：纯钛、Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V 、 Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si 、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr等 [37] 。

日本的船用钛合金重要有纯钛、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI，重要利用于深潜器的耐压壳体及各类民用游船、渔船 [37] 。近年来造作的全钛深海调查船可深刻海底 6500 米，是世界上可能潜入海底最深的船只。

表3是钟注俄、美三国船用钛合金的对照情况 [38, 39] Ｄ芄豢闯,我国的舰船钛合金系统齐全，合金商标多而杂，甚至统一强度级别出现多个分歧合金、统一用处研造多个合金的情况。如：Ti31和TA16、TA17和TA18、Ti80和TC4、Ti70和Ti91等等。究其原因是我国不只仿造了俄罗斯和美国的系列钛合金，还专门钻研了我国专有的系列船用钛合金，如Ti31、ZTi60、Ti70、Ti91、Ti75、Ti80、TiB19等。俄罗斯和美国的大部门船用合金是直接选取航空航天等领域已利用成熟迪胙合金，通过钻研及改进后直接利用，对舰船特殊必要而专门研 究 的 钛 合 金 很 少 ， 如 美 国 仅 研 究 了Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti38644(βc) 3 个专门船用钛合金，俄罗斯仅钻研了 TL3、TL5、3M、5B、BT31、23a 等专门船用钛合金商标。

3、我国舰船钛合金的利用近况

进入21世纪，出格是近 5 年以来，我国钛合金在水师设备的利用得到了突飞猛进的发展。凭据舰船总体设计所的设计要求，各资料的钻延注出产单元通过自觉的致力以及和中船沉工专业资料钻研所—725 所缜密合作，并结合舰船用钛合金利用钻研成就，解决了大口径无缝管材、超大口径幼曲率半径无缝弯头、大尺寸宽厚板、大尺寸复杂型面锻件等整体造备，板、管材的加工成型、复杂结构的焊接工艺技术难题，成功地开发出舰船钛合金设备并获得了多项利用。

近十年来我国的深潜器用钛合金、声纳导流罩等方面专用钛合金结组织作已获得了较猛进取：××型水翼艇喷水推动装置前后水翼上的首尾导流椎体已装艇使用；××型舰新型钛合金球鼻舷已研造成功并交付使用；××型试验船舷侧透声窗也选取了钛合金结构。此表在深潜器鱼雷发射装置、鞭状天线、一回路系统的排污及安全设备、潜望镜部件，各类热互换器、冷却器、管系、泵、阀等部位钛合金的利用均获得了较好的成效，研造的 NiTiNb 影象合金管接头已经过工程利用查核。典型迪胙合金利用系统综述如下：

①钛合金余热排出冷却器 [40]

选取西北有色金属钻研院出产的中强、高韧 Ti31合金管、板及各类规格的锻件，通过成型，组焊造备而成，图 1 [41] 所示为用该钛合金资料造作的一回路系统危机冷却器。

②舰用燃气机系统

为了适应发起机压比（8.35~21），及出口温度（230~500 ℃）提高，选取 TC11 钛合金代替原结构钢（35CrMoVA、40CrNiMoA 等）造作的低压燃气机第 0、1~8 级轮盘及高压燃气机 1~7 级轮盘，已通过某燃气机轮机装机试车查核，成效优良，现已获得利用。

动叶片选取 TC11 钛合金造作，对于要求长命命、耐压水平更高的高压燃气机第 8.9 级动叶片选取 BT8 钛合金；底架选取 BT14 钛合金，颊板选取 TC6 钛合金，也已使用在某燃气机轮机上。另表，选取 TC11 钛合金还造作了堵板、喷油嘴、气封弧段、法兰等零件，选取 TC4 钛合金造作了舰用传动套柔性联轴器的关键结构件。

③钛合金声扫雷具 [40]

钛合金的高比强度、无磁、高电阻率及优异耐海水侵蚀机能，使其成为很有吸引力的扫雷艇壳体资料和扫雷具结构资料。现已凭据发声器结构特点和使用机能要求，造备出了钛合金声扫雷具，见图 2 [41] 示。

④钛合金泵、阀及管系 [40, 42]

舰艇上的泵、阀及管材持久工作在海水中，工作前提恶劣，选取钛合金包办原 1Cr12 不锈钢造作，成效优良。现已造备出了多种钛合金管系利用于通海系统及排烟系统，资料涉及 TA2、ZTi60、Ti31、Ti80 等。

图 3 [42] 是钛合金盐水泵轴塞、阀座及四通管。

⑤钛合金声纳导流罩 [40]

选取透声机能好、可冷成型的 Ti70 钛合金，攻克了双曲成型、组焊等技术难题，成功地研造出了钛合金声纳导流罩，并已利用于多条水面舰艇中。图 4 [41]是钛合金声纳导流罩仿照体。

⑥钛合金通讯雷达天线、天线支座及雷达基座

为相识决雷达天线系统的海水侵蚀问题，选取钛合金铸件造作的雷达基座及天线支座，选取钛合金高质量系列管材造的雷达天线，已成功地利用于水师某艇，减轻了沉量，解决了海水侵蚀问题，提高了技术机能。

⑦喷翼快艇喷水推动装置

该装置受海水的侵蚀及高流速海水的空泡剥蚀，侵蚀严沉。为相识决侵蚀问题，我国自 1985 年起头研造喷水推动装置，先后研造成功喷水推动泵体、叶轮、进水门、杂物算帐装置、进水室、格栅、托架、喷嘴、衬套、导流器、换向器等喷水推动整套装置迪胙合金铸件，每套沉达 1t 左右，经使用后彻底解决了海水侵蚀问题。该装置已售至香港，利用在喷翼艇上，大大提高了使用机能及寿命，现已达到批量出产规模。

⑧钛合金螺旋桨及紧固件等

钛合金拥有良好的抗空泡剥蚀、缝隙侵蚀机能，是高速快艇螺旋桨及船用紧固件的梦想资料。我国于1972 年起头研造水翼快艇螺旋桨，至今已可出产各类钛合金螺旋桨，已利用 500 多只，最沉的单支固定螺旋桨沉达 130 多公斤。持久使用批注：钛合金螺旋桨使用寿命超过原铜合金桨 5 倍以上，而沉量仅为铜质的一半。

⑨电机转子支架

钛合金比强度高、磁化率低，是大型永磁推动电机转子支架的梦想资料。选取钛合金造作永磁推动电机不只能减轻电机的沉量、削减表围辅助设备、耽搁使用寿命，并且因钛合金是优良的非磁性资料，还能提高电机的工作效能。现已造备出了永磁推动电机转子支架用迪胙合金环件，100 mm 厚板焊接工艺已成熟。

4、结 语

固然我国舰船用钛合金系统已经形成，船用钛合金的出产、船舶产品的建造工艺技术及批量利用机遇已根基成熟，但因舰船用材对机能提出的要求相互矛盾，我国船用钛合金还没有形成总体设计院所、资料钻研及半制品造备院所及厂家、部件成型及利用机能钻研单元、造作厂之间的有效协调合作机造，造成目前的利用水平还处于分散、零散的状态。存在如下问题：

①钛在舰船设备中的设计准则、需用应力和安整系统吩扃很大，没有形成自己的规范，造成某些系统选材不够合理；

②大规模利用的种类规格不够配套齐全，钛材产品造作用度偏高，大型船厂利用钛材设备现场加工配套能力弱，设备加工造作周期、供货周期偏长；

③资料尺度、系统的加工造作尺度比力不足；

④有些工况前提下对钛材利用意识不够深刻，如侵蚀、海生物附着、铸件性价比、大型管路的造备方式问题等等。

针对以上存在的问题，笔者以为：现有的船用钛合金商标已根基能满足新型船舶的用钛要求，沉要的是要成立船用钛合金的评价系统，推进这些资料在舰船上正确、高效地使用。因而应尽快组成一支由舰船设计、钛合金资料钻延注半制品出产及利用钻延注舰船造作等有关单元参与的舰船钛合金研发及利用专家组行列，该专家团队将齐全从舰船钛合金现实利用启程，以疑神疑鬼的科学态度美满并形成一套固化、切实可行的我国舰船钛合金尺度脊合金资料上艇技术指标系统，以达到改善现舰船钛合金多说纷繁、让设计单元无法选择的局面，推动我国舰船钛合金利用的急剧发展。

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