根据国内材料领域专家进行的总结,中国目前已经建立了非常完整的舰船钛合金体系,而且合金牌号非常多,甚至同一个强度级别内也会有多个不同的合金。不仅如此,我们还在同一种用途之下研制有多种钛合金。这主要是我们坚持两条腿走路的技术路线,一方面仿制了大量俄罗斯和美国的钛合金,另一方面研制有国产系列舰船用钛合金。相比之下,俄罗斯和美国的舰船用钛合金主要来源于航空和航天领域,数量品种相对较少。但是,在舰船钛合金的大规模应用领域,我们却远远不及俄罗斯和美国。
航行中的型核潜艇,我国舰船钛合金的类型非常多,但应用规模仍然有限。
对于军用舰艇而言,钛合金却有着很大的魅力。钛和钛合金材料的优点包括密度小、比强度高、耐腐蚀性能力强、耐高低温、无磁性、透声性能好和可冷热成型等等,因此拥有“海洋金属”的美称,也是海洋工程领域中最有前途的金属材料。因此,美国和苏联(俄罗斯)对这个材料的应用非常广泛。
美国海军的舰船上,有很多子系统都是用了钛合金材料,主要包括:海水工作系统、主消防和污水处理系统,具体应用包括冷却器、冷凝器、消防泵和各种阀门;结构件,桅杆、甲板罩、垂直发射系统部件、排气烟道和喷气偏流板;推进器,燃气轮机的发动机部件、紧固件和航母水力制动钢。通过在这些子系统使用钛合金材料,可使作战舰艇的可靠性得到很大提升。
苏联时代的阿尔法级攻击型核潜艇,单艘使用钛材料高达吨。
台风级战略核潜艇使用的钛高达吨,通过应用这种材料,可获得更高的结构强度,具备大潜深作业能力。
与之相比,苏联在钛合金材料领域的应用更为大胆。早在20世纪60年代末的时候,苏联就建造了全球第一艘全钛的K号潜艇。从年开始,苏联开始建造6艘“阿尔法”级攻击型核潜艇,每艘使用的钛高达吨。随后,苏联又舰载“台风”级战略导弹核潜艇,每艘使用钛高达吨。采用钛合金建造的潜艇,拥有结构强度高,可承受大潜深作业的优点,缺点是建造材料昂贵,因此素有“金鱼”之称。
钛合金材料的建造成本非常昂贵这不假,但另一方面我们得从生命周期成本的角度进行权衡。国内外的权威研究论文表明,镀锌厚钢板和铜镍合金等传统材料的使用期限大约是1.5~8年左右,舰艇服役期内必须进行维修和更换。而相比之下,钛合金能够达到与舰船同寿的水平,使用过程之中只需要进行简单的维护,几乎不需要实施修理。假若一艘钛合金潜艇能服役40年左右,那么扣除掉传统材料潜艇维护和修理所需要的费用,其实在效费比反而会更高。
使用钛合金材料建造潜艇,初期成本会很高,但总体使用效费比则不一定高。
台风级战略核潜艇大多数已经拆毁和退役,它是苏联潜艇工业的骄傲。
同美国和苏联(俄罗斯)一样,我国开始研制舰船钛合金材料也非常早,在年就已经进行了。时至今日,我国舰船使用钛合金材料的案例也越来越多,比如在深潜器、声呐导流罩、推进装置、冷却器、潜望镜部件和热交换器等领域都有不少应用。但同美国和俄罗斯相比,我们在这个领域仍然有很大的差距。
尽管我国的钛合金牌号很多,而且近年来需求量也越来越大,但另一方面也面临着不少问题,主要包括以下几个方面的原因。首先是没有形成设计院所、材料研究、半成品制作和部件成型之间的协调和合作机制,钛合金的应用仍然相对零散。没有形成完备的标准体系,钛合金虽然牌号多,但存在着质量参差不齐的情况。大型船厂现场加工的配套能力弱,对钛合金材料予以大规模应用的能力仍然有待于提升。在一些钛合金的拳头技术领域,我们仍然需要展开深入攻关。
我国应用钛合金材料的数量少,主要是受到很多因素的制约。
这些因素制约着我国钛合金领域的高速发展,同时也导致这种材料在国内潜艇上大规模应用受到限制。随着国防工业的持续高速发展,以及中国海军逐渐走向远海,我国的作战舰艇的战技术能力要求越来越高,这意味着对材料领域的要求也越来越高,急需扭转规格多、用量少的局面。强化钛合金研发,增强能力,降低成本,使之大规模应用到潜艇之上,让我们也拥有大潜深潜艇,从而牢牢掌握住水下的主动权。
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