中國艦船鈦合金類型全球最多,為何沒用這種材料造潛艇

03-26

根據國內材料領域專傢進行的總結,中國目前已經建立瞭非常完整的艦船鈦合金體系,而且合金牌號非常多,甚至同一個強度級別內也會有多個不同的合金。不僅如此,我們還在同一種用途之下研制有多種鈦合金。這主要是我們堅持兩條腿走路的技術路線,一方面仿制瞭大量俄羅斯和美國的鈦合金,另一方面研制有國產系列艦船用鈦合金。相比之下,俄羅斯和美國的艦船用鈦合金主要來源於航空和航天領域,數量品種相對較少。但是,在艦船鈦合金的大規模應用領域,我們卻遠遠不及俄羅斯和美國。

航行中的 093 型核潛艇,我國艦船鈦合金的類型非常多,但應用規模仍然有限。

對於軍用艦艇而言,鈦合金卻有著很大的魅力。鈦和鈦合金材料的優點包括密度小、比強度高、耐腐蝕性能力強、耐高低溫、無磁性、透聲性能好和可冷熱成型等等,因此擁有 " 海洋金屬 " 的美稱,也是海洋工程領域中最有前途的金屬材料。因此,美國和蘇聯(俄羅斯)對這個材料的應用非常廣泛。

美國海軍的艦船上,有很多子系統都是用瞭鈦合金材料,主要包括:海水工作系統、主消防和污水處理系統,具體應用包括冷卻器、冷凝器、消防泵和各種閥門;結構件,桅桿、甲板罩、垂直發射系統部件、排氣煙道和噴氣偏流板;推進器,燃氣輪機的發動機部件、緊固件和航母水力制動鋼。通過在這些子系統使用鈦合金材料,可使作戰艦艇的可靠性得到很大提升。

蘇聯時代的阿爾法級攻擊型核潛艇,單艘使用鈦材料高達 3000 噸。

臺風級戰略核潛艇使用的鈦高達 9000 噸,通過應用這種材料,可獲得更高的結構強度,具備大潛深作業能力。

與之相比,蘇聯在鈦合金材料領域的應用更為大膽。早在 20 世紀 60 年代末的時候,蘇聯就建造瞭全球第一艘全鈦的 K162 號潛艇。從 1970 年開始,蘇聯開始建造 6 艘 " 阿爾法 " 級攻擊型核潛艇,每艘使用的鈦高達 3000 噸。隨後,蘇聯又艦載 " 臺風 " 級戰略導彈核潛艇,每艘使用鈦高達 9000 噸。采用鈦合金建造的潛艇,擁有結構強度高,可承受大潛深作業的優點,缺點是建造材料昂貴,因此素有 " 金魚 " 之稱。

鈦合金材料的建造成本非常昂貴這不假,但另一方面我們得從生命周期成本的角度進行權衡。國內外的權威研究論文表明,鍍鋅厚鋼板和銅鎳合金等傳統材料的使用期限大約是 1.5~8 年左右,艦艇服役期內必須進行維修和更換。而相比之下,鈦合金能夠達到與艦船同壽的水平,使用過程之中隻需要進行簡單的維護,幾乎不需要實施修理。假若一艘鈦合金潛艇能服役 40 年左右,那麼扣除掉傳統材料潛艇維護和修理所需要的費用,其實在效費比反而會更高。

使用鈦合金材料建造潛艇,初期成本會很高,但總體使用效費比則不一定高。

臺風級戰略核潛艇大多數已經拆毀和退役,它是蘇聯潛艇工業的驕傲。

同美國和蘇聯(俄羅斯)一樣,我國開始研制艦船鈦合金材料也非常早,在 1962 年就已經進行瞭。時至今日,我國艦船使用鈦合金材料的案例也越來越多,比如在深潛器、聲吶導流罩、推進裝置、冷卻器、潛望鏡部件和熱交換器等領域都有不少應用。但同美國和俄羅斯相比,我們在這個領域仍然有很大的差距。

盡管我國的鈦合金牌號很多,而且近年來需求量也越來越大,但另一方面也面臨著不少問題,主要包括以下幾個方面的原因。首先是沒有形成設計院所、材料研究、半成品制作和部件成型之間的協調和合作機制,鈦合金的應用仍然相對零散。沒有形成完備的標準體系,鈦合金雖然牌號多,但存在著質量參差不齊的情況。大型船廠現場加工的配套能力弱,對鈦合金材料予以大規模應用的能力仍然有待於提升。在一些鈦合金的拳頭技術領域,我們仍然需要展開深入攻關。

我國應用鈦合金材料的數量少,主要是受到很多因素的制約。

這些因素制約著我國鈦合金領域的高速發展,同時也導致這種材料在國內潛艇上大規模應用受到限制。隨著國防工業的持續高速發展,以及中國海軍逐漸走向遠海,我國的作戰艦艇的戰技術能力要求越來越高,這意味著對材料領域的要求也越來越高,急需扭轉規格多、用量少的局面。強化鈦合金研發,增強能力,降低成本,使之大規模應用到潛艇之上,讓我們也擁有大潛深潛艇,從而牢牢掌握住水下的主動權。

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