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          鈦及鈦合金行業

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          鈦在艦船領域的應用

             2022-09-30 1820

            鈦合金廣泛應用于核潛艇、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、鞭狀天線、海水管路、冷凝器、熱交換器、聲學裝置、消防設備上。

            鈦制耐壓殼體主要用在深海潛水器上,國內外都在不同程度上用鈦的耐壓殼體。如美國的“海崖”號深潛器裝備了鈦觀察艙和操縱艙,下潛深度可達6100m。國內在深潛器技術方面也取得了很大的成績,我國自主設計的“蛟龍”號深潛器下潛深度已經超過5000m。但在

            大型潛艇上大量用鈦的只有俄羅斯,其制造的6艘“臺風”核潛艇,主要合金有工業純鈦、Ti64、Ti64ELI、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-2.5V、IIT-3B、IIT-7M等。

            1.核潛艇

            俄羅斯在鈦合金核潛艇研究和制造技術上處于國際領先地位,也是最先用鈦合金建造耐壓殼體的國家。高峰時期,潛艇用鈦合金厚板和管材的年產量曾達萬噸,占鈦合金加工材年產量的30%~50%。從20世紀60年代起,俄羅斯研制的核潛艇已有4代,世界第一艘K162號全鈦核潛艇于1968年12月下水,已運行了30多年,到過各大洋,經受了不同載荷和環境,從未出現過任何事故。俄羅斯于1970年建造第一艘“ALFA”級核潛艇,20世紀七八十年代又相繼造了6艘,每艘用鈦約3000t,最大下潛深度914m,既輕又快,機動性能良好。鈦在船舶上使用的典型例子是俄羅斯臺風級核潛艇,它擁有鈦金屬制造的外殼,因軍事需要,采用雙殼結構,其雙層外殼共用鈦9000t,使其具有了無磁性、下潛深、航速快、噪聲小、維修次數少等優點。艇長172.8m,最大寬度23.3m,高度42.7m,水上排水量232001,下潛排水量33800t,潛行速度為每小時50km,最大下潛深度500m,持續潛航時間達到120天。該艇于1977年開工建造,1981年服役,在俄羅斯海軍中具有舉足輕重的地位。

            2.全鈦船

            1985年,日本東邦鈦公司與藤新造船所共同建造了“摩利支天Ⅱ號”全鈦制快艇,一段時間內在美國很暢銷。1997年,日生工業公司制造的“泰坦快速號”快艇下水就航,船長約12m,船體形狀是漂亮的三次元曲線,可最大減少航行阻力。江藤造船所分別于1998年和1999年制造了“第二朝日丸”和“昭丸”號兩艘全鈦船,優點是質量輕、速度快、發動機小、燃料費用少、二氧化碳排量少、不需要表面涂層、附著物易清理等,缺點是材料成本高、加工制造技術難度大、保護要求嚴。試船的結果顯示船速穩定性振動和噪聲等性能都很好。

            3.深潛器、救援艇,艦船部件

            美國、日本、法國先后都建造了深潛器,采用鈦和鈦合金制造耐壓殼體。其中,Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo合金用于制造美國Aivin號、Sea-Clifi號深潛器的殼體;Ti-6Al-4V ELI合金用于法國SM97號、美國Aivin號的浮力球、日本“深海2000”號、美國海軍深海救援艇(DSRV)的殼體、浮力球等。

            4.“蛟龍”號潛水器

            我國首臺自主設計、自主集成的載人潛水器“蛟龍”號見圖2-1。2010年7月完成3759m海試,于2011年8月1日“蛟龍號”在深度5180m的位置正式開始此次海底作業工作。這個下潛深度意味著“蛟龍”號可以到達全球超過70%的海底?!膀札垺碧栐O計深度為世界第一的7000m,預計2012年將進行7000m級海試。工作范圍覆蓋全球海洋區域的99.8%。我國載人深潛計劃目前正在穩步推進。深潛器是海洋技術開發的制高點,與載人航天工程類似,體現著一個國家的綜合技術實力,深海載人潛水器活動范圍遍及大陸坡、海山頂、火山口、洋脊以及洋底,在地球化學、地球物理和海洋生物等方面取得了大量研究成果。

            5.聲吶導流罩

            鈦合金聲吶導流罩綜合性能優越,被應用于俄羅斯“庫爾斯克號”、“明斯克”、“基輔”號等艦艇的聲吶系統中。根據水下、水面應用的要求不同,目前我國海軍在役艦艇聲吶導流罩所選用的殼板透聲材料基本有兩種,一種是不銹鋼,另一種是纖維增強的玻璃鋼?!熬盼濉逼陂g我國開展了鈦合金在艦船聲吶導流罩上的應用研究工作。

          圖2-1“蛟龍”號深潛器

            6.螺旋槳

            螺旋槳材料要求強度高,在海水介質中疲勞性能好、耐沖刷和空泡腐蝕,鈦合金可滿足上述綜合性能要求。美國海軍首先在水翼艇上使用直徑為1500mm、四葉可拆式超空泡鈦合金螺旋槳。我國于1972年研制成水翼快艇螺旋槳,至今已生產直徑為450~1100mm各類鈦合金螺旋槳,最大可生產直徑為1200mm,質量達130kg的固定鈦合金螺旋槳。長期使用表明,鈦合金螺旋槳使用壽命超過銅合金螺旋槳的5倍以上。

            7.艦船泵、閥及管系

            艦艇上的泵、閥及管子,由于工作條件非常惡劣,使用銅、不銹鋼制造的管路只有2~5年壽命,更換后鈦合金效果良好,適用于高流速的動海水管路。俄羅斯的艦船管路的壽命標準規定了三個年限要求,即第一次進船塢維修的期限(8~9年);服役壽命應不少于15年;全壽命要求所有等級艦船應在25~30年期間可靠運行。

            8.原子動力船

            俄羅斯使用鈦合金代替不銹鋼制造艦船的蒸汽發動機、熱交換器、冷卻器,克服了腐蝕破壞。俄羅斯現有原子動力破冰船的動力裝置廣泛使用鈦制蒸汽發動機。使用鈦合金可使其發動機使用壽命延長數十倍以上,見表2-27。

            表2-27 俄羅斯原子動力破冰船鈦制蒸汽發動機使用情況

          破冰船名稱

          發動機開始使用時間

          服役時間/a

          破冰船名稱

          發動機開始使用時間

          服役時間/a

          “列寧”號

          1970

          20

          “俄羅斯”號

          1985

          12

          “北極”號

          1974

          25

          “蘇聯”號

          1989

          8


           
          標簽: 鈦應用
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