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钛合金管路系统在我国舰船通海管路获得了成功的应用

2019-12-27

       钛合金因具有密度低、比强度高、优良的耐蚀性、韧性好、形状记忆、可焊、中温性能好、无磁等优点,在航空、航天、舰船及海洋工程等军用及民用领域应用广泛。由于钛合金对海水具有很强的抗蚀性和很高的比强度,是一种理想的舰船管路系统材料。钛管厂家在舰船上的应用研究十分重视,并在舰船管路系统中大量采用钛合金,以提高舰船设备运行的可靠性和使用寿命,从而提高舰船的技术、战术性能。

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       钛合金由于具有优异的性能,特别适用于工作介质为高压、高流速、动海水的通海管路系统和动力装置排气管路系统。用钛合金制造舰船的管路及附件(包括管子、弯头、三通、阀门等),不但可以减少舰船管路系统管子的直径和壁厚,而且可以减轻重量。根据钛合金管和其他船用耐蚀材料管材的全寿期费用可以看出:铜合金管道的平均服役期限为10年,而钛合金的服役期限为3O年。如果按30年计算,则铜合金管材需要更换2次,全寿命内铜合金管材投入的材料费是钛合金管材的近3倍,还没有把检修和更换期间所引起的损失费用考虑进去,包括设备加工费、运输费、安装费,以及由于设备更换而导致舰船在役时间的缩短等。美、俄等国早在上世纪60年代初就已开始用钛合金逐步代替铜合金、不锈钢等常规耐海水腐蚀材料,应用范围包括海水冷却系统、消防系统、热交换器设备、管系、喷水推进装置等。俄罗斯核潜艇二回路和通海管系已全部采用钛合金制造,仅二回路系统减重效果达到40%以上,且服役期限达到了与艇体同寿命,实现了全寿命周期的低成本。

       钛合金管分为无缝管和焊接管。钛合金在高温下容易吸氧和吸氢,熔炼需要在真空环境中进行。当合金元素含量较高时,为保证成分均匀,熔炼次数一般不低于三次。钛合金铸锭一般要经过切除冒口和扒皮之后才能进行后续的开坯锻造工序,这导致材料存在一定量的损失,铸锭熔炼工序的材料收得率约为80%~95%。

       钛合金属于难变形材料,成形工艺窗口窄,且微观组织对工艺参数特别敏感,而微观组织形貌又直接决定了钛合金管件的机械性能。铸锭开坯锻造和方坯改锻阶段一般要进行5~10火次锻造,严格控制每火次变形温度、变形量和应变速率,以达到破碎粗大魏氏组织、细化晶粒和调控性能的目的。目前,单火次锻造费用约为5~10元/kg。在锻造过程中边角部位容易开裂,要对开裂部位进行切除打磨处理,另外还会出现表面氧化形成氧化皮。这些因素都会导致材料损失,在开坯锻造和方坯改锻环节材料的收得率约为75%~85%。

       钛合金管路系统在全寿命周期内的经济性具有显著的优势,钛合金管路系统在国外舰船通海管路和排烟管路等管路系统中获得了成功的应用,这为我国造船及海洋工程选用钛合金提供了更大的空间。


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