鈦材料在海洋工程應用中面臨的挑戰

無論是發展海洋經濟還是發展現代海軍，都需要發展系列海工裝備。實踐表明，先進的海工裝備，無論是深海油氣開採裝備，還是核潛艇、深潛器等裝備，都是涉鈦裝備，質輕耐蝕的鈦及鈦合金材料能為實現海工裝備的高效能、長壽命和高可靠做出重大貢獻。

而目前海洋工程用鈦加快發展的時機已成熟。我國已是世界鈦工業大國，具有比較完整的鈦研發-生產-應用體系，具有規模化生產能力和許多應用技術儲備，加快海洋工程用鈦的發展，不僅是必要的，而且是可行的。

與鋼鐵、不鏽鋼、銅、鋁等常用材料相比，鈦材料最突出的特點是密度低、比強度高、耐蝕性強，同時還具有耐海水沖刷、無磁性、無冷脆性、高透聲係數等性能，便於成形、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，但也有面臨諸多挑戰，主要表現在五個方面：

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第一，在鈦材生產方面。由於太熔點高（1668°C），高溫變形抗力大，熱加工溫區窄等原因，生產鈦材難度大，特別是大規格、高性能鈦材料的生產難度很大。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備（鍛壓機、板扎機、擠壓機等）。鈦材生產單位產品投資巨大，高大30-40萬/噸。鈦材生產的設備能力相當或更大。而其產出和設備利用率僅為其幾十分之一，導致其生產成本居高不下。

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第二，在產品設計方面。鈦屈-強比特高（0.9以上），焊接強度係數高（0.9以上），而彈性模量、導熱係數及阻尼係數偏低。在一定條件下，鈦會發生縫隙腐蝕、接觸電偶腐蝕與氫脆問題。由於鈦的這些物理、化學與力學特點，要求鈦設備的設計要採用全新的設計規範和技術規範（如安全係數、腐蝕裕量、防火防爆措施、結構形式、焊縫形式等）。鈦材阻尼係數較小（TiNi形狀記憶合金除外），在使用過程中振動較大，需採取防振減振措施。鈦進入工業領域僅幾十年的歷史，設計經驗少，許多問題尚待探索。

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第三，在產品製造方面。由於鈦的彈性模量低，冷加工時回彈大，導熱率低，表面易磨蝕、易劃傷等特點，給鈦零部件的成型、熱處理、機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。

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第四，在應用方面。由於鈦的耐蝕性強，許多鈦設備為「永久」或半永久性設備，設備考核周期很長，以致設備使用單位的一、二、三代工程技術人員也難以全面掌握某台設備的應用歷史資料，不能對鈦設備的使用效果做出全面、客觀的評價。

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第五，在選材料用材料觀念方面。大多數人目前仍很難突破「鈦材價格太貴」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倍的鈦材料去取代鋼材或銅材製造海工裝備。相對而言，鈦設備的一次性投資確實很大，鈦設備的技術經濟優勢主要靠「全壽命成本」來體現，即主要靠長遠效益來體現。鈦材要在海洋工程中擴大應用，在效益評估與宣傳普及方面要做大量工作。

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