Ti75鈦棒、Ti80鈦棒、Ti31鈦合金鍛件具有優(yōu)良耐海水腐蝕、高比強度、無磁性、透聲性、抗裂性和可加工性等特點,其熱中子吸收截面為56×10m2,大約是鋯的30倍,鉿的1/2。鈦合金的核性能也比較穩(wěn)定,在3×10°~20x10慢中子流輻射中,布氏硬度、屈服強度略有增加,伸長率、電阻率略有下降但沖擊韌性沒有改變,合金的密度及產(chǎn)品的尺寸形狀均無改變。由于鈦的這些性能而被作為一種理想的艦船結(jié)構(gòu)材料,被譽為“海洋金屬”。各國船舶行業(yè)對鈦及鈦合金在艦船上的應(yīng)用。

研究十分重視先后研究開發(fā)了專用的船用鈦合金系列,并在艦船上大量應(yīng)用,以提高艦船設(shè)備運行的可靠性和使用壽命,從而提升艦船的技、戰(zhàn)術(shù)性能。鈦材料在船舶中的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,從船體結(jié)構(gòu)、推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)到特種裝置等。可以說除船舶屬具與艙室設(shè)施外的大部分設(shè)備、零部件均可以用鈦及鈦合金材料。因此,鈦及鈦合金在艦船上的應(yīng)用前景十分廣闊,其應(yīng)用也必將會帶來明顯社會效益和經(jīng)濟效益。

1、 Ti75鈦合金

該合金是西北有色金屬研究院開發(fā)的中強、耐高溫、耐腐蝕、抗氫脆Ti-3A2Mo2Zr系鈦合金田其強度、塑韌性、耐蝕性和加工性等綜合性能優(yōu)于TA5。沖擊韌性和斷裂韌性是TA5的14倍和12倍,K正為TA5的2倍。該合金性能如表1所示。其板材、鍛件典型的力學性能:o>700MPa、oa2630MPa、A>15%、35%a≥59Jm2。耐海水腐蝕性能優(yōu)異,海水浸泡腐蝕、縫隙腐蝕、動海水腐蝕(流速為3ms)的腐蝕速率為0mm/a,焊接系數(shù)大于0.9,與船體鋼電偶腐蝕效果為1.33。

與船用TA5鈦合金的比較:Ti75強度高出TA5鈦合金50MPa;沖擊韌性和斷裂韌性比TA5高出20%;在3.5%NaCl水溶液中應(yīng)力腐蝕性能KSCC值達到867MPam2,是TA5的1.5~2倍;該合金具有良好的焊接性能,達到設(shè)計指標焊接系數(shù)09的要求性能對雜質(zhì)氧敏感低于TA5;該合金中合金元素鋁以AMo中間合金加入,對于消除鑄錠成分偏析較TA5有利;該合金熱加工溫度較TA5低70~100℃,對溫度變化的適應(yīng)性強,具有優(yōu)于TA5的冷熱加工性能;該合金使用AMo中間合金,生產(chǎn)工藝成熟,性能穩(wěn)定,因此適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),其成本不超過TA5的10%。

與國內(nèi)外同級船用鈦合金的比較:與俄羅斯480T3比較,在強度高出50MPa的前提下,Ti75鈦合金原材料適應(yīng)性強、鑄錠成分易均勻,熱加工溫度低近100℃,沖擊、斷裂韌性高出20%,應(yīng)力腐蝕性能高50%;與俄羅斯∏T3B合金強度水平相當,但∏T3B延性差(Z:10%),且不能生產(chǎn)管材;美國Ti3A125V合金品種齊全,但強度水平比T75合金低近100MPa;與TC4合金相比,Ti75鈦合金的延性、沖擊、斷裂、彎曲、疲勞等性能均優(yōu)于前者,其中斷裂韌性高出30%,疲勞性能高出15%以上。

Ti75鈦合金是專門為某型號二回路系統(tǒng)研制的中強合金,主要運用在大通徑流體輸送管、換熱器管板、封頭、閥門殼體、閥瓣等設(shè)備的一般部件。(1)由Ti75鈦合金制作的零部件已成功應(yīng)用于某工程的往復式鹽水泵、通海系統(tǒng)、海水四通、接管和舷側(cè)雙座雙球閥閥桿等,并且有15個Ti75鈦合金零件于1993年安裝到某艇進行裝艇使用,正常運行至今。

2、 Ti80鈦合金

Ti80鈦合金是上海鋼研所20世紀80年代研制的一種新型的Ti60A-2.5Nb-2.2Zr-12Mo系近α合金5四,具有高強、高韌、可焊、耐蝕等綜合性能。Ti80合金采用焊接十熱處理焊接工藝可使接頭焊接系數(shù)達到09。

Ti80鈦合金是在Ti75鈦合金基礎(chǔ)上研發(fā)的船用高強合金,主要運用在高壓容器、深潛器的耐壓殼體、船舶焊接結(jié)構(gòu)件等,應(yīng)用主要方向(1)深潛器

深潛器是一種可以潛人水下一定深度、持續(xù)定工作時間、能完成某些特定工作的潛水器具,是20世紀60年代發(fā)展起來的一種數(shù)量頗多的非戰(zhàn)斗水下運載工具,到80年代載人深潛器已下達到6500m,能直接考察世界海洋的98%海域,客運與軍事、科研、海洋開發(fā)、深海打撈及救生等。深潛器上的主要受力是作用在耐壓殼體、加強結(jié)構(gòu)和接觸海水的所有系統(tǒng)的靜水壓,對于每一米水深,海水靜壓力增加10.IKPa。為了使殼體給定的水深有足夠的強度,我國船舶某所采用785MPa級的T80合金制作。深潛器結(jié)構(gòu)尺寸不大(長8-10m、寬3m、高3.5m),而所用鈦材規(guī)格最大。載人耐壓艙需用規(guī)格大于120mm×3400mm×3400mm的Ti80合金板材來制造,球殼直徑達500mm。在耐壓殼體上有許多大孔(觀察艙、密封艙口、貫通迕接件)需焊接更厚的鍛件來補強。Ti80合金在鎢極氫弧焊條件下,焊接系數(shù)>0.9,抗裂性好,有利于深潛器的制造。

鈦及鈦合金的優(yōu)異性能,使其在船用領(lǐng)域大有潛力可為。國外把鈦材在船舶上的應(yīng)用水平作為衡量船舶技術(shù)性能先進程度的一項非常重要的指標。隨著海軍現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快,新型號新T程中的鈦材應(yīng)用越來越多。Ti75合金的研制成功及成功應(yīng)用,不僅可滿足我國艦船動力裝置對材料的需求,而且為我國船用鈦合金的創(chuàng)新研究和發(fā)展起到了巨大推動和促進作用。Ti75棒和Ti80鈦棒的進一步推廣和擴大化使用,將有力推動我國海軍裝備事業(yè)的高速發(fā)展。