海洋工程用鈦面臨的挑戰(zhàn)

      無論是發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)還是發(fā)展現(xiàn)代海軍，都需要發(fā)展系列海工裝備。實(shí)踐表明，先進(jìn)的海工裝備，無論是深海油氣開采裝備，還是核潛艇、深潛器等裝備，都是涉鈦裝備，質(zhì)輕耐蝕的鈦及鈦合金材料能為實(shí)現(xiàn)海工裝備的高效能、長壽命和高可靠作出重大貢獻(xiàn)。

　　而目前海洋工程用鈦加快發(fā)展的時機(jī)已成熟。我國已是世界鈦工業(yè)大國，具有比較完整的鈦研發(fā)-生產(chǎn)-應(yīng)用體系，具有規(guī)模化生產(chǎn)能力和許多應(yīng)用技術(shù)儲備，加快海洋工程用鈦的發(fā)展，不僅是必要的，而且是可行的。

　　與鋼鐵、不銹鋼、銅、鋁等常用材料相比，鈦材最突出的特點(diǎn)是密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)，同時還具有耐海水沖刷、無磁性、無冷脆性、高透聲系數(shù)等性能，便于成形、鑄造、焊接，使它對各類海洋工程有廣泛的適用性。

　　鈦在海洋工程中可大顯身手，但也有一些缺點(diǎn)和值得注意的問題。海洋工程用鈦面臨諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在五個方面：

　　第一，在鈦材生產(chǎn)方面。由于鈦熔點(diǎn)高（1668℃），高溫變形抗力大，熱加工溫區(qū)窄等原因，生產(chǎn)鈦材難度大，特別是大規(guī)格、高性能鈦材的生產(chǎn)難度很大。不僅需要大型真空熔煉爐（真空電弧爐、電子束冷床爐等），而且需要重型壓力加工設(shè)備（鍛壓機(jī)、軋板機(jī)、擠壓機(jī)等）。鈦材生產(chǎn)單位產(chǎn)品投資巨大，高達(dá)30萬~40萬/噸。鈦材生產(chǎn)的設(shè)備能力比同規(guī)格鋼材的設(shè)備能力相當(dāng)或更大，而其產(chǎn)出和設(shè)備利用率僅為其幾十分之一，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本居高不下。

　　第二，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面。鈦屈-強(qiáng)比特高（0.9以上），焊接強(qiáng)度系數(shù)高（0.9以上），而彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)及阻尼系數(shù)偏低。在一定條件下，鈦會發(fā)生縫隙腐蝕、接觸電偶腐蝕與氫脆問題。由于鈦的這些物理、化學(xué)與力學(xué)特點(diǎn)，要求鈦設(shè)備的設(shè)計(jì)要采用全新的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)范（如安全系數(shù)、腐蝕裕量、防火防爆措施、結(jié)構(gòu)形式、焊縫形式等）。鈦材阻尼系數(shù)較小（TiNi形狀記憶合金除外），在使用過程中振動較大，需采取防振減振措施。鈦進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域僅幾十年的歷史，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)少，許多問題尚待探索。

　　第三，在產(chǎn)品制造方面。由于鈦的彈性模量低，冷加工時回彈大，導(dǎo)熱率低，表面易磨蝕、易劃傷等特點(diǎn)，給鈦零部件的成型、熱處理、機(jī)械加工等均帶來一定的難度，成熟的工藝需要較長時間的探索。

　　第四，在應(yīng)用方面。由于鈦的耐腐蝕性強(qiáng)，許多鈦設(shè)備為“永久”或半永久性設(shè)備，設(shè)備考核周期很長，以致設(shè)備使用單位的一、二、三代工程技術(shù)人員也難以全面掌握某臺設(shè)備的應(yīng)用歷史資料，不能對鈦設(shè)備的使用效果做出全面、客觀的評價(jià)。

　　第五，在選材用材觀念方面。大多數(shù)人目前仍很難突破“鈦材價(jià)格太貴”的慣性思維。在投資能力有限的情況下，很難用比船體鋼貴5~10倍的鈦材去取代鋼材或銅材制造海工裝備。相對而言，鈦設(shè)備的一次性投資確實(shí)很大，鈦設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢主要靠“全壽命成本”來體現(xiàn)，即主要靠長遠(yuǎn)效益來體現(xiàn)。鈦材要在海洋工程中擴(kuò)大應(yīng)用，在效益評估與宣傳普及方面要做大量工作。