钛合金在我国海洋战略发展中的应用

海洋工程用材料，要求必须具有高强度、耐海水热液腐蚀、抗硫化腐蚀、抗微生物附着、高韧性等特点。而钛质轻、高强、耐蚀，特别对盐水或海水和海洋大气环境的侵蚀有免疫能力，是优质轻型结构材料，被称为“海洋金属”，是重要的战略金属材料。钛在海洋工程中具有广泛的用途，特别适于做轻型海工装备，是海洋工程领域的新型关键材料之一，因此，充分利用海洋材料——钛及钛合金，将有助于国家海洋战略的发展。

钛合金用于舰船工业始于上世纪60年代，比钛在航空工业的应用大约晚10年。美国、俄罗斯、日本及中国是最早从事钛在舰船领域应用研究的国家。用钛制造的船体与以前用的纤维增强塑料、铝合金、钢等材料相比船体轻，可增加有效载入重量，使用寿命长，几乎不需要维修，且易于清除表面附着的海洋生物。如日本钢铁公司、Toho技术公司和Eto造船公司建造的钛渔船，其船壳、甲板和结构件均用钛制造。舰艇上的泵、阀及管道，由于工作条件非常恶劣，使用铜、不锈钢制造管路只有2～5年寿命。钛具有优良的抗腐蚀和剥蚀破坏能力、良好的屈服强度和较低的密度，因此，可以用它来制作薄壁、小直径管路、阀及其他配件等。用钛材制造舰船的管路和配件，不但可以减轻重量，而且还可显着延长系统寿命并提高使用可靠性。如钛冷凝管与B30冷凝管相比密度降低近1/2。军舰使用钛合金管道和设备的经验表明，钛合金材料无论是在机械强度方面，还是在耐海水腐蚀方面都有很高的可靠性。钛合金管道、阀门、泵及其他配件等产品的腐蚀寿命不小于1.2h×105h，服役期限不少于40年。钛合金制各种泵、阀、管的使用寿命远远大于铜或不锈钢制品。

我国在上世纪60年代就进行了螺旋桨的研究，于1972年研制成水翼快艇螺旋桨，至今已生产直径为450mm～1100mm各类钛合金螺旋桨，最大可生产直径为1200mm，质量达130kg的固定钛合金螺旋桨。我国研制的25型鱼雷快艇选用钛合金代替了原来的AK-27钢和铜合金，重量减轻了30%～40%，寿命提高了数倍，无需表面涂层，海洋生物容易清洗，且维修保养方便。用钛合金制作舰船的螺旋桨和桨轴可以提高推进速度，延长使用寿命。美国已经在多种舰船上使用了钛合金螺旋桨。如美国的水翼艇上就使用了直径为1500mm、四叶可拆式超空泡钛合金螺旋桨。钛合金也是舰船喷水推进装置的优异材料。日本的鱼雷艇“PT-10”号就是采用Ti-6Al-4V合金喷水推进装置，在保证转速不变情况下，轴径由95mm减少至75mm，重量减轻了600kg。俄罗斯制造的原子动力破冰船的动力装置也使用了钛制蒸汽发动机。使用钛合金可使其发动机使用寿命延长数10倍以上。此外，在舰船发动机部件如发动机盘和转子叶片上也使用了大量钛合金材料。使用钛合金动力推进装置，还可以克服采用铜合金所造成的航行时切割地球磁力线而产生较大的感应电流和不利于扫除磁性水雷的缺陷。热交换器、冷凝器、冷却器、蒸发器的管线系统、阀等均可采用钛制造，用钛制造的设备的无维修使用寿命可达10万小时以上，且不会释放有害物，对环境友好，而铜基合金由于腐蚀会对环境释放有害的铜离子。2016年10月，国家重点研发计划项目《低成本高耐蚀钛及钛合金管材与高品质钛带制造技术开发及应用》在昆明启动，项目由昆明钢铁控股有限公司下属的云南钛业股份有限公司牵头承担。该项目为满足国家战略需求，以海洋石油钻井平台、海水淡化、大型船舰工程等重大工程为应用背景，针对我国在钛及钛合金管材的开发与应用方面与国外存在的差距，以及急需突破的相关制造技术，通过研发实现工程应用。