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      鈦及鈦合金在海洋裝備上的應用--力華鈦業


      鈦材是海洋環境中最理想的材料,使用鈦材可使海軍艦船及裝備大大提高戰斗力、降低維護成本、延長使用壽命、提高隱蔽性。俄、美、中國海軍已將鈦材廣泛應用于深潛器、水下潛艇、水面艦艇、艦船等裝備的耐壓殼體、海水管路系統、上層建筑及其他部件等。

      耐壓殼體

      國內外深潛器載人球殼選用鈦材牌號主要有 Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI(對應國內牌號 TC4、 TC4ELI)。很多深潛器載人球殼前期選用鋼材,但后期都采用鈦材替代,既可以減輕重量,增加下潛深度,又可以提高使用壽命。例如:①美國 Alvin 深潛器,1964 年建造時采用的是 HYl00 高強鋼 (板厚 33.8 mm),下潛深度為 2000 m,1973 年改建時將耐壓殼體換成鈦合金 (板厚 49 mm),下潛深度增加到 3600 m,其輔助箱及高壓氣器也采用 Ti-6Al-4VELI;②日本的“深海 2000”載人球殼采用鋼材制備,后續在建造“深海 6500”時選用鈦材制備載人球殼以增加下潛深度。

      在潛艇耐壓殼體應用方面,俄羅斯最早選用鈦材,是目前世界上使用鈦材制造耐壓殼體技術最先進最成熟的國家,其全鈦核潛艇制造選用的唯一的鈦材牌號為 IIT-3B 鈦合金 (對應國內牌號 TA17)。近年來,國內在建造潛艇時也更青睞于選用鈦材,牌號主要集中于 TA17、TC4、TC4ELI、TC11、純鈦等。

      除此之外,目前許多國家都正在建造大深度載人潛水器和大深度全鈦武器裝備。國內建造的“奮斗者”號全海深載人潛水器已于 2020 年 11 月 10 日成功挑戰全球海洋最深處——馬里亞納海溝,深度達 10909 m,實現了中國人的深海夢,該深潛器的載人球殼材料為高強高韌損傷容限型鈦合金,由寶鈦股份制造;國內已開始建造全鈦的大深度裝備。

      海水管路系統

      海水管路系統復雜、通徑規格多,所選材料要求具有耐海水腐蝕、強度高、疲勞性能好等特點,鈦材均可滿足,采用鈦合金制造的管道較傳統材料(碳鋼、不銹鋼、銅合金) 優勢顯著。

      (1) 提高服役壽命,與艦船本體同壽命。俄羅斯對比研究了傳統材料和鈦材制造的管道系統服役壽命。結果表明,鈦材與艦船同壽命,只需投入一次,且在使用過程中僅需簡單維護即可;傳統材料服役期限約 2~10 a,服役期內必須定期維修,甚至更換,尤其是在高速推動環境作用下,各種接頭均會產生局部腐蝕。美國海軍艦船應用數據顯示,鈦制管系壽命為 40 a,銅鎳合金管系壽命只有 6~8 a。

      國內開展了采用“鈦合金”替代“銅合金”制造海水管路系統的驗證考核試驗,寶鈦提供的 TA2 鈦無縫管材、配套管件和鈦法蘭在整套試驗系統運行近 3a 后,拆解檢驗管路及配套材料,均未發現有裂紋、孔洞和腐蝕等異常情況。

      (2) 降低成本。采用鈦合金部件,雖一次投入成本較高,但一次投入即可滿足全壽命使用,使用過程中僅需簡單維護保養,大量節省維修和維護費用。美海軍艦船熱交換器用的銅鎳合金管每年大約需更換 97 km,而在LPD17 兩棲船塢運輸艦的 2 個主海水配管系統上選用了 Gr.2 純鈦管材,約 1000 多個管件,總長度 3350 m 以上,全壽命期節省成本達 1700 萬美元。綜上所述,鈦材在管路系統的使用,既可以減重、又可以實現與本體同壽命,同時,降低成本。近幾年,國內已在 022 艇等多型號海洋裝備上批量應用。

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