1、鈦材在國內(nèi)外軍用艦船中的應用現(xiàn)狀 鈦以其輕質(zhì)、高比強、高比剛、高耐蝕、無磁性等優(yōu)異性能被稱為“海洋金屬”，是海軍工程最有前途的金屬材料，被世界各國廣泛應用于水面艦船、水下潛艇、深潛器、水中兵器、通訊設備等領域。 美國、日本、俄羅斯在深潛器上成功的使用了鈦材，使下潛深度分別達到了 5000 米、6000 米和 6500 米。俄羅斯在核潛艇中是使用鈦材最多的國家，其中最典型的是全鈦核潛艇，其單艇用鈦材最大達到 9000噸；[3]其它核潛艇中的冷凝器、熱交換器、聲納導流罩、通海管路系統(tǒng)、波紋管等都采用鈦材;常規(guī)潛艇中的聲納導流罩、通海管路系統(tǒng)、波紋 管、泵、閥也都大量應用鈦材。水面艦船（如現(xiàn)代級導彈驅(qū)逐艦、航母）的聲納導流系統(tǒng)、通海管路系統(tǒng)、波紋管、泵、閥也都廣泛使用鈦材，其主要艦船都經(jīng)過了北極、南極、赤道、太平洋、印度洋、大西洋的全球海域航行，解決了設計許用應力、安全系數(shù)選取等問題。美國、日本多種艦船噴水推進裝置上也都使用鈦材，有效的克服了采用銅合金在航 行時切割地球磁力線而產(chǎn)生較大感應電流的不利影響。圖 1 是俄羅斯k877 型常規(guī)潛艇，其聲納導流罩結(jié)構(gòu)全部采用鈦材。 我國自上世紀六十年代起開始研究艦船用鈦合金，在國內(nèi)相關(guān)單位的共同努力下，研究了從工業(yè)純鈦到不同強度等級系列的船用鈦合金（Ti80鈦鍛件、Ti31鈦棒、Ti75鈦棒）及其配套焊接材料，在有關(guān)部門的支持下，鈦合金在我國相關(guān)產(chǎn)品的得到了應用，已應用的有潛艇的魚雷發(fā)射管、柴油機的排煙管路系統(tǒng)、鹽水泵、一回路的海水蒸發(fā)器;導彈護衛(wèi)艦的聲納導流罩、雷達天線、滅掃雷具;導彈快艇部分通海管路、魚雷用電池箱等。 2、我國艦船鈦及鈦合金工程應用前景 自 2002 年以來，我國艦船用鈦得到極大關(guān)注，相關(guān)的材料基礎研究、生產(chǎn)工藝及設備研究、裝備制造技術(shù)研究等進步明顯。各型號艦船均大力推進鈦材應用，以提高艦船裝備技術(shù)性能及全壽命周期可靠性。 常規(guī)潛艇應用前景：2002 年以前，常規(guī)潛艇僅沿襲前蘇聯(lián)技術(shù)，在魚雷發(fā)射管等部位極少量用鈦，每艇不足 2 噸；2002-2020 年，在柴油機主機進排氣系統(tǒng)及其輔助冷卻、測量、潤滑管路中等大量采用鈦，每艇總用量～40 噸，預計再經(jīng)過兩個型號的研究、建造的磨礪，到 2040年左右，我國常規(guī)潛艇用鈦水平將達到俄羅斯目前的常規(guī)潛艇用鈦水平，每艇總用量～100 噸。 核常規(guī)潛艇應用前景：截止目前，我國核潛艇用鈦仍沿襲前蘇聯(lián)技術(shù)，僅在核動力裝置一回路設備中采用了核性能穩(wěn)定的 Ti31 特種鈦合金。但隨著常規(guī)潛艇用鈦的發(fā)展，預計將來其用鈦量會超越常規(guī)潛艇。 戰(zhàn)斗艦艇應用前景：到現(xiàn)階段，我國主要水面戰(zhàn)斗艦艇如掃雷艦、獵掃雷艦、導彈快艇、導彈驅(qū)逐艦等用鈦增長較為迅猛。世界上只有美、俄、日、中四國建立了完整的鈦工業(yè)體系，而美、俄、日均已把鈦列入了戰(zhàn)略限制物資，美、俄的軍事用鈦更是高達 80%以上。我國軍用鈦僅占總量的約 20%，艦船用鈦更是微不足道。 可喜的是近二十年的磨礪和嘗試，我國艦船用鈦已經(jīng)真正起步，各方已經(jīng)形成了促進艦船用鈦的一致共識，未來 20 年將是我國艦船用鈦的黃金時間，我國艦船用鈦水平可望在這 20 年里迅速提升至國際先進水平，達到甚至超過美、俄、日等世界鈦工業(yè)強國，成為保障我國海軍裝備建設實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的重要支持。 3、我國艦船鈦及鈦合金工程應用面臨的主要問題及解決方案 3.1 產(chǎn)品設計 我國艦船用鈦剛剛起步，在鈦合金產(chǎn)品設計時大致有兩種思路，一種是借鑒俄羅斯經(jīng)驗，在引俄技術(shù)研究的基礎上研仿設計；一種是在原產(chǎn)品的設計基礎上，簡單比對鈦材和原材料的差異進行材料替代。 上述設計方式局限性很大，在很大程度上不能充分利用鈦材的綜合性能優(yōu)勢，可能造成一定的設計富余和浪費，同時也缺乏足夠的理論支持。如鈦材的屈強比很高（一般～0.9）、在海水中屬于“不腐蝕”材料、比重輕等性能非常有利于我們在設計時降低產(chǎn)品重量、規(guī)格、體積等，進而降低成本，提高性能。但目前很多型號艦船鈦合金產(chǎn)品設計僅停留在模仿和材料替代上，遠沒有達到經(jīng)濟、合理、適用的原則。 俄羅斯是艦船用鈦理論、設計、工藝最完整、最成熟的國家，解決這個問題的最快、最佳方法是國家有關(guān)部門統(tǒng)籌策劃，整合國內(nèi)研究資源，系統(tǒng)研究俄羅斯船用鈦裝備的設計規(guī)范，進行必要的補充試驗、研究，并形成自己的設計規(guī)范并推廣到所有設計和應用單位。 3.2 艦船用鈦及鈦合金材料體系的確定 2002 年-2009 年是我國艦船用鈦的嘗試階段，基于對未來我國艦船用鈦廣闊前景的期盼，國內(nèi)在艦船用鈦領域一度出現(xiàn)“群雄并起、各執(zhí)己見”的無序局面。設計所、材料研究單位、材料生產(chǎn)商、船廠各自站在自身利益說話，提出了紛紛嚷嚷的艦船用鈦及鈦合金材料選型方案，很多方案都偏離了最佳技術(shù)合理性原則。如很多單位都極力推薦自有專 利產(chǎn)品，甚至在低強度級別的 TA2、TA3 等純鈦完全可滿足要求的情形下依然選擇高級別的材料，而這些材料的工程應用研究和試驗并不充分，專利的取得也有急功近利的因素。這種情形業(yè)已造成無序競爭，對我國艦船用鈦的大局不利。 解決這些問題并不復雜。我國艦船用鈦已經(jīng)有足夠多的材料可供選擇，關(guān)鍵是擺脫利益因素的干擾，用純技術(shù)經(jīng)濟的方法去去確定材料體系。我們可以學習航空航天用鈦的經(jīng)驗，根據(jù)材料的機械性能（主要是強度）和特殊物理化學性能（主要是耐蝕性、透聲性、耐溫性等）進行分級，確定不同級別的材料性能要求，再確定不同級別的材料可選方案，最終形成材料規(guī)范體系，避免材料壟斷。 3.3 技術(shù)標準 我國艦船鈦及鈦合金工程應用主要涉及四大類技術(shù)標準：設計標準、材料標準、制造標準和檢驗標準。 1） 設計標準 美、俄、日針對艦船用鈦有專門的設計標準，而我國目前尚沒有，所以在鈦合金的產(chǎn)品設計方面存在很多不確定性，甚至是缺憾。 建議通過各種渠道爭取到國外的相關(guān)設計標準，特別是俄羅斯的相對完整的設計規(guī)范，國內(nèi)再進行補充研究形成自己的設計標準。 2） 材料標準 我國鈦及鈦合金的材料配套生產(chǎn)能力已經(jīng)達到世界先進水平，材料種類也很多，大部分材料已有對應的國家標準、國家軍用標準、航空航天行業(yè)標準、化工行業(yè)標準等。但艦船鈦及鈦合金材料卻沒有船舶行業(yè)標準，目前主材用的是企業(yè)標準，輔材套用了國家標準或其它行業(yè)標準，材料標準的選擇反而成為各單位利益保護的工具，已失去了其應有的技術(shù)規(guī)范作用。 建議由國家相關(guān)部委牽頭，國家鈦工業(yè)協(xié)會承辦，各相關(guān)設計所、材料研究單位、材料生產(chǎn)商、船廠參與，在現(xiàn)有材料標準的基礎上，整理編制艦船鈦及鈦合金材料的國家標準、國家軍用標準或船舶行業(yè)標準。 3） 制造標準 我國艦船鈦及鈦合金裝備制造工藝能力和國外先進水平還有差距，基本沒有制造標準，在產(chǎn)品設計圖樣和技術(shù)文件上更沒有對制造標準進行規(guī)定。目前各制造單位可能有自己的工藝文件，但不系統(tǒng)。 建議把代表我國先進制造能力、相對成熟的熱處理、機械加工、切割加工、冷熱成型、焊接、表面改性處理等工藝文件逐步上升為標準，以引領我國艦船鈦及鈦合金裝備制造能力的整體提高，也為設計提供必要的工藝規(guī)范和要求的信息，提高設計質(zhì)量。 4） 檢驗標準 我國艦船鈦及鈦合金的檢驗標準的最大問題是不完整、不系統(tǒng)、不專業(yè)。目前在外觀、無損檢測、常規(guī)力學性能、硬度、疲勞等方面大多數(shù)沿用鋼結(jié)構(gòu)的檢驗標準，缺乏表面處理結(jié)合強度、防接觸電化學腐蝕的絕緣性能等檢驗標準，產(chǎn)品設計圖樣和技術(shù)文件上對檢驗標準的規(guī)定極不完整。 建議由國家相關(guān)部委、國家鈦工業(yè)協(xié)會等牽頭，各相關(guān)設計所、材料研究單位、材料生產(chǎn)商、船廠參與，在借鑒其它行業(yè)標準的基礎上，整理編制艦船鈦及鈦合金材料的完整檢驗標準體系，為我國艦船鈦及鈦合金的工程應用服務，提升裝備質(zhì)量保證能力。 3.4 費用過高 制約我國艦船鈦及鈦合金工程應用的突出問題就是費用過高，而費用過高在一定程度上是因壟斷、設計局限和無序競爭引起的，我國一度形成艦船用鈦成本過高、海軍經(jīng)費難以支撐的認識。 實際上，艦船用鈦費用遠沒有其表象那么虛高，我們有很多方法可以大幅降低產(chǎn)品費用： 1）提高設計的技術(shù)經(jīng)濟性，做到鈦材物盡其用，充分利用鈦材的性能優(yōu)勢降低重量、減小體積、減低材料級別等，可以從源頭削減產(chǎn)品費用。 2）建立全壽命周期的經(jīng)濟分析理念，充分利用鈦裝備在海洋環(huán)境下幾乎免維護的特性，降低裝備全壽命周期費用預算。 3）全面打破在產(chǎn)品設計、材料生產(chǎn)、裝備制造領域各種形式的壟斷，引入合理、有序、可控的競爭，全面降低裝備費用、提升質(zhì)量。 4、結(jié)束語 鈦及鈦合金無疑是海水條件下非常好的材料，我國綜合國力的提高和鈦工業(yè)的迅猛發(fā)展已經(jīng)為海軍大規(guī)模用鈦提供了可能。為了可靠的應用到武器裝備上，國家有關(guān)機關(guān)、鈦工業(yè)協(xié)會、應用單位等應認真研究對策，借鑒國外經(jīng)驗,加大推廣力度，以龍頭企業(yè)為主體，充分發(fā)揮產(chǎn)、學、研、軍四位一體的機制，認真解決一系列相關(guān)技術(shù)問題，建立能統(tǒng)籌設計、材料生產(chǎn)、裝備制造、使用維護等系統(tǒng)工程的組織和機構(gòu)。打破行業(yè)界限，打破地方主義，開展全國性大協(xié)作，提高水平，降低造價，盡最大努力推進我國艦船鈦及鈦合金工程應用。 參考文獻 [1]夏申琳，王剛，楊曉，李雪峰，王明建 《鈦及鈦合金在船舶中的應用》，期刊《金屬加工》20116 年 10 期； 作者簡介：涂政（1972.03-）；男；籍貫：湖北省武漢市；大學本科；研究方向：艦船輪機；職稱：高級工程師； 無相關(guān)信息