1、引言

钛脊合金是20世纪50年代发展起来的新型结构资料，拥有强度高、密度幼、耐侵蚀、无磁、焊接机能好等一系列利益，尤其是其良好的耐海水侵蚀机能和优良的综合机能，使它成为梦想的舰船结构资料，被公以为海洋金属。正是由于钛及其合金拥有以上诸多利益，使得其在舰船、各类动力装置、船舶机械、电子设备和武备等领域有宽泛利用。钛合金最早利用于航空工业，并于20世纪60年代才利用于船舶行业，经过近50年的发展已形成较完整的船用钛合金产品及配套系统。

2、国表舰船用钛合金资料技术发展及利用情况

俄罗斯、美国是最早从事舰船用钛合金钻研的国度。俄罗斯船用钛合金的钻研和现实利用水平居世界前列，占有专门的船用钛合金系列，形成490MPa、585MPa、686MPa、785MPa强度级此外船用钛合金产品，钻研开发的船用钛合金商标有：船体用钛合金兀T_1M，船机用钛合金ⅡT.7M，动力工程用钛合金OT4-1B、40、5B、23a等。

几十年来，俄罗斯在核潜艇、水面舰船、通例潜艇、航空母舰、深潜器中都大量选取了钛材L3]，如图1所示为前苏联1968年12月下水的K166号全钛壳体核 潜艇。该艇利用了大量迪胙合金板材、管材、锻件，潜艇的所有装置全数是由钛合金造作的。经过近40年航行并接受分歧的载荷和海洋环境变动，各类装置及设备均未出现沉大问题。

俄罗斯“阿尔法”级核潜艇耐压壳体也是用钛合金造作的，据称下潜深度可达400ITI，水下航速42节，其钛合金用量达3000t
；俄“台风”级战术核潜艇钛合金用量达9000t，首艇水下排水量为26500t，水下航速达27节。其反映堆一回路、二回路系统宽泛选取钛合金资料，并且其反映堆支持及壳体结构、管路及附件、容器等全数选取钛合金资料。反映堆系统沉量轻，可实现弹性装置，系统耐侵蚀机能好，一回路取缔净化系统，仅在艇大建、反映堆换料时，整体换水就可满足运行水质要求。俄罗斯同样在深潜器上也大量使用了钛合金。

俄罗斯除了在潜艇耐压壳体结构及设备上使用钛合金，在其破冰船的核动力装置中也大量使用了钛脊合金，从各项统计数据能够看出，使用了全钛合金核动力蒸汽发起机的舰船，其蒸汽发起机的寿命与舰船的服役期寿命是等同的。同时，针对钛合金耐侵蚀的利益，钛合金管路、阀门、泵、热互换器等也在舰艇设计中大量选取。

美国对船用钛合金也进行了大量的工程钻研，成功地将钛用于各类动力的潜艇、水面艇、民用船，重要利用迪胙合金有：纯钛、Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3A1-2.5V、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V ELI、Ti-6A1-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3A1-8V-6Cr-4MO-4Zr。在美国，钛合金的利用领域覆盖了各类动力的潜艇、水面舰艇、民用船舶的耐压壳体、海水管路系统、冷凝器和热互换器、排电扇叶片、推动器、弹簧以及消防设备等。通过前期发展的有关钻研工作，美国水师也打算在CVN-78中部门选取钛合金资料，并打算在开工建造之前做好较低成本的Ti合金部件的技术筹备工作。但目前存在的重要问题是部件造作成本较高以及船厂不足造作经验等，其设计部门在发展钛合金的焊接及其造作工艺(弯曲和成型)等关键技术钻研工作。只管钛合金资料管系的前期投入比Cu-Ni合金资料管系高，但美国还是在LPD-17船的海水管系设计当选用了钛合金管路及阀门，Avondale公司选取手工或自动GTAW(钨极氩弧焊)步骤来造作钛合金资料管系，并使用特殊机新反实现管路接头焊接，并在焊接过程中严格节造层间温度
；焊接时还严格节造所使用的填充金属资料，并将填充金属资料的端部时刻处于氩气的优良
；ぶ，以预防空气中杂质的传染，同时选取超声波硬度计来评定焊缝质量等级。

3、国内舰船用钛合金资料技术发展及利用情况

我国船用钛合金工业起步于20世纪60年代，经过几十年的发展，其钻延注造作水平有了很大的提高，并初步形成了自己的船用钛合金系统，目前已能出产板、管、棒、饼、环、丝和铸件等多种大局产品，能满足肯定强度级此外要求。重要船用钛合金商标有：纯钛、Ti31(635MPa级)、TA5(685MPa级)、Ti75(730MPa)、Ti-6Al-3Nb-1Mo合金(785MPa级)、rZTi60(590MPa级)、Ti80(780MPa级)。

在我国各型舰船工程中，利用钛合金良好耐海水侵蚀机能和优良的综合机能，在采取传统防腐措施无法达到梦想防腐成效的系统中使用了钛合金资料_7]。通过对钛合金资料选型、工艺适应性设计及结构优化设计等系统化钻研，结合伙料优化、涂层
；ぁ⒁熘纸鹗艟导鞍蟠χ玫茸酆戏栏卫泶胧，有效地解决了部门系统侵蚀严沉的问题，提高了该系统的靠得住性和使用寿命。

近十年来，我国在深潜器用钛合金、声纳导流罩用钛合金等专用结构及其合金的利用钻研中，也获得较大的进取，一批喷水艇前后水翼上的首尾导流锥体已装艇使用。某型舰新型钛合金球鼻艏目前已研造成功并交付使用，新型高机能钛合金球鼻艏拥有强度高、刚性好、透声机能优异、内部噪音低、质量靠得住、维建用度低蹬着点，受到专家的高度 评价，添补了国内高机能钛合金球鼻艏研造的空缺。同时，针对钛合金透声机能好的利益，某型试验船选取了舷侧钛合金透声窗结构，并成功解决了大型平面薄壁钛合金结构的焊接纵向收缩和平面扭曲失稳变形、大面积钛合金双曲面成形、钛、钢衔接部门的结构水密性和电绝缘、焊接过程密封橡胶的隔热等关键技术，图2为该试验船舷侧阵钛合金透声窗表观。

此表钛合金也利用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，潜望镜部件及雷达天线支座，各类热互换器、冷却器、管系、泵、阀，声学装置中的声纳导流罩、声扫雷具以及螺旋桨等部位均获得较好的成效。 

4、存在的不及及差距 

固然我国船用钛合金从强度级别到使用部位与国表有对应的合金，但种类、规格不够美满，加工和造作技术与国表比相对落后。

我国常用迪胙脊合金板材与美国商标的机能见表1。

就我国目前迪胙合金在舰船上的使用情况来看，使用领域和主张都极度有限，对应迪胙资料设备也比力匮乏。使用钛合金资料作为防侵蚀措施目前只是在侵蚀最为严沉的部门系统得到推广使用，并未成为总体防侵蚀设计的一衷煺遍使用措施，而国表该措施已成为舰艇防侵蚀设计的首选规划。钛合金所具备的优良的无磁性、透声机能也未得到充分的使用，钛合金透声窗、导流罩等技术还未在潜艇中得以推广使用，而在国表钛合金透声窗、导流罩已作为成熟技术得到宽泛使用，从俄罗斯潜艇上能够看到，所有声纳导流罩都选取钛合金造作。与蓬勃国度相比，钛合金资料钻研及利用的不及和差距重要表此刻以下几个方面：

1)固然我国的船用钛合金从强度级别到使用部位与国表有对应的合金，但种类、规格不美满，加工和造作技术与国表比也相对落后，在设计中可供选择的资料种类有限，目前大部门钛合金资料都是针对航天、航空的需要而设计的，船用钛合金资料多数是针对某些特定用处，如进排气系统、透声窗等部位而研造的，不足可供各专业选择，全船通用 迪胙合金资料系列。

2)近年来我国钛合金造作工艺有了较大的提高，但与国表蓬勃国度相比还存在着肯定的差距。国表蓬勃国度已研造出针对潜艇空间狭幼、管路安插复杂、现场装置工作量大这一情况的特殊钛合金装置、切割工艺，使钛合金在潜艇全船海水管系得以宽泛使用，目前我国在这方面的钻研还是一片空缺。

3)钛合金与非钛合金之间的电绝缘工艺复杂，对钛合金资料的推广使用也有较大的造约。

4)合用于舰船钛合金资料使用的尺度、规范系统极度欠缺，尤其是钛合金资料的管系附件、阀件、紧固件尺度根基上还是一片空缺，而这些尺度是钛合金资料在舰船上大规模使用所必不成少的。

5、未来钛合金利用需要分析

随着舰船设计及防侵蚀要求的进一步提高，钛合金的利用需要将会越来越宽泛，重要体此刻以下几个方面：

1)由于全寿命期间用度低于目前选取的动力及管路系统用资料，钛合金资料在动力及管路系统的大量利用将成为我国舰艇工业发展趋向。通过开发特殊机能、高强度钛合金资料并进行新工艺、新技术钻研，扩大钛合金在各类高温、高压、耐侵蚀管路及热互换器、海水淡化器、冷却器、冷凝器等设 备的利用。

2)在舰艇部门海水管系选取钛合金，籍此提高海水系统安全性，降低建理成本，减幼对舰船服役功夫的影响，从而显著降低性命周期成本。

3)钛合金资料对提大声纳导流罩的透声能力、减幼声纳导流罩的插入损失、降低声纳导流罩内部的自噪声，尤其是降低声纳导流罩内部的自噪声对提大声纳设备探测距离极度有利。声纳导流罩结构选用的透声资料和采取的结构大局是影响导流罩声学机能、力学机能、造作、装置工艺等的重要成分。钛合金资料无磁，耐侵蚀，透声机能好，比 沉幼，比强度高
；橡胶资料吸收能量成效好，能起到隔振降噪作用，同时又有优良的透声机能。如利用橡胶和钛合金资料组合造成声纳导流罩透声壳板，就能够充分利用它们各自的利益，在确保结构强度的前提下，既能够减薄壳板厚度，改善声纳导流罩透声机能，增长组合透声壳板刚度，又能够降低声纳导流罩内部自噪声，使声纳导流罩的综合技术机能得到大大提高。

4)全钛合金船体也是舰艇船体结构的一个沉要发展方向，高速、超高速战斗舰艇(地效应舰艇等)、扫雷艇的船体结构均能够选取台合金造作。

5)钛合金使用于舰船防护结构中也是钛合金的一个利用发展方向。如美国西北大学开发出氮化钛颗粒强化的BlastAlloy160，其抗拉强度达1100MPa，在低达一4O℃低温下任能维持较好塑性，该多层桁架板材结构能在关键部位起到肯定的爆炸防护作用。

6、需发展的重要钻研工作

通过与国表蓬勃国度钛合金资料及利用的先进技术的比力，结合目前钛合金资料在舰艇上的使用过程中发现的问题，为满足钛合金的进一步扩大使用的发展需要，今后还需发展以下几个方面的钻研工作：

1)针对舰船使用要求，开发、研造船用钛合金配套资料，并形成尺度、系列，在不显著降低其强度及韧性指标的情况下，通过改进配方、冶炼工艺、轧造工艺等，降低钛脊合金成本，从而有助于钛脊合金在舰船上的推广利用
；

2)发展大型仿照件(如钛合金夹芯声纳导流罩)尝试验证工作，发展船用钛合金成型及结构钛合金可焊接性钻研
；钻研钛合金结构设计及推算、工艺机能分析、寿命及失效模式分析以及产品质量检测等有关技术，为设备的造作、使用提供领导性文件
；

3)发展针对舰船空问狭幼、管路安插复杂、现场装置工作量大这一特殊要求迪胙合金装置、切割工艺钻研，发展大厚板以及配套焊材的新工艺、新技术钻研，解决焊接等造作技术方面的问题并改进其机能及工艺，使其满足舰船利用要求
；

4)进行钛合金电绝缘工艺钻研，提高钛合金电绝缘工艺性
；

5)对于接受较大冲击力的结构部件及衔接件，目前所能选用迪胙合金资料的表表硬度、抗冲击能力还有肯定的缺点，建议在钛合金表表处置方面进前进一步的深刻钻研
；

6)成立、美满船用钛合金资料的尺度、规范系统，尤其是钛合金资料的管系附件、阀件、紧固件的尺度、规范，使船用钛合金资料及有关迪胙合金通用件做到尺度化、系列化
；

7)针对钛合金高比强度，发展全钛合金高速、超高速战斗舰艇(地效应舰艇等)设计、建造步骤钻研
；针对钛合金低磁性的特点，发展全钛合金扫雷艇的设计、建造步骤钻研。

7、结语

实际证明，钛合金是一种经过持久海情考验、梦想的舰船用资料，钛合金资料的使用能够大大提高舰船的整体机能。我国钛合金发展至今天，已初步形成了较美满的资料技术系统，但是与国表的差距还很大，体此刻利用型号和利用领域、用材量、钛制品建造工艺等诸多方面，我国钛合金在舰船造作业大量利用钛合金还处于发展阶段。随着船舶行 业的发展和高机能低成本舰船钛合金的研发，钛合金资料的利用远景是极度光明的。

参考文件

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[2] 王向东，等.2007年中国钛工业发展汇报[R].中国有色金属协会钛锆铪分会

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[5] Ti75合金板材技术前提.七二五所

[6] Ti80合金板材技术前提.七二五所

[7] 黄晓艳，刘波.舰船用结构资料的近况与发展EJ].船舶，2004，(6)

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