钛在舰船领域的应用

钛及钛合金广泛应用于核潜艇、深潜器、原子能破冰船、水翼船、气垫船、扫雷艇，以及螺旋桨推进器、鞭状天线、海水管路、冷凝器、热交换器、声学装置、消防设备上。

钛制耐压壳体主要用在深海潜水器上，国内外都在不同程度上用钛的耐压壳体。如美国的“海崖”号深潜器装备了钛观察舱和操纵舱，下潜深度可达6100m。国内在深潜器技术方面也取得了很大的成绩，我国自主设计的“蛟龙”号深潜器下潜深度已经超过5000m。但在大型潜艇上大量用钛的只有俄罗斯，其制造的6艘“台风”核潜艇，主要合金有工业纯钛、Ti64、Ti64ELI、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-2.5V、IIT-3B、IIT-7M等。

1.核潜艇

俄罗斯在钛合金核潜艇研究和制造技术上处于国际领先地位，也是最先用钛合金建造耐压壳体的国家。高峰时期，潜艇用钛合金厚板和管材的年产量曾达万吨，占钛合金加工材年产量的30%~50%。从20世纪60年代起，俄罗斯研制的核潜艇已有4代，世界第一艘K162号全钛核潜艇于1968年12月下水，已运行了30多年，到过各大洋，经受了不同载荷和环境，从未出现过任何事故。俄罗斯于1970年建造第一艘“ALFA”级核潜艇，20世纪七八十年代又相继造了6艘，每艘用钛约3000t，最大下潜深度914m，既轻又快，机动性能良好。钛在船舶上使用的典型例子是俄罗斯台风级核潜艇，它拥有钛金属制造的外壳，因军事需要，采用双壳结构，其双层外壳共用钛9000t，使其具有了无磁性、下潜深、航速快、噪声小、维修次数少等优点。艇长172.8m，最大宽度23.3m，高度42.7m，水上排水量232001，下潜排水量33800t，潜行速度为每小时50km，最大下潜深度500m，持续潜航时间达到120天。该艇于1977年开工建造，1981年服役，在俄罗斯海军中具有举足轻重的地位。

2.全钛船

1985年，日本东邦钛公司与藤新造船所共同建造了“摩利支天Ⅱ号”全钛制快艇，一段时间内在美国很畅销。1997年，日生工业公司制造的“泰坦快速号”快艇下水就航，船长约12m，船体形状是漂亮的三次元曲线，可最大减少航行阻力。江藤造船所分别于1998年和1999年制造了“第二朝日丸”和“昭丸”号两艘全钛船，优点是质量轻、速度快、发动机小、燃料费用少、二氧化碳排量少、不需要表面涂层、附着物易清理等，缺点是材料成本高、加工制造技术难度大、保护要求严。试船的结果显示船速稳定性振动和噪声等性能都很好。

3.深潜器、救援艇，舰船部件

美国、日本、法国先后都建造了深潜器，采用钛和钛合金制造耐压壳体。其中，Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo合金用于制造美国Aivin号、Sea-Clifi号深潜器的壳体；Ti-6Al-4V ELI合金用于法国SM97号、美国Aivin号的浮力球、日本“深海2000”号、美国海军深海救援艇(DSRV)的壳体、浮力球等。

4.“蛟龙”号潜水器

我国首台自主设计、自主集成的载人潜水器“蛟龙”号见图2-1。2010年7月完成3759m海试，于2011年8月1日“蛟龙号”在深度5180m的位置正式开始此次海底作业工作。这个下潜深度意味着“蛟龙”号可以到达全球超过70%的海底。“蛟龙”号设计深度为世界第一的7000m，预计2012年将进行7000m级海试。工作范围覆盖全球海洋区域的99.8%。我国载人深潜计划目前正在稳步推进。深潜器是海洋技术开发的制高点，与载人航天工程类似，体现着一个国家的综合技术实力，深海载人潜水器活动范围遍及大陆坡、海山顶、火山口、洋脊以及洋底，在地球化学、地球物理和海洋生物等方面取得了大量研究成果。

5.声呐导流罩

钛合金声呐导流罩综合性能优越，被应用于俄罗斯“库尔斯克号”、“明斯克”、“基辅”号等舰艇的声呐系统中。根据水下、水面应用的要求不同，目前我国海军在役舰艇声呐导流罩所选用的壳板透声材料基本有两种，一种是不锈钢，另一种是纤维增强的玻璃钢。“九五”期间我国开展了钛合金在舰船声呐导流罩上的应用研究工作。

6.螺旋桨

螺旋桨材料要求强度高，在海水介质中疲劳性能好、耐冲刷和空泡腐蚀，钛合金可满足上述综合性能要求。美国海军首先在水翼艇上使用直径为1500mm、四叶可拆式超空泡钛合金螺旋桨。我国于1972年研制成水翼快艇螺旋桨，至今已生产直径为450~1100mm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。长期使用表明，钛合金螺旋桨使用寿命超过铜合金螺旋桨的5倍以上。

7.舰船泵、阀及管系

舰艇上的泵、阀及管子，由于工作条件非常恶劣，使用铜、不锈钢制造的管路只有2~5年寿命，更换后钛合金效果良好，适用于高流速的动海水管路。俄罗斯的舰船管路的寿命标准规定了三个年限要求，即第一次进船坞维修的期限(8~9年)；服役寿命应不少于15年；全寿命要求所有等级舰船应在25~30年期间可靠运行。

8.原子动力船

俄罗斯使用钛合金代替不锈钢制造舰船的蒸汽发动机、热交换器、冷却器，克服了腐蚀破坏。俄罗斯现有原子动力破冰船的动力装置广泛使用钛制蒸汽发动机。使用钛合金可使其发动机使用寿命延长数十倍以上，见表2-27。

                           表1  俄罗斯原子动力破冰船钛制蒸汽发动机使用情况