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  • 发布时间:2018-11-08   来源:钛锆铪工业网  点击量:158

    钛及钛合金具有十分有益的综合性能,对提升海军装备技战术性能,提升海洋资源开发装备水平具有重要意义,因此,自上个世纪80年代起,西方发达国家就已经开始在其常规潜艇、核潜艇、航母、水面舰艇以及深潜器等设备上大量使用钛材料用以替代CuNi 合金、不锈钢以及镍基合金,制造动力系统(蒸气发生器和螺旋桨推进器等)、通海管路系统、热交换器、耐压壳体、声纳系统、排烟管道、消防系统、泵阀系统、通讯系统等的装备和部件,从而大大地延长了设备的使用寿命,降低了维护成本,提高了安全性、运载能力和机动性能等。表1给出了美国舰船上钛合金应用的典型部件。另外,在海上石油钻采装备上,钛合金也开始得到较为广泛的应用,以提高钻采设备的安全性和可靠性、降低系统重量和运行维护成本,取得了十分良好的效果。

    本文重点介绍国内外海洋工程装备,包括舰船、海上能源开发、海水淡化以及滨海和海洋建筑等方面钛合金的使用现状与发展概况。

    钛材料在舰船上的应用

    (耐压)壳体

    钛合金作为船体结构材料的应用,主要包括三个方面:潜艇的耐压壳体、深潜器的耐压壳体和水面船舶的壳体。

    潜艇耐压壳体

    在潜艇耐压壳体用钛方面,前苏联走在世界的前列,开启了钛合金材料作为潜艇耐压壳体使用的先河。

    1968年,前苏联(俄罗斯)建造了世界上第一艘钛合金多功能核动力潜艇(Papa),排水量5200吨,长度100 米,潜深达到了400 米,是钛合金应用于大型海装结构的革命性一步。

    1974年~1981年,前苏联相继建造了一系列全钛壳体核动力潜艇(Alfa 级到NATO),排水量2300吨,长80米,潜深达到600米,其中每艘潜艇的钛合金用量达到了2000 吨之多,共建造了7 艘,钛合金用量达到1.4万余吨。

    1983年,前苏联建造了目前潜深最大的钛壳体核动力潜艇“Komsomolets(共青团)”号,水上排水量5880 吨,水下排水量8500吨,长度117.5 米,最大潜深达到1200米,钛合金使用量达到了4000吨。但不幸的是,由于火灾原因,该潜艇于1989年4月沉没。

    1983年~1992年,前苏联(俄罗斯)又相继建成4艘“Sierra”级系列钛合金耐压壳体多用途攻击性核动力潜艇,水上排水量为7200吨(945 型)和7600吨(945A 型),水下排水量为8100吨(945 型)和9100吨(945A),长度110米,最大潜深为750米,其钛合金使用数量不详。前苏联解体后,受经济方面的制约,塞拉级潜艇被迫退出服役。有消息称,俄罗斯重启了塞拉级核潜艇维修,并于2017年开始重新服役。

    1982年~2000年,前苏联(俄罗斯)又相继建成了15艘阿库拉级弹道导弹核潜艇,潜航排水量达到了1.28万吨,长度110米,最大潜深600米,它是目前俄罗斯海军的主力潜艇。

    1986年到2000年,前苏联(俄罗斯)还分别建造了14艘“奥斯卡”级和6艘“台风级”核潜艇,潜航排水量分别达到1.9万余吨和4.8万吨,长度分别为155米和171米,潜深为500米和400米,其中,台风级为前苏联(俄罗斯)最大的弹道导弹核潜艇,其每艘的钛合金材料用量达到了惊人的9000吨之多,是我国目前年产钛加工材产量的20%左右。

    随着前苏联的解体,俄罗斯用钛合金作为耐压壳体制造核动力潜艇的计划在很长一段时间一直被搁置或没有按原计划建造完成,但随着俄罗斯经济的逐渐恢复及政治的需要,俄罗斯于2000年左右又重新开启了钛合金耐压壳体核潜艇的制造和修复工程。

    雅森级核动力攻击型潜艇自1993年开工以来,因为资金问题,迟迟未能交付,直到2010年才建造完成下水。该潜艇同样采用了钛合金双层壳体结构,潜航排水量为1.38万吨,长度120米,潜深600米,计划建造12艘。2010年交付海军,代号为AS-12的210级多用途攻击核潜艇是目前性能最为出色的核潜艇代表,其潜航排水量为2000吨,长度71米,宽度为8 米,潜航最高速度达到了45节(约90Km/h),最大潜深可以达到6000 米。该潜艇依然采用俄罗斯潜艇常用的双壳体结构,但为了达到设计的下潜深度,外层仍为钛合金艇体,而内层壳体则用6个巨大的钛合金球形壳体连接而成,以承受巨大的深海压力。

    前苏联(俄罗斯)已经形成完善的潜艇耐压壳体用钛合金材料技术和应用技术体系,也为此付出了高昂的代价,例如从1960年到1970年,前苏联科学家整整用了10年时间才解决了钛合金的焊接技术问题。目前,俄罗斯潜艇耐压壳体所使用的钛合金主要是两种钛合金:Ti-4A1-2V(ПТ-3B)和Ti-2A1-2.5Zr(ПТ-7М)。210级多用途攻击性核潜艇外部耐压壳体及其内部6个耐压球壳所采用的钛合金为俄罗斯新开发的一种高性能钛合金,具体牌号及化学成分不详。


    钛材料在海洋工程中的应用(一)
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