覆盖地球理论积71％的海洋
，，是生长性命的摇篮
，，是潜力巨大的资源宝库
，，是全球进出口业务的重要通道
，，也是现代大国的命脉地点。几个世纪以来
，，人们萦绕海洋进行了一系列的索求与开发。在21世纪的今天
，，随着科技、、
、经济、、
、军事等领域的飞速发展与变动
，，为相识决能源；
，，保险生计空间
，，大力开发海洋资源
，，世界列国萦绕海洋资源开发的竞争正在变得越来越强烈。在这个布景下
，，把握开发海洋的技术成为列国重要的战术指标。

为了开发海洋
，，势必对海洋工程设备资料提出特殊要求：Ｑ蠡肪持械墓た鲇肼降厣先环制
，，海水中含有氯化物、、
、硫酸盐等大量盐类
，，绝大部门呈离子状态存在于海水中
，，对接触到海水的设备理论有很强的侵蚀作用。同时
，，设备露出在海面之上的部门也受到很强的海洋大气侵蚀作用。设备在海水中受到的压强随深度变动以约莫10MPa/km的速度增长
，，因而在深海作业的工况下
，，设备选用的结构资料必要具备高的强度和刚度。

别的
，，在水流、、
、潮汐及上浮下潜等工况下
，，海水对构件产生显著的往复应力与冲击
，，对于资料的委顿机能、、
、韧性等有很高要求。由此可见
，，海洋工程设备必要选用高比强度、、
、优良耐蚀性、、
、韧性的资料。

钛合金密度低
，，比强度高
，，耐侵蚀机能好
，，与钢铁、、
、铜、、
、铝等常用的结构资料相比
，，它无磁性
，，无冷脆性
，，同时还拥有良好的耐海水冲刷侵蚀机能
，，拥有高透声系数及优异的中子辐照衰减机能
，，是极度梦想的海洋资料
，，能够很好地满足海洋工程利用要求
，，被誉为“海洋金属”。钛及钛合金在海洋工程中开发、、
、利用与推广
，，对提高海洋工程设备的作业能力、、
、安全性、、
、靠得住性、、
、寿命等拥有极度重要的意思
，，是建设海洋强国的重要战术资料之一。

1、、
、海洋工程钛合金利用近况

针对海洋工程用钛合金资料
，，美国、、
、俄罗斯、、
、英国、、
、日本等海洋大国已经发展了50余年的钻研
，，形成了较成熟的海洋工程钛合金资料系统
，，成功利用于舰船、、
、深潜器、、
、海洋油气开发、、
、滨海构筑等领域。

1.1 船舶

钛合金在船舶上的利用重要分为水面船只和潜艇两大领域。20世纪70至80年代以来
，，西方蓬勃国度陆续起头在其舰艇上大量选取钛材代替不锈钢及镍基合金
，，在动力系统、、
、冷却系统、、
、声呐系统、、
、耐压壳体等部件上得到宽泛的利用。

船体及其泵、、
、阀、、
、管线等部件持久浸泡在海水中
，，极易受到海水侵蚀
，，使用钛材能够减轻船体质量
，，解决侵蚀问题
，，保险抗冲击、、
、委顿机能
，，从而耽搁舰船使用寿命。用钛包办不锈钢或铜镍合金
，，用来制作舰船动力系统的热互换器、、
、冷凝器、、
、反映堆壳体、、
、推动轴、、
、螺旋桨等
，，可大大提高动力系统的使用寿命和安全靠得住性。目前美国、、
、俄罗斯、、
、日本等国在舰船的各类管路系统中已形成钛合金化的趋向。以美国为例
，，其舰船使用钛合金的典型部件如表1所示。通过重要部件的钛合金化
，，舰船减重成效显著
，，守护成本显著降低。例如两栖船厂运输舰(LPD 17)的海水系统管路和阀门使用钛合金代替了铜镍合金后
，，全寿命期节俭成本近1700万美元。

限于资料成本及技术难度
，，目前水面船舶壳体大量选取钛合金作为结构资料的先例尚不普遍。在这方面
，，日本是较早发展钻研和利用的国度
，，在船体用钛合金资料研制和加工、、
、成型、、
、焊接技术等方面获得了开创性的进展。1985年
，，日本东邦钛金属公司和藤新造船所共同建造了“摩利支天II”(Marishiten II)号全钛游艇
，，船长17m
，，宽4m
，，高2.5m
，，质量2.8t
，，开创了全钛船舶的先河。1997年
，，日今天生公司建造了“Titan Lady”号游艇
，，船体选取Grade2工业纯钛
，，船舵、、
、舵轴及推动器等则选用Ti石m4V合金。江藤造船所于1998年和1999年别离建造了两艘全钛船
，，船体构件和框架均为钛合金
，，使用钛合金资料约3t。

只管美军尚未真正将钛合金利用于船舶壳体
，，但2012年
，，美国水师钻研处(ONR)报道其正在赞助一项打算
，，旨在制作出全尺寸钛合金船体。该打算选取一种针对钛合金进行改进的搅拌摩擦焊
，，试验中最长的焊缝已经超过了70英尺”？Ｄ芄豢吹
，，随着资料制备及加工成本进一步降低及焊接工艺的逐步成熟
，，将来钛合金将会在船体结构中得到更宽泛的利用。

钛合金密度小
，，强度高
，，无磁性
，，是大深度潜艇耐压壳体的梦想选择。苏联是世界上第一个将钛合金大量利用在潜艇耐压壳体上的国度。1968年
，，苏联建造了世界上第一艘全钛核动力潜艇K．162(北约代号“Papa”级)
，，排水量5200t
，，潜深达到400m。随后在70—80年代苏联又相继建造了蕴含“阿尔法(Alfa)”级、、
、“麦克(Mik)”级、、
、“塞拉(Sierra)”级等在内的一系列全钛壳体核潜艇。目前
，，俄罗斯依然是唯一把握全钛潜艇建造技术的国度
，，其潜艇耐压壳体所使用的钛合金重要是Ti-4A1-2V(IIT-3B)和Ti-2A1-2.5Zr(IIT-7M)两种。美国虽未建造全钛潜艇
，，但已经将Ti-5AI-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo合金利用在潜艇桅杆厚板、、
、管材、、
、棒材、、
、铸件、、
、锻件和紧固件等部件上
，，以削减艇身质量
，，优化机能。

我国在舰船的动力系统、、
、管路系统、、
、声呐系统中使用了钛合金
，，具体部件蕴含钛制抽气器、、
、换热器、、
、导流罩、、
、舷侧阵等。但与蓬勃国度相比
，，钛合金部件占比力少
，，仍以“点式”为主
，，且加工工艺有待进一步改进。

1.2 深海探测

钛合金由于拥有比强度高、、
、耐侵蚀的个性
，，被宽泛利用于载人深潜器耐压壳体。早期的深海潜水器
，，例如由美国伍兹霍尔海洋钻研所制作的于1964年起头服役的“阿尔文(Alvin)”号
，，大多都使用高强钢为壳体。然而钢铁质量较大
，，极大限度了下潜深度
，，以2012年下潜至马里亚纳海沟底部(深10898 m)的“深海挑战者”号为例
，，为了保障浮力资料强度达到深海要求
，，不得不将其驾驶舱直径减小到1.09m
，，仅能勉强包容一人
，，显然无法胜任较复杂的科学探索工作。因而
，，1973年
，，美国选取Ti-6A1-2Nb-1Ta-0.8Mo合金代替HYl00高强钢重新制作了“阿尔文”号深海载人潜水器壳体
，，并且选取Ti-6Al-4V合金制作浮力球和高压气瓶
，，下潜深度达到了3658m。2010年
，，美军对原“阿尔文”号进行了升级
，，重新制作了钛合金耐压舱
，，使得设计下潜深度达到了6500m
，，这一深度覆盖了全球98％的海域。自1964年服役以来
，，“阿尔文”号共下潜4600屡次
，，进行了大量的深海探测工作
，，已成为美国驰名的文化符号之一。

1978—1981年
，，日本建造了“深海2000”深海载人潜水器
，，由4个Ti-6Al-4V ELI合金的耐压舱组成
，，设计下潜深度2000 m
，，作为日本最初的深海载人潜水器
，，进行了大量试验。到了90年代
，，日本又建造了“深海6500”号深潜器
，，壳体为Ti-6Al-4V资料
，，下潜深度达到6500m
，，进行了屡次深海探测活动。法国的“鹦鹉螺(Nautile)”和俄罗斯的两艘“和平(MIR)”号也是驰名的6000m级深潜器。

2012年
，，我国载人深潜器“蛟龙”号成功进行了7000 m下潜试验
，，创制了世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。该深潜器重22.9t
，，耐压壳体内径尺寸为2.1m
，，选取钛合金制作。经过各单元数年的合作研发
，，我国在深海用钛合金的资料研制及加工工艺开发方面已经获得了重大突破
，，把握了有关钛合金的制备、、
、成型及焊接技术
，，已经实现了壳体的齐全自主设计、、
、研发与制作。2017年
，，我国实现了4500m载人深潜器“深海勇士”号下潜试验
，，目前正在进行10 000m全海深载人潜水器载人舱钛合金耐压结构资料及工艺的研制工作
，，已实现了多轮次耐压球壳模型的建造与查核。表2列出了世界重要6000m级载人深潜器的概况。

除了作为深潜器耐压壳体资料以外
，，钛合金在深海探测领域还有好多利用。例如
，，由中船重工七二五所研发的400MPa级钛合金管材
，，已被利用于南海永兴岛、、
、美济礁等地的地震观测井。

1.3 油气开采

在化石燃料能源日益匮乏的今天
，，海洋中丰硕的油气能源成为列国加紧开发的战术指标。

海上钻井平台是执行海底油气田勘探和开采的工作基地
，，其结构件、、
、管件等持久受到侵蚀及委顿载荷
，，环境前提刻薄。20世纪末以来
，，海洋石油开发逐步形成从近海到远、、
、从浅海到深海的过程
，，耐侵蚀、、
、高强度的钛合金成为海洋油气开发的首选资料。

钛合金比强度高
，，对于减轻深海设备结构质量拥有重要意思；钛合金耐蚀性好
，，即便在严重传染的水体中也能维持很好的机能
，，抗部门侵蚀机能好
，，对微生物侵蚀不敏感
，，在氯离子溶液介质中通？Ｄ芄坏挚褂αη质纯
，，机能优良。早在20世纪70年代初
，，美国就将钛合金利用于近海石油平台支柱和板式换热器。

1991年美国Conoeo公司初次将钛合金利用于Heidrun平台上的提升装置
，，从此钛合金提升管起头大量利用于石油天然气开采行业。此外
，，钻井立管接头处接受交变循环应力
，，容易产生委顿
，，钛制接头拥有优异的机能和较轻的质量。目前
，，钛合金在海洋油气田中利用的部位重要蕴含换热器、、
、提升装置、、
、结构件、、
、紧固件等。从综合成本思考
，，使用钛合金件拥有很高的经济性。

近年来
，，我国也起头将钛合金利用于油气开采领域
，，例如七二五所与天津钢管集团等单元结合
，，研制出的钛合金油井管利用于川西地域石油开采
，，中国石油集团石油管工程技术钻研院也已成功开发出φ73mm钛合金钻杆
，，在中国海洋石油进行了下井试验。

1.4 海水淡化

海水淡化是人类解决将来淡水资源不足的有效步骤。早期的海水淡扮装置使用铝、、
、铜镍合金等资料
，，但这些资料耐海水侵蚀性差
，，守护成本高
，，随着钛合金成本的降低和焊接工艺的成熟
，，已经逐步被钛合金所取代。目前
，，钛合金被宽泛利用于海水淡扮装置的冷凝器、、
、蒸馏器、、
、换热器、、
、泵、、
、阀、、
、管件等部件。

1965年
，，美国哈维铝业公司在美属维尔京群岛的圣克洛伊岛成立的5700t/d海水淡化厂中初次使用了钛管件。其后
，，日本也起头了这方面的钻研与利用
，，并成为海水淡扮装置的领军者之一。日本的产业巨头川崎重工、、
、三菱重工、、
、神户制钢所等都有齐全的冷轧钛带卷出产系统
，，并且有成熟的薄壁管件焊接技术。我国在山东、、
、天津、、
、河北等地也成立了海水淡扮装置
，，大量选取钛合金管件。例如我国在山东 黄岛的一座3000t/d的海水淡扮装置
，，共用φ19mm×0.5 mm×4220 mm的钛焊管2 200支
，，重达1.25t。随着国度对海水淡化产业的不休器重
，，钛合金将会得到大量利用
，，创制出极大的市场。

2、、
、当前不及与瞻望

在国度宏观政策的指引与各研发部门多年的致力下
，，我国的海洋用钛合金已经得到了长足的发展
，，形成了较为齐全的系统
，，资料出产、、
、产品制作工艺等已相对成熟。但是
，，依然存在以下几个问题：

(1)钛合金基础钻研幽微
，，对于钛合金机理相识不充分
，，不能对工程利用提供足够的领导；

(2)针对海洋中的工况
，，数据堆集较少
，，短缺有针对性的试验设备与步骤；

(3)目前在海洋工程中钛合金用量少
，，由此导致利用成本偏高；

(4)没有形成齐全的钛合金资料评价系统
，，不足成熟的选材领导准则；

(5)大规格钛合金资料制备与加工工艺尚不够成熟。

目前我国海洋用钛合金资料占比力低
，，仅占2％左右
，，与蓬勃国度相比有巨大的提升潜力。党的十八大汇报初次提出
，，提高海洋资源开发能力
，，发展海洋经济
，，；ずＱ笊肪
，，坚定守护国度海洋权利
，，建设海洋强国！笆濉惫婊呒际醮白柿、、
、深海探测、、
、大洋钻探、、
、海底资源开发利用等列为重点发展项目。十九大更是提出要对峙陆海两全
，，加快建设海洋强国。由此可见
，，随着钛合金成本的降低与工艺的成熟
，，钛合金在海洋工程中的利用远景将会极其辽阔。