引言

隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類面臨著資源短缺的難題。縱觀全球，現(xiàn)有陸地能源與礦物資源的枯竭，已是為期不遠的可怕現(xiàn)實。而占地球表面積約71%的藍色海洋，可提供充足的食物和醫(yī)藥原料，蘊藏著豐富的礦產儲量以及占全球總儲量約1/3 的石油、天然氣；而海洋潮汐、海上風能和太陽能等的開發(fā)和利用，將為人類活動提供可持續(xù)發(fā)展的強勁動力[1]。

開發(fā)海洋需要各種裝備，而任何裝備功能的實現(xiàn)都依賴于材料技術。海洋和陸地不同，海水與海洋大氣中含有氯化物和硫化物，對機械裝置材料腐蝕作用很大，而深海海水的強大壓力，需求設備結構強度高，否則會出現(xiàn)失效。故海洋工程用設備構件，特別是在大深度海水中作業(yè)的構件，需要選用比強度高，比韌性好、耐海水腐蝕的材料加工制造[2]。

1、鈦在海洋工程應用上的優(yōu)勢

鈦，被稱為“海洋金屬”，其質輕、高強、無磁、耐蝕，特別突出的是耐海水和海洋大氣腐蝕，是優(yōu)異的輕型結構材料，尤其適用于作輕型海工裝備用材。鈦合金棒、鈦合金管等鈦及鈦合金在海洋工程中在推廣應用，對提高海洋工程裝備的作業(yè)能力、安全性、可靠性及技戰(zhàn)術水平具有十分重要的意義，是建設海洋強國的重要戰(zhàn)略材料之一[3]。

與鋼鐵、不銹鋼、銅、鋁等常用材料相比，鈦材最突出的特點是密度低、比強度高、耐蝕性強；同時還具有優(yōu)良的耐海水沖刷、無磁性、無冷脆性、高透聲系數(shù)及有優(yōu)異的中子輻照衰減性能。在塑性成形、鑄造、焊接等方面，與其他常用金屬材料一樣，可以采用常規(guī)的方法進行加工成形，因而使鈦金屬材料對各類海洋工程具有廣泛的適用性。

2、國內海洋工程用鈦合金分類、性能特點及應用

自 20 世紀90 年代以來，我國自主開發(fā)了多種海洋工程專用鈦合金。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國海洋用鈦的研究及應用水平有了很大提高，已形成較為完善的合金體系，按合金屈服強度，可大致分成三個等級：1) 低強鈦合金(500 MPa 以下)；2) 中強鈦合金(500~800 MPa)；3) 高強度鈦合金(800 MPa 以上)。

低強鈦合金主要有工業(yè)純鈦(TA1-TA3)、TA9、TA10、TA16 等；中強鈦合金主要有：TA17、TA22 (Ti-31)、ZTA5、TA5-A、TA18、ZTi60、TA23 (Ti-70)、Ti-91、TA24 (Ti-75)等；高強鈦合金主要有：ZTC4、TC4、TC4ELI、Ti80、TC10、TC11、TiB19、TB9 等。

表1 為我國海洋用鈦及鈦合金及其性能。

由于鈦及鈦合金自身所具備的特性，使其在艦船以及海工裝備的應用上具有得天獨厚的優(yōu)勢，因而被廣泛應用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊船、掃雷艇以及螺旋槳推進器、海水管路、冷凝器、熱交換器等。如，我國的“和諧”號深海載人深潛器載人球殼的材料就是鈦合金；美國、日本、俄羅斯等國深潛器的載人球殼的材料也是鈦合金。此外，鈦還具有無磁性，能夠提高探測儀器及工具的抗磁干擾能力，減小設備裝備的磁物理場效應，增加隱蔽性，提高焊接質量和生產效率，這使其在艦船上的應用潛力進一步被發(fā)掘出來。

4、我國海洋用鈦合金的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國海洋用鈦合金雖然已形成了較為完整的體系，但很多合金尚停留在研發(fā)試制階段，存在產業(yè)化水平低、應用不足的問題，與俄羅斯、美國、日本等國相比，還有較大的差距。

我們認為主要有以下幾點原因：

1) 沒有形成設計院所、材料研究機構、部件成型及應用性能研究單位、艦船建造企業(yè)之間的有效協(xié)調合作機制，造成目前的應用還處于零星分散的狀態(tài)，多項關鍵技術并沒有掌握。

2) 海洋工程結構件建造規(guī)則還不完善，且缺少材料標準。

3) 在海水及海洋工況中條件下，長期應用的性能數(shù)據(jù)支撐不充足。

4) 加工設備能力不夠，產品規(guī)格小，主要是缺少大型管材加工設備，目前海洋用大口徑鈦合金管材還不能生產，不能完全滿足海洋用鈦大型構件的需要。當前平臺的結構件和關鍵部件及設備均從國外進口。

5) 工程化應用不足，鈦加工技術進步緩慢，造成材料生產成本很高。

5、未來海洋工程用鈦材的發(fā)展建議和展望

為了促進鈦以及鈦合金未來能夠在海洋工程應用領域進一步發(fā)展，建議：1) 將海洋工程用鈦納入國家新材料發(fā)展專項，建立海洋工程用鈦合金材料及技術研究、應用研究及評價平臺，大力推動海洋工程用鈦材料的跨越式發(fā)展，提升我國海工裝備的技術水平升級和發(fā)展；2) 從國家層面推動海洋工程用鈦設備的設計準則、技術體系、應用技術標準、規(guī)范；3) 深化對現(xiàn)有鈦合金的研究，并開展新工藝和新技術研究，著重解決焊接、成型、表面處理等工程應用技術問題，大力開發(fā)鈦合金低成本化生產技術；4) 優(yōu)化和完善我國船用鈦合金體系，建立船用鈦合金性能數(shù)據(jù)庫，為海洋工程用鈦及鈦合金的選材提供豐富的數(shù)據(jù)支持；5) 加大對鈦合金生產企業(yè)的投資力度，加快鈦合金加工企業(yè)的裝備向高精化、自動化、大型化的改造進程。

目前，海洋用鈦合金材料的用量僅占約2%，如果我國能達到俄羅斯艦船用鈦量15%~20%的比例，船用鈦的市場需求量將會非常龐大，保守估計鈦的市場應該在千億元左右。石油勘探與開采領域是鈦合金應用的又一個具有巨大潛力的目標市場，僅一座海上石油鉆井平臺用鈦量就可達到1500~2000 噸。根據(jù)規(guī)劃，我國未來3~5 年將建設70 座左右的海上石油鉆井平臺，如果采用鈦材料，鈦的用量將會達到14 萬噸左右。此外，在海水淡化以及濱海電站方面，由于我國目前海水淡化以及濱海電站市場需求巨大，在進一步降低鈦合金成本以及提高產品質量穩(wěn)定性的情況下，鈦的市場應用前景將非常廣闊。

6、結語

1) 我國海洋用鈦合金雖然已形成了較為完整的體系，且鈦及鈦合金在我國航洋工程上已經(jīng)有了較多的應用，但與俄羅斯、美國、日本等國相比，還有較大的差距，需進一步加快海洋用鈦的研發(fā)、應用步伐，以提升我國艦船及海工裝備的發(fā)展水平；

2) 我國海洋用鈦材的需求量巨大，市場前景廣闊，有很大的發(fā)展空間。

參考文獻 (References)

[1] 范麗穎, 劉俊玲, 安紅(2006) 鈦在海洋工程上的應用現(xiàn)狀及前景展望. 中國金屬通報, Z2, 25-28.

[2] 周廉, 等(2014) 中國海洋工程材料發(fā)展戰(zhàn)略咨詢報告. 化學工業(yè)出版社, 北京.

[3] 王鎬, 李獻軍(2012) 鈦在海洋工程應用的最新進展. 中國鈦業(yè), 1, 11-14.

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