1、媒介

钛合金因密度幼、比强度高、耐海水侵蚀及海洋大气侵蚀、无磁、透声、抗冲击震荡、可加工性好等综合机能而成为梦想的船用金属结构资料。钛脊合金在舰船中的使用大大耽搁了设备的使用寿命，减轻了沉量，削减了设备，提高了整体舰船的技术战术机能。

到目前为止，世界上只有俄罗斯、美国和中国进行专门的船用钛合金钻研，并有自己的船用钛合金系统。俄罗斯船用钛合金的钻研和现实利用水平居世界前列，占有490MPa、585MPa、686MPa、785MPa强度级此外系列船用钛合金。为便于设计选材，俄罗斯把船用钛合金按其在船舶上的用处罚类，如船体用钛合金IIT-1M，船舶机械用钛合金IIT-7M、IIT-3、3M、37，船舶动力工程用钛合金40、IIT-3B、5B、37、23等。但这种分类对于设计选材也不方便，如船舶机械用钛合金IIT-7M，多用于核动力装置一回路设备，动力工程用的IIT-3B，也用于船舶球鼻艏。美国水师于1950年起头把稳到钛脊合金用于舰船工业的可能性，1963年起头进行大量的工程化钻研，成功地将钛用于各类动力的航母、潜艇、水面艇、民用船。重要利用的合金有：纯钛、Ｔi-０.３Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr。钛合金重要用于耐压壳体、海水管路系统、冷凝器和热互换器、排电扇的叶片、推动器和轴、弹簧、航母上的消防设备等。

中国船用钛合金的钻研与利用始于20世纪60年代，几十年来，船用钛合金的钻研及利用水平有了很大提高，已形成较齐全的船用钛合金系列，能满足分歧船只和舰艇等对分歧强度级此外要求并合用于其分歧部位。我国船用钛合金系统，屈服强度从320MPa～1100MPa，变动领域大。屈服强度从320ＭPa～490MPa为低强钛合金，重要有TA2、Ti31、ZTA5等

；屈服强度从590MPa～785MPa为中强钛合金，重要有TA5、ZTi60、Ti75、Ti80等

；屈服强度在８800MPa以上为高强钛合金，重要有TC4、TC11、Ti-B19等。本文针对我国创新研造的重要船用钛合金Ti31、Ｔi75、Ti-B19、Ti90、Ti70、Ti80等做了简要介绍，同时也简要介绍了可能用于海洋工程的其他创新研造迪胙合金。

2、Ti31合金

钛的热中子吸收截面为56×10-28m2，约莫是锆的30倍、铪的1/2。钛合金的核机能也比力不变，在３～20×10-19慢中子流辐射下，布氏硬度、屈服强度略有增长，延长率、电阻率略有降落，但冲击韧性没有扭转，合金的密度及产品的尺寸状态均无扭转。这种不变的核机能及其他优异机能使Ti31合金在核动力装置中的高温高压、常温常压部位使用。

Ti31合金是西北有色金属钻研院“七五”、“八五”期间自行设计研造的新型耐高温、耐侵蚀、抗氢脆Ti-Al-Zr-Mo-Ni系钛合金，洛阳725所掌管该合金的利用钻研。该合金集中了多种钛合金的利益，与一致强度的其他钛合金相比，拥有高的塑韧性、中温热强性、高温悠久性、优良的耐蚀性及可焊性

；可选取通例铸造、挤压、轧造、冷成型等步骤加工成各类板、棒、锻件、管和饼等产品，合金可在300℃～400℃的高温环境下使用。

Ti31合金机能如表１所示。合金板材、锻件、管材典型的力学机能为：R_m>590MPa，R_p0.2>490MPa，Ａ>16%，Ｚ＞35%，ａｋ≥59J/cｍ２。Ti31强度约为纯钛的1.5倍，但工艺塑性与纯钛相当，拥有优良的弯曲、压扁、扩口机能。选取2d（ｄ：管子直径）和2t（ｔ：管子壁厚）弯心，管材及板材弯曲可达180°

；选取60°锥头，管材扩口量大于50%

；最幼压扁板间距可达4.5t不出现裂纹。在反复塑性应变中合金不产生循环软化景象。耐海水侵蚀机能优异：在榆林港天然海水全浸侵蚀速度为0mm/a，在180±5℃以下天然海水介质中无缝隙侵蚀，动海水侵蚀（流速为3m/s）侵蚀率为0mm/a，与船体钢电偶侵蚀成效为1.25。焊接机能优良，焊接接头Ｒｍ＞590MPa，ａｋ≥58.8J/cm2，焊接系数大于0.9。利用的产品有板、棒、饼及管材和各类职能的机加件，如法兰、异径三通管、管座等，使用的环境有高温氯化物、高温海水、常温高速海水，用该合金造作各类热互换器、管路、泵体、阀门等，并获得了成功利用。“九五”之后，发展了该合金的工业化出产。Ti31合金已成功能于余热排出冷却器，它是我国首台全钛合金焊接结构管式换热器，是一回路余热排出系统的重要设备。

3、Ti75合金

Ti75合金是西北有色金属钻研院在“七五”、“八五”期间自行设计研造的中强耐高温耐侵蚀抗氢脆Ti-Al-Zr-Mo系钛合金，洛阳725所掌管该合金的利用钻研。Ti75合金强度、塑韧性、耐蚀性、加工机能等综合机能优于TA5，它是动力装置设备、船舶焊接结构件的沉要资料。合金机能如表２所示。其板材、棒材、锻件等的典型力学机能为：Ｒｍ＞730MPa，R_p0.2＞630MPa，Ａ＞13％，Ｚ＞25％，ＫＩＣ≥80MPa·ｍ1/2，ａｋ≥580kJ/m2，ＫISCC≥75MPa·ｍ1/2。Ti75合金耐海水侵蚀性优异：海水浸泡侵蚀、缝隙侵蚀、动海水侵蚀（流速为３m/s）侵蚀速度为０mm/a

；与船体钢电偶侵蚀成效为1.33。焊接机能：焊接系数大于０.９。TA5的２倍，并且拥有比TA5合金优异的冷、热加工性、低的杂质敏感性。该合金添补了国内730MPa级船用钛合金空缺，达到国际先进水平。目前已可能批量出产Ti75合金的板材、钛棒材、管材、环材、锻饼、丝材、铸件以及宽厚

板和大环锻件，也已试造成功Ti75合金表径为φ650mm的无缝弯管和φ350mm的无缝直管等。

由Ti75合金造作的零部件已成功利用于某工程的往复式盐水泵、通海系统、海水四通、收受和舷侧双座双球阀阀杆等，并且已有15个Ti75合金零件于1993年装置到某艇上进行装艇使用，正常运行至今。Ti75合金在艇上的成功利用，开创了钛合金在某潜艇二回路系统中实艇利用的先例，综合水平居20世纪90年代国际当先水平。目前，Ti75合金已被指定用于某工程，是我国重要的一种船用耐蚀钛合金。Ti75合金也已用于造作我国永磁推动电机所需迪胙合金转子支架（直径约3m，壁厚约100mm）。

4、Ti-B19合金

“九五”期间，西北有色金属钻研院设计、研造成功一种新型高强高韧耐蚀钛合金——近β钛合金Ti-B19，洛阳725所为该合金的利用钻研单元。

Ti-B19合金拥有较高的强度，优良的塑性，较高的断裂韧性、可焊性及耐海水侵蚀、冲刷侵蚀和应力侵蚀等综合机能。该合金拥有优良的加工性，可出产各类规格的棒、板、丝、饼等，并且焊接机能、工艺机能优良。“九五”期间实现高强钛合金Ti-B19筒体的研造，并通过了压力试验，其筒体尺寸为：φ450/φ215×2008mm，重要力学机能达标，它是我国当前高强β钛合金最大的锻件。

Ti-B19合金在600℃、３3.5%NaCl溶液中无侵蚀产生，侵蚀率为0mm/a。在10m/s流速下，冲刷侵蚀率为2.9×10-4mm/a，拥有优良的抗冲刷机能。

Ti-B19合金在３3.5％NaCl溶液中的应力侵蚀断裂韧性ＫISCC为６69MPa.m1/2，KISCC/KIC≥0.8。Ti-B19合金的典型力学机能如表３所示。

5、Ti91和Ti70合金

由于海水中声波比光波、无线电波、电磁波的衰减幼，人们将声纳作为探测和搜索的工具。通常将船舶声纳装置在流线型声纳导流罩内，其主张是减幼舰船活动时产生的水动力噪音，保障水声设备有效和正常工作，从而提大声纳的作用距离。声纳导流罩必须有优良的透声机能，使水声信号通过期只有很幼的损耗和畸变。另表，声纳导流罩又是船体的一部门，它必须有足够的强度和刚度，以经受得住舰船航行时作用在它上面的流体压力。造作导流罩的资料要求拥有中等强度（R_m≥700Mpa）、优良的塑性（A≥20%）、冷成型性、易焊接、耐海水侵蚀、透声等特点，并适合于各类冷成型产品的加工和出产。

声纳导流罩资料蕴含不锈钢、玻璃钢、橡胶、钛合金等。我国现役水师在役舰艇声纳导流罩所选用的壳板透声资料根基有两种：一种是不锈钢，另一种是纤维加强的复合伙料———玻璃钢。俄罗斯从前也选用玻璃钢，但后来大多选取近α钛合金IIT-3B，并获得了优良的成效。

我国于20世纪90年代起头研造声纳导流罩钛合金。目前，我国有两种声纳导流罩钛合金：近α的Ti91和Ti70合金，合金别离属于Ti-Al-Fe系和Ti-Al-Fe-Zr系。两种合金均已轧造成４×900～1000×Lmm和６×900～1000×Lmm板材。

Ti91钛合金是西北有色金属钻研院于1994年起头设计、研造的一种新型中强透声近α型钛合金。

多所周知，纯钛和β钛合金冷成型性优良，但纯钛的拉伸机能较低，而β钛合金的合金元素则较多，需增长成本较高的中央合金，且加工成本也高于α钛合金，使合金总体成本高。另表，β钛合金的焊接机能不如α型钛合金。因而两种类型合金均不能满足要求。由于β不变元素Fe的参与，使Ti91合金的加工机能得到改善，同时也为通过热处置调整机能提供了有利前提。该合金拥有中等强度、高的塑性、优良的透声机能、冷成形机能、可焊性及耐海水侵蚀等机能的优良匹配，显著优于船用TA5钛合金。

Ti91合金典型的机能如表４所示。关键力学机能达到R_m≥700Mpa，A≥20%

；在60℃海水中浸泡，均匀侵蚀率≤0.001mm/a

；冷成型性：R/t≤2.5。Ti91合金与其他钛合金的强度、塑性、冷弯性等机能综合比力，Ti91合金综合机能显著优于等强度合金TC1和TA5。Ti91合金焊接接头机能达到基材的0.9。合金声学机能优良：1~4mm厚度板材的透声系数大于96%。

Ti70合金是Ft-2.5Al-2Zr-1Fe系近α钛合金。板材力学机能：m≥700Mpa，R_p0.2》600MPa，A>20%。耐海水侵蚀性：在60℃海水中浸泡均匀侵蚀率为0mm/a。焊接机能：R_m>630MPa，D=7a，冷弯角180°。与船体钢电偶侵蚀成效为1.43。成功研造了Ti70透声钛合金实船钛合金声纳导流罩，并已成功利用于多条水面舰艇。

6、Ti80合金

Ti80合金是上海钢研所于20世纪80年代研造的一种新型的Ti-6.0Al-2.5Nb-2.2Zr-1.2Mo系近α钛合金，拥有高强、高韧、可焊、耐蚀等综合机能，重要用于深潜器和舰船的耐压壳体。其配套焊丝为Ti531合金，成份为Ti-5Al-3Nb-0.5Mo。Ti80已进行工业性试验，轧造出22×1000mm及48×2400×2700mm板材。Ti80合金的拉伸机能、断裂韧性与Ti-6Al-4v ELI的对好比表５所示。合金选取焊接＋热处置焊接工艺可使接头机能达到焊接系数0.9，焊接性优于Ti-6Al-4v ELI。Ti80合金重要用于大通径压力管路及接受较大载荷的结构件中，如法兰、承压结构的耐压壳体、耐高压管路、紧固件、铸件等，是目前较多使用的船用钛合金之一。

7、其它有可能用于海洋工程的创新研造迪胙合金

7.1 中强高韧危险容限型钛合金TC4-DT

TC4-DT是针对航空长命命结构件研发的一种中强高韧危险容限型钛合金，物理机能和力学机能与TC4 ELI一致，差距重要在于合金成分的节造、铸造工艺及热处置工艺。TC4 ELI是海洋工程用钛合金的一种沉要选择，在美国舰船上已得到成功利用。中国研造的TC4-DT合金已在我国航空飞机上得到成功利用，也应获得海洋工程方面的利用。表６为TC4-DT合金分歧规格棒材的力学机能，分歧规格棒材的机能不变，一致性好。同时该合金拥有优良的工艺机能和焊接机能。

TC4-DT由西北有色金属钻研院和北京航空资料钻研院在2005年研造成功，之后得到高度器沉和急剧发展。TC4-DT合金研造规模已由2005年的1t铸锭扩大到2009年的5t以上规模铸锭，西部超导公司已成功批量出产出TC4-DT合金φ200～500mm棒材，也已试造成功φ600mm超大规格棒材。同时，西部钛业公司也研造出TC4-DT合金40～100×2500×Lmm的厚板和1～10×1500×Lmm的薄板，合金板材的机能达到技术指标要求。

7.2 高强高韧危险容限型钛合金TC21

TC21合金是我国研造的第一个高强高韧危险容限型钛合金，由西北有色金属钻研院于2003年研造成功，北京航空资料钻研院掌管该合金的利用钻研。2005年以来得到高度器沉和急剧发展。TC21合金研造规模已由2005年的1t铸锭扩大到2009年的5t以上规模铸锭，研造的合金棒材有φ20mm、φ90mm、φ130mm、φ180mm、φ300mm、φ500mm，目前西部超导公司已能批量出产TC21合金φ300mm以上大规格棒材。TC21合金棒材的典型机能如表７所示，合金分歧规格棒材的机能不变，一致性好。同时，也试造出TC21合金厚度为2mm和12mm的板材。

TC21合金已成功利用于我国航空飞机，在海洋工程方面可用于要求屈服强度为100MPa的承力结构件，该合金在拥有高强度、高韧性同时，还拥有优良的焊接机能。

7.3 超高强钛合金Ti-1300

Ti-1300是西北有色金属钻研院在2005年研造成功的一种1350MPa级此外新型超高强钛合金。合金研造的规模已达到1000Kg铸锭，研造的棒材规格已由φ20mm扩大至φ200mm。棒材的典型机能见表８，分歧规格棒材的机能不变。该合金造作的零部件已在航空、航天等部门获得利用，在海洋工程方面，Ti-1300可用于要求屈服强度为1200MPa迪胙合金承力结构件。

7.4 CT20低温钛合金

西北有色金属钻研院凭据航天火箭发起机管路系统的需要，自主开发了一种Ti-Al-Mo-Zr系近α型中强低温CT20钛合金。表９为CT20合金室和善20K下的力学机能，该合金拥有良好的超低温物理机能，削减了热量传递，改善热漏，代替钢造管路后可减轻1/3沉量。CT20合金造作的液氢管路用弯管、收受嘴、衔接法兰等零部件，已被组装到发起机上进行试车试验并得到成功，获得了现实利用，发起机管路沉量减轻约1/3，提高了发起机的机能。该合金同时拥有优良的工艺机能和焊接机能。西北有色金属钻研院先后出产了CT20钛合金管材、棒材、丝材几十吨，并且造作出了CT20钛合金螺旋弯管、异径三通和直角三通等复杂产品，增长了该合金产品的种类。CT20钛合金在海洋工程方面应有较好的利用远景。

7.5 定量设计的超高强钛合金

以往，钛合金成分设计重要选取经验步骤、Al当量、Mo当量及电子浓度理论进行定性设计。近几年在发现钛合金定量设计步骤的基础上，针对两个分歧强度级别要求的指标Al-V、Al-Sn等中央合金及原子能级Zr、高纯电解Cr，Fe等，选取真空自耗电弧熔炼步骤，造备了25kg铸锭。经铸锭开坯铸造及棒材轧造后得到φ22mm的棒材，热处置后测试了合金的室温力学机能。机能测试了局如表10所示，能够看出，设计合金的强度正确度超过98%，延长率正确度超过93%。这注明两种新合金（Ti-1500、Ti-1600）的合金成分定量设计是成功的。

在海洋工程领域，新合金可用于要求屈服强度1300MPa的承力结构件。

8、结语

舰船用钛合金是我国钛合金钻研开发的沉要方向之一。经过近50年的致力，创新研造的船用钛合金和仿造的船用钛合金已形成我国船用钛合金系统，利用我国钛合金工业化出产设备，能够出产出钛合金板、管、棒、饼、环、丝和铸件等产品，通过钻研合金的物理、力学机能，为舰船及海洋工程构件的设计、造作和使用提供了凭据。创新研造的部门钛合金在舰船上已装艇使用，为扩大钛合金在海洋工程方面的利用奠定了基础，同时能够推广针对航空、航天等研造迪胙合金到舰船上利用，为舰船利用选材提供更宽大的资料基础。

节选自《中国资料进展》