1、鈦材在國內外軍用艦船中的應用現狀

鈦以其輕質、高比強、高比剛、高耐蝕、無磁性等優異性能被稱為“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、波紋管等都采用鈦材;常規潛艇中的聲納導流罩、通海管路系統、波紋 管、泵、閥也都大量應用鈦材。水面艦船（如現代級導彈驅逐艦、航母）的聲納導流系統、通海管路系統、波紋管、泵、閥也都廣泛使用鈦材，其主要艦船都經過了北極、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生較大感應電流的不利影響。圖 1 是俄羅斯k877 型常規潛艇，其聲納導流罩結構全部采用鈦材。

我國自上世紀六十年代起開始研究艦船用鈦合金，在國內相關單位的共同努力下，研究了從工業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，在有關部門的支持下，鈦合金在我國相關產品的得到了應用，已應用的有潛艇的魚雷發射管、柴油機的排煙管路系統、鹽水泵、一回路的海水蒸發器;導彈護衛艦的聲納導流罩、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注，相關的材料基礎研究、生產工藝及設備研究、裝備制造技術研究等進步明顯。各型號艦船均大力推進鈦材應用，以提高艦船裝備技術性能及全壽命周期可靠性。

常規潛艇應用前景：2002 年以前，常規潛艇僅沿襲前蘇聯技術，在魚雷發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，預計再經過兩個型號的研究、建造的磨礪，到 2040年左右，我國常規潛艇用鈦水平將達到俄羅斯目前的常規潛艇用鈦水平，每艇總用量～100 噸。

核常規潛艇應用前景：截止目前，我國核潛艇用鈦仍沿襲前蘇聯技術，僅在核動力裝置一回路設備中采用了核性能穩定的 Ti31 特種鈦合金。但隨著常規潛艇用鈦的發展，預計將來其用鈦量會超越常規潛艇。

戰斗艦艇應用前景：到現階段，我國主要水面戰斗艦艇如掃雷艦、獵掃雷艦、導彈快艇、導彈驅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體系，而美、俄、日均已把鈦列入了戰略限制物資，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，我國艦船用鈦已經真正起步，各方已經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、日等世界鈦工業強國，成為保障我國海軍裝備建設實現轉型的重要支持。

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 產品設計

我國艦船用鈦剛剛起步，在鈦合金產品設計時大致有兩種思路，一種是借鑒俄羅斯經驗，在引俄技術研究的基礎上研仿設計；一種是在原產品的設計基礎上，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品重量、規格、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品設計僅停留在模仿和材料替代上，遠沒有達到經濟、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部門統籌策劃，整合國內研究資源，系統研究俄羅斯船用鈦裝備的設計規范，進行必要的補充試驗、研究，并形成自己的設計規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，國內在艦船用鈦領域一度出現“群雄并起、各執己見”的無序局面。設計所、材料研究單位、材料生產商、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合理性原則。如很多單位都極力推薦自有專 利產品，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。我國艦船用鈦已經有足夠多的材料可供選擇，關鍵是擺脫利益因素的干擾，用純技術經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驗，根據材料的機械性能（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，最終形成材料規范體系，避免材料壟斷。

3.3 技術標準

我國艦船鈦及鈦合金工程應用主要涉及四大類技術標準：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設計標準，特別是俄羅斯的相對完整的設計規范，國內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能力已經達到世界先進水平，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、航空航天行業標準、化工行業標準等。但艦船鈦及鈦合金材料卻沒有船舶行業標準，目前主材用的是企業標準，輔材套用了國家標準或其它行業標準，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規范作用。

建議由國家相關部委牽頭，國家鈦工業協會承辦，各相關設計所、材料研究單位、材料生產商、船廠參與，在現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，在產品設計圖樣和技術文件上更沒有對制造標準進行規定。目前各制造單位可能有自己的工藝文件，但不系統。

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范和要求的信息，提高設計質量。

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、不專業。目前在外觀、無損檢測、常規力學性能、硬度、疲勞等方面大多數沿用鋼結構的檢驗標準，缺乏表面處理結合強度、防接觸電化學腐蝕的絕緣性能等檢驗標準，產品設計圖樣和技術文件上對檢驗標準的規定極不完整。

建議由國家相關部委、國家鈦工業協會等牽頭，各相關設計所、材料研究單位、材料生產商、船廠參與，在借鑒其它行業標準的基礎上，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品費用：

1）提高設計的技術經濟性，做到鈦材物盡其用，充分利用鈦材的性能優勢降低重量、減小體積、減低材料級別等，可以從源頭削減產品費用。

2）建立全壽命周期的經濟分析理念，充分利用鈦裝備在海洋環境下幾乎免維護的特性，降低裝備全壽命周期費用預算。

3）全面打破在產品設計、材料生產、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、提升質量。

4、結束語

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的迅猛發展已經為海軍大規模用鈦提供了可能。為了可靠的應用到武器裝備上，國家有關機關、鈦工業協會、應用單位等應認真研究對策，借鑒國外經驗,加大推廣力度，以龍頭企業為主體，充分發揮產、學、研、軍四位一體的機制，認真解決一系列相關技術問題，建立能統籌設計、材料生產、裝備制造、使用維護等系統工程的組織和機構。打破行業界限，打破地方主義，開展全國性大協作，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；