几种海洋工程用钛合金及其应用

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1、万方数据45卷增刊中国造船2004年10月SHIPBUILDINGOFCHINAV01．45SpecialOct一2004文章编号：1000—4882(2004)03—0038—6几种海洋工程用钛合金及其应用孟祥军陈春和余巍刘茵琪(中船重工七二五所)摘要开发海洋资源是本世纪重大技术课题。由于海水中有较高的氧化物、硫化物含量，以及水压对工程构件的强大压力作用，因而对海洋工程材料提出耐腐蚀、高比强度、高比韧性和良好的加工性的苛刻要求，钛合金恰好具备这些特点，可以说它是一种天生的海洋工程结构材料。我国经过长时间的研究开发，用T

2、C4、Ti80、Ti75钛合金生产了多种海洋结构设备，如大深度深潜器耐压壳体及框架、海水介质的换热器、高温海水介质的盐水泵、各种管道、阀门、石油勘探器具等。文中简要介绍了TC4、Ti80、Ti75三种合金的力学、物理性能，耐海水腐蚀性能，以及这些合金的高温、常温加工与焊接等工艺性能。为推进钛合金材在我国海洋工程结构设备中的应用提供参考依据。关键词：钛合金：海洋工程：应用1前言随着世界人口的急剧增加，社会经济的高速发展，全球资源短缺的现象已经呈现，如淡水资源、能源资源的短缺成为全球经济持续发展的障碍，因而人们提出了开发海洋

3、资源，并将成为本世纪重大研究课题。开发海洋首先要制作各种工具作为开发的手段，为此目的需制造相关机械设备。海洋和陆地不同，海水与海洋大气中含有氯化物和硫化物，对机械装置材料腐蚀作用很大，而深海海水的强大压力，需求设备结构强度高，否则会出现失效。故海洋设备构件，特别是在大深度海水中作业的构件，需求选用比强度高，比韧性好、耐海水腐蚀的材料加工制造n1，钛合金恰好具有这些优点，是一种天生的海洋工程材料。近几十年来，钛材在海水淡化口1、海洋考察与救生用的深潜器p1、海洋石油开采中平台与钻具器件M、51、核电站与海洋温差发电设备陋1

4、等方面有了很好的应用。实践已证实钛材在海洋工程中的应用，充分展现其优异的综合性能。本文就我国多年来自行开发与研仿的几种海洋工程用钛合金—m3I、Ti75、Ti80、TC4材料的品种、规格与海洋工程环境的适应性、机械加工时的可成形性、可焊接性以及应用状况，作一简要叙述。为我国海洋工程设备结构设计选材提供可靠的信息。2四种钛合金性质与海洋工程环境的适应性2．1i31、Ti75、Ti80、TC4合金的物理、力学性能在设备结构设计中，材料的物理与力学性能是基本的设计资料，表1、表2列举了Ti31、Ti75、Ti80、TC4四种合

5、金材料的物理和力学性能。万方数据45卷增千I盂祥军陈春和余巍刘茵琪：几种海洋工程用钛合金及其应用表1Ti31、Ti75、Ti80、TC4合金的物理性能数据性能名称试验温度℃Ti3lTi75Ti80TC4密度(g／em3)室温4．54．534．494．45d+B／8相变点(℃)940-960920-930970-990980-1000电阻率(Q·mm2／m)室温1．21．31．71．6线膨胀系数(X10“／℃)0～10011．0010．138．8弹性模量(×105／MPa)室温1．081．101．151．16表2Ti31、

6、Ti75、Ti80、TC4合金材料的力学性能合金力学性能产品形式规格mm牌号R。MPaR口02MPaA％Z％AhK．1／m。4—18Ti3163549018355904-20Ti757206301330590>20-70Ti757005501325590板材4一10Ti808708201225>10-25Ti808807851225590>25—50Ti8088078510255901—10TC48607901030书50—90(棒)Ti315904901635590出300—650×240Ti3l59049016355

7、90(饼)由50—90(棒)Ti757006301330590锻件击2200／出1700×Ti757006301330590300(环)击870×100(饼)Ti80900840716590小100—150(饼)TC4895825920340Ti756705901123530铸件(ZTi60)ZTC48908206击25×1．25Ti7573063013管材由10-15X1．25Ti3163549018从表1、2中可以看出，这几种钛合金密度小、相变点高、电阻率大、线膨胀系数小、弹性模量只有钢材的一半，但拉伸强度高、冲击韧

8、性好。2．2几种钛合金耐海洋介质的适应性钛合金在海洋大气及海水介质中，其表面很容易产生致密的氧化钛膜而钝化，大大地提高了钛的稳定性，在海水介质中浸泡，其腐蚀速率近于0，如表3所示。在低于100℃海水中，缝隙腐蚀速率也很低，尤其是Ti31合金耐缝隙腐蚀可达180cC(海水)，这些特点非常有利于换热器等设备的使用。万方数