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    鈦與船舶艦艇

    時間 :2021-10-12 13:45:43 作者 :zzwshj 點擊 :

    船舶是民用的 ,艦艇是軍用的 ,在戰時船舶也常常被征用 ,運輸軍需物資 。舶是大船 ,又特指航行於海上的船 ;艇指比較輕便的舟 ,如汽艇與救生艇 ,也指小型軍用船隻與潛行於水下的軍用船隻 ;艦是大型戰船 ,排水量一般大於500t 。鈦及鈦合金有優異的抗海水與海洋氣氛腐蝕的性能 ,是製造船舶艦艇零部件與海洋設施結構件最合適的材料 :螺旋槳推進器 、潛艇鞭式天線與殼體 、海水管道 、冷凝器和熱交換器 、聲學係統 、消防設備等 ,都是鈦及鈦合金的天下 。應用的合金主要有 :工業純鈦 、Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-4VELI 、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo 、Ti-3Al-2.5V等 ,此外 ,Ti-Ni形狀記憶合金在潛艇中也獲得應用 ,用於製造焊接管接頭 。

    鈦合金潛水艇

    蘇聯在用鈦合金製造潛水艇與核潛艇領域居世界領先水平 ,也是首個用鈦合金製造深海耐壓鈦合金殼體的國家 ,最多年份裏鈦合金厚板厚壁管材用量近1t ,占鈦合金當年產量的1/3-1/2 。鈦合金具備製造殼體的各種性能 :高的強度性能 、優秀的抗疲勞性能 、無磁性 、能抗住深水炸彈爆炸衝擊波 ,鈦合金有良好的導熱性 ,是製造潛水艇熱交換器的良好材料 。蘇聯於1991年解體後 ,俄羅斯繼續引領著鈦工業向前發展 。鈦合金板帶材在聖彼得堡(蘇聯時期稱列寧格勒)軋製,而鑄錠在上薩爾達冶金聯合公司鑄造 。

    蘇聯從20世紀60年代開始研究鈦合金在艦艇中應用 ,196812月第一艘K162號全鈦核潛艇下水 ,1970年建造了首艘ALFA級核潛艇 ,據稱到1988年已建造6艘 ,每艘鈦材用量約3kt ,它的一些技術參數見表1 。

    20世紀80年代 ,蘇聯又製造了6艘“台風”級彈道導彈核潛艇 ,首艘1980年建造 ,1984年服役 ,每艘鈦材用量9kt ,水下排水量33.8kt ,水下航速約27kn ,這是世界上最大的潛艇 ,雙殼體結構 ,非耐壓殼體由高強低磁鋼製造 ,耐壓殼體則是用鈦合金打造的 。美國1980年服役的“俄亥俄”級核導彈潛艇是全鈦的 ,水下航速20kn 。

    原子動力船

    蘇聯時期的原子動力(核電)船早先的蒸汽機 、熱交換器、冷凝器等是用不鏽鋼製的 ,經常出毛病 ,常見滲漏與被腐蝕 、事故不斷 ,後來改用鈦合金製造 。這些毛病通通沒有了 ,發動機使用期限延長了二三十倍 。蘇聯鈦合金原子能破冰船的使用情況見表2 。

    日本的鈦合金漁船

    1973年 ,日本鋼鐵公司 、東邦鈦業公司和江藤造船公司聯合打造的首條全鈦漁船長12.5m 、寬2.8m ,總質量4.6t ,船殼采用2.5mm厚的鈦合金板焊接 。全鈦漁船質量輕 、抗腐蝕 、不需要表麵處理 、附著海洋生物易清理 ,維護工作量少 。至今日本的鈦合金漁船已有20多艘 。

    艦船用的其他主要鈦合金裝備

    聲納導流罩 。早期艦船用的聲納導流罩多用玻璃鋼與不鏽鋼製造 ,鈦合金麵世後 ,逐漸改用鈦合金製造 ,多年的使用情況證明 ,鈦合金的綜合性能優於其它兩種材料的 。

    螺旋槳 。螺旋槳是船舶艦艇一個非常重要的裝備 ,工作條件與環境極為嚴峻 ,製造材料必須具備 :強度性能高 、在海水中抗疲勞性能強 、耐衝刷 、抗空泡腐蝕 、成形性良好 ,對高速艇用的材料有更高的要求 。實踐證明 ,鈦合金在當今的螺旋槳材料中具有最佳的綜合性能 ,自鈦合金大體成熟以後 ,各國都先後規模不等地采用鈦合金製造螺旋槳 。中國從上世紀70年代初開始 ,用鈦合金製造螺旋槳 ,1972年就製出水翼快艇螺旋槳 ,據不完全的統計 ,至2020年已生產近萬隻直徑450mm-1200mm螺旋槳 。直徑1200mm固定鈦合金螺旋槳質量約130kg 。長期使用證明 ,鈦合金螺旋槳的使用期限比銅合金的長5倍以上 。

    泵 、閥及管道 。船舶艦艇的泵 、閥 、管道係統等的工作條件極為惡劣 ,銅 、不鏽鋼管路的使用壽命隻有2-5年 ,使用鈦及鈦合金管路後壽命成倍延長 。按蘇聯及俄羅斯的有關規定 ,管路壽命應達到三個年限 :首先 ,應達到第一次進船塢維修期限即八九年 ;其次 ,服役期限應不短於15年 ;總壽命(可靠運行期限)應不短於25-30年 。

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