0 引言

    海面戰艦和水下潛艇既是戰斗平臺又是運輸工具，是龐大的綜合體系，需要大量的材料支撐，一種材料無法滿足體系建造的所有需求。雖然不斷開發的新型非常規船用材料在低溫韌性、高溫強度、低密度和高熔點等方面性能突出，但研究和使用時間短，應用部位有限，各種類型的鋼、鋁合金、銅合金和鈦合金在當前及將來很長一段時期內仍然是船體結構、管路、冷卻和推進等系統中最主要的建造材料。

    本文詳細介紹了截至2012年國內外已造及在造艦艇的船體結構、冷卻器、管路和螺旋槳等關鍵部位的選材和使用情況，并論述了各類合金材料在應用中存在的問題和發展方向。

    1 船體結構用合金材料

    船體結構通常指艦船主體和上層建筑。由于船舶使用周期長、造價高、環境載荷惡劣，除結構設計合理外，性能優異的結構材料是高可靠性和可維修性的重要保證。

    1.1 鋼在艦船結構中的應用

    艦船用鋼具有批量小、規格多、要求高的特點，這決定了各國艦船材料體系的發展原則一般都是改進、提高現有材料和發展新材料并舉。參考美、法的用鋼標準，現代常規潛艇耐壓殼用鋼的技術水平與中型航母甲板用鋼接近，而普通核潛艇用鋼的技術水平與大型航母甲板用鋼接近，但先進的核潛艇用鋼的強度高于航母用鋼。

    當前，廣泛用于美國各類水面艦艇、航母和潛水艇的是HY-80鋼以及在此基礎上開發的屈服強度不低于680MPa的HY-100鋼。美國先進的攻擊型核潛艇（非耐壓殼體）和世界上噸位最大、在役數量最多的“尼米茲”級航空母艦的前幾艘的飛行甲板都采用了HY-80鋼和HY-100鋼。繼HY-100之后研制的屈服強度不低于900MPa并提高了可焊性的HY-130合金鋼多用于核潛艇的耐壓殼。美國2004年服役的“弗吉尼亞”號核潛艇用的就是這種HY-130鋼。這些鋼的問題在于須經調質處理才能保證優良的綜合性能，具有較高的焊接難度和制造成本，因此隨著超純凈冶煉、超低碳、微合金化和控軋控冷等制造技術的發展，美國首先提出了新一代HSLA 艦船用鋼開發計劃，成功研制了HSLA -80和HSLA -100低合金鋼。HSLA 系列鋼使用成本顯著降低，強度高、韌性好，代表了新一代船體結構鋼的發展方向。

    近年頒布實施的最新標準T9074－BD－GIB－010/0300《美國艦船用鋼標準》集中體現了鋼材高純凈度的要求。HSLA 系列鋼已部分或全部取代HY系列鋼用于驅逐艦、巡洋艦和航空母艦等大型水面艦艇的建造，如HY-80鋼是美國海軍20世紀90年代和21世紀初一級主要兩棲戰艦的主要結構材料，也是2000年后服役的“阿里·伯克”級新型導彈驅逐艦和“尼米茲”級核動力航母的某些結構用材料。而HY-100鋼因具有更穩定的低溫韌性，用于建造美國先進的攻擊型核潛艇（非耐壓殼體）和新建2014年完成建造的擬替代“尼米茲”級核動力航母的CVN21航母需要比HSLA -100強度更高的高韌性可焊鋼，1995年美國國家優秀金屬加工技術中心（ＮＣＥＭＴ）開始在HY-130和HY-180鋼的基礎上進行10Ni鋼的優化研究，研究目標為在保持和超過目前使用的鋼材性能及減輕質量的條件下進一步提高結構承載和防彈能力。該研究持續到2007年，已基本實現預期目標。HY-80、HY-100、HY-130、HSLA -80和HSLA -100鋼的化學成分如表1（質量分數，％）所示，力學性能如表2所示。

    英國也是艦艇用鋼開發較早的國家之一，1958年即首次使用自行研制的550MPa級調質鋼QT35建造攻擊型核潛艇。但因QT35合金易出現層狀撕裂，1965年后改用美國HY-80合金，并經仿制定名為Q1（N）。1970－1980年間又以美國HY-100和HY-130鋼為原型成功仿制了Q2（N）和Q3（N）鋼。仿制后的鋼更加注重純凈度的要求，并規定了屈強比的上限值。其中Q1Ｎ）鋼為當前英國艦艇中的主要鋼種，Q2（N）鋼用于英國2000年后建造的攻擊力最強的“機敏”級潛艇的耐壓殼體。在水面艦艇的制造上，英國則大量使用一般碳素鋼、Ａ 級和Ｂ 級鋼等不同強度級別的鋼材，以充分發揮材料的性能。

    英國潛艇用鋼的典型化學成分和力學性能見表3（質量分數，％）和表4。

    日本潛艇和兩棲攻擊艦主要采用日本本土產的碳素鋼?高強度鋼和高屈服強度鋼?1981年的“深海-2000”深潛器采用屈服強度不低于880 MPa的高屈服強度鋼NS90鋼?1983年開發出了屈服強度為世界最高水平的可焊接1000MPa級鋼NS110?2000年完成了NS110鋼低強匹配焊接接頭試驗,驗證了技術上用于潛艇制造的可行性?日本防衛廳列出的潛艇用鋼的化學成分和力學性能分別列于表5(質量分數,%)和表6?從表5和表6來看,NS90與HY-130是相似的,都是調質鋼,性能相近?目前尚未有日本具有生產艦艇非調質鋼能力的報道?

    從俄羅斯目前使用的國家標準ГOCT5521-67來看,其艦船用鋼主要沿用前蘇聯的碳素鋼?高強度鋼和高屈服強度鋼,且均為調制鋼?AБ系列的高屈服強度鋼為加入鎳?鉻和鈦的合金鋼,屈服強度在390~1175MPa,用來滿足大深潛潛艇主船體和航母飛行甲板的制造要求?此外,低磁鋼也被用于制造潛艇,如941型“臺風”級潛艇的非耐壓殼體,“K”級潛艇的指揮臺圍壁?尾部殼體?穩定翼和舵板等,但從當前使用和將來發展看,俄羅斯更傾向于選用鈦合金?

    法國在相當于美國HY-100的HLES80鋼基礎上研制了HLES100高鎳鋼,鎳含量最大為8%(質量分數),屈服強度980MPa,延伸率大于14%,-60℃的沖擊韌性大于70J/cm2,法國2004年服役的“凱旋”級核潛艇耐壓殼體便選用了這種鋼?此外,法國通常采用屈服強度稍高于HY-80 的Marrell-80鋼制造常規潛艇,采用屈服強度大于340MPa的ST52鋼(相當于我國的Q345B鋼)制造水面艦艇?

    德國是最早用低磁鋼建造潛艇的國家,其低磁鋼的應用處于國際領先水平?除成功開發了X2CrNiMoN2215?X2CrNiMnMoN2215?X2CrNiMnMoN1913 和X2CrNiMn-MoN1916低磁鋼外,還開發出了耐腐蝕性極好的00Cr21Ni16Mn5Mo3NNb高強低磁鋼,現大量用于新一代反水雷艦艇和潛艇?德國艦艇建造的其他主要材料為HY-80?

    我國當前艦艇用鋼大致有3種:第一種是無鎳鉻系艦艇用鋼;第二種是鎳鉻系艦艇用鋼;第三種是低磁性的船體鋼,用于建造掃雷艇?我國20世紀80年代以后制造潛艇非耐壓殼體普遍用907A 鋼,耐壓殼體采用綜合性能最好的921鎳鉻系鋼?在921鎳鉻系鋼基礎上,經過對熔煉?開坯?熱處理的工藝改進,演進成921A鋼?921A鋼?922A鋼?923A鋼及其配套材料是我國當前最主要的潛艇用鋼?為了滿足潛艇發展需要,通過采用NiCrMoV合金設計及先進的VH 爐外真空精煉,研制成功了最新的785MPa級核潛艇用980鋼,綜合使用性能達到國際先進水平,目前已應用于我國某型號核潛艇?就水面艦艇用鋼而言,當前經過鑒定且仍在水面艦艇主船體上使用的鋼種有390MPa級的907A鋼?440MPa級的903鋼和945鋼,此外還有作為止裂件使用的590MPa級的921A鋼?近5年來我國在鋼材的高純凈度熔煉技術?低合金高強度鋼制備技術?以快速冷卻為核心的熱機械控制工藝等新技術方面取得了令人滿意的成績。907A鋼、945鋼和921A鋼的連鑄技術也獲得突破，極大提高了軍用特種鋼在艦艇上的應用水平。907A 鋼、921A鋼、922A鋼、923A鋼、945鋼的化學成分及性能如表7（質量分數，％）和表8所示。

    1.2　鋁在艦船結構中的應用

    鋁合金密度低，鋁制結構可使船舶尤其是上層建筑為鋁、主船體為鋼的船舶重心降低，穩定性增加，在等航速條件下所需的推進功率降低。鋁合金無磁、可焊、易成型，與鋼和鈦合金相比，無低溫脆性，不可燃。鋁鎂合金和鋁鎂硅合金耐海洋大氣腐蝕性能好，其艦船壽命比鋼質艦船明顯高出很多。

     目前,在艦船殼體結構上使用的鋁合金主要是5083?5086?5456三種?1966—1971年美國建成14艘“阿希維爾”級高速炮艇,主甲板和船底板為12?7mm厚的5086-H32鋁合金,型材用5086-H112鋁合金?1981年美國波音公司船舶系統建造了6艘鋁船體水翼導彈巡邏艇,采用5456鋁合金焊接結構?2003 年美國海軍裝備一型航速高達78km/h的江海特種作戰艇(SOCR),艇體全部采用鋁合金制造?2012年,美國Austal US公司建造了首批“警惕”號全鋁雙體高速運輸艦(JHSV),美國鋁業公司將為其提供10艘用量的5×××鋁合金板直到2014年?6061?5052鋁合金通常用于甲板下面所有的柜?家具?床鋪及有關設備的制造?5083?5086?5456鋁合金的化學成分及性能見表9(質量分數,%)和表10?

    英國在20世紀80年代建造了全焊氣墊船API88,是當時鋁殼氣墊船的最新發展?殼體采用N8鋁合金,對應美國牌號5083,中國舊牌號LF4?型材采用H30,對應美國牌號6082?2000年,英國奈杰爾·吉協會有限公司為美國海軍提出了用于快速運輸的X-Craft運輸船設計方案,該船采用雙體船設計和鋁合金材料,排水量1000t,采用噴水推進,最高航速約93km/h?該設計2003年初完成,2004年中期完成建造工作?俄羅斯當前已有各種類型的鋁合金高速艇船約1000艘,其使用較多的快艇殼體材料是Al-Cu-Mg系鍛造鋁合金AK2?AK4和AK8,分別對應我國的2A90?2A80和2A14?含鈧(Sc)的01575合金屈服強度為300MPa,抗拉強度為410MPa,是近年俄羅斯研制的強度水平最高的耐蝕可焊鋁合金,用于掠海地效翼船等對速度和承載有特殊要求的構件,對我國含鈧鋁合金的研究和發展起到了重要的影響?我國最初用淬火?自然時效態的LY12即LY12CZ合金(現為2024(GB/T 16474-1996,GB/T 3190-2008)鋁合金)作船體材料,用于水翼快艇的成批建造?之后,我國用7A19超強鋁合金和5A30防銹鋁合金制造全墊升氣墊船和側壁式氣墊船?20世紀80年代,我國選用5A30(也稱180?2103?LF16)鋁合金建成了一艘全鋁結構的海港工作艇“龍門”號,這也是目前我國船體結構鋁合金的主要牌號?各合金的成分和性能見表9和表10?

    1.3 鈦在艦船結構中的應用

    鈦及鈦合金雖然屈服強度高,但在焊接時需要惰性氣體保護,成型難度大于鋼材?由于一些艦艇用鋼的屈服強度已能達到鈦合金的水平,因此一般水面艦艇結構很少用鈦?鈦及鈦合金主要用于潛艇?深潛器等艦艇中,以應付同時對屈服強度?密度和耐腐蝕性能要求很高的場合?

    一直以來,俄羅斯(前蘇聯)在常規潛艇?核潛艇和深潛器的建造中都大量使用純鈦及鈦合金,其鈦制艦艇的制造技術?船用鈦的研究和實際應用水平都居世界前列?典型應用實例有1968 年12 月下水的K166號試驗艇鈦合金殼體;1984年服役的“共青團”號第二代核潛艇鈦合金殼體;1989年全部完成的“臺風”級彈道導彈核潛艇鈦制主耐壓艇體?耐壓中央艙段?魚雷艙和第二代攻擊核潛艇“阿爾法”級ΠT-3B鈦合金耐壓殼體?俄羅斯目前擁有490MPa?585MPa?686MPa?785MPa強度級別的船用鈦合金系列,常用的有船體用鈦合金пт-1м,船機用鈦合金пт-7м,船舶動力裝置用鈦合金40?пт-3B?5B等,其成分和力學性能見表11(質量分數,%)和表12?但因鈦合金的制造成本高?加工難度大等原因,在2009年開始建造的擬替代前蘇聯潛艇的“亞森”級核潛艇第二艘“喀山”號上,殼體材料選用了更先進的特種材料,其消磁效果與承壓能力等都接近于鈦合金,但價格僅為鈦合金的幾分之一,加工難度也小得多?

    美國船用結構鈦合金主要為一?二?三級工業純鈦(ASTM 標準)?深潛器耐壓殼體除Ti-6Al-4V外,還有可潛6100m深的Seacliff載人深潛器上使用的近α型的Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo?此外,法國建造的SM97耐壓殼和日本建造的“深海6500”級深海考察船的耐壓殼使用的是含有很少間隙元素的低間隙Ti6Al4VELI合金?上述合金的成分和力學性能見表11和表12?

    我國于20世紀80年代設計了新型Ti80合金用于制造深潛器和潛艇的耐壓殼體,該合金具有高強?高韌?耐蝕?可焊等優異性能,在抗拉強度880~925 MPa?屈服強度785~885MPa的條件下,斷裂韌性和抗應力腐蝕能力明顯優于Ti6Al4VELI合金?20世紀90年代設計的Ti91鈦合金,屈服強度為700MPa,攻克了雙曲成型?組焊等技術難題,成功制備出了鈦合金聲納導流罩?Ti80和Ti91合金設計后的大量應用研究工作都是在隨后的若干年間持續開展的,2000年后陸續批量生產并投入使用?

    2  艦船冷卻器用合金材料

    冷卻設備是艦船冷卻系統的重要組成部分，各類冷卻設備用冷凝管在我國造船業中每年消耗量約6萬t。冷凝管選材多從導熱、耐蝕和可焊角度考慮，選擇綜合性能好的銅、雙相不銹鋼和鈦等。在當前艦船中主要應用的是銅制冷凝管，鈦因極其優異的耐蝕性能被逐漸廣泛使用，而雙相不銹鋼的應用當前處于試驗階段，應用較少。

    2.1 銅在艦船冷卻器上的應用

    我國科研工作者通過對不同水質條件下銅及銅合金的耐蝕性能進行深入研究,先后研制出適合不同海域水質的鋁黃銅HAL77-2(對應美國ASTM C68700)?砷黃銅HSn70-1(對應美國ASTM C44300)以及添加了Mn?Ni和微量稀土元素Ce的HSn70-1AB銅合金,其強度和耐蝕性能進一步提高?HAL77-2?HSn70-1已列入國標GB/T 5231-2001《加工銅及銅合金化學成分和產品形狀》,HSn70-1AB則增補進入修訂后的國標?雖然HAL77-2?HSn70-1以及HSn70-1AB具有較優的耐蝕性能,但與銅鎳合金相比,黃銅抗脫鋅腐蝕和應力腐蝕的能力還有一定差距,目前逐漸被鐵白銅代替?

    當前海水淡化設備?大面積浸泡于海水受海水腐蝕的船舶領域大量使用BFe10-1-1(對應美國ASTM C70600)和BFe30-1-1(對應美國ASTM C71500)銅鎳合金?針對含砂量大的海域,通常采用耐砂蝕性能更好的BFe30-2-2合金(對應美國ASTM C71640)?我國艦船“09”工程等即以BFe30-2-2作為冷凝管用材料?此外,我國近2年針對上述銅合金開發出了生產長度超過18m 的超長銅合金冷凝管的加工工藝,大大提高了銅冷凝管在艦船中的應用水平?常見的艦船冷凝器用銅合金的成分見表13(質量分數,%)?

    2.2 鈦在艦船冷卻器上的應用

    由于鈦及鈦合金在海水中具有比其他合金更優異的耐蝕性能,且與常用的銅合金相比其強度高?密度低,可通過減薄管壁厚度和增加海水流速來保證傳熱效率?據報道,在發達國家,鈦制換熱器被普遍使用,在核潛艇等對設備安全運行可靠性有高要求的應用領域,其應用更受重視?當前美國應用最廣泛的是工業純鈦(Grade 2,ASTM B338-2010),溫度比較高的海水換熱器使用Grade 16?Grade 17或Grade 12(ASTM B338-2010)?Grade 7(ASTM B338-2010)具有更高的抗腐蝕能力,但是成本較高?事實表明,Grade 1和Grade2等工業純鈦在天然水?海水和各種氯化物中具有特殊的抗應力腐蝕的能力?在海水流速為3~5m/s的淡化設備中,鈦換熱器的污堵系數僅為0?95~0?99?我國也成功研制出一些性能優異的鈦合金,如Ti31低強鈦合金,其用于余熱排出冷卻器?管路等,工作環境為高溫海水或常溫高速海水,耐180℃高溫腐蝕?部分冷卻器用鈦合金的成分見表13?

    2.3 不銹鋼在艦船冷卻器上的應用

    不銹鋼材料由于耐腐蝕能力強,6~7m/s高海水流速下的腐蝕性能與鈦相近,經濟性與銅-鎳白銅相當,一直以來也被用于冷卻器管路?其中6Mo高合金不銹鋼在整個歐洲?加拿大?中東?美國應用較為普遍,用來制造板式?管式換熱器,但多見用于濱海電站等領域,用于艦船的報道較少?

    超低碳高鉻(H)?雙相(D)?耐蝕(R)不銹鋼是近十幾年來開發的一種新型不銹鋼材料?HDR不銹鋼可抗點蝕?縫隙腐蝕和應力腐蝕,耐沖刷腐蝕性能也很優秀,已在某船的空調海水管路等部位試用17年,運行良好,管內外無腐蝕跡象?

    3　艦船管路、泵、閥用合金材料

    3.1　艦船管路用合金材料

    船通海系統管路由于與海水直接接觸且大多布置于艙底,工作環境苛刻,腐蝕一直是制約其發揮最大效能的突出問題?目前常用的通海系統管路材料有鋼?鍍鋅鋼?紫銅?鋁黃銅?銅鎳合金?鈦及鈦合金等?我國2001年試行的《艦船海水管?排煙管選材及防腐技術要求》和GJB 4000-2000《艦船通用規范》列選的海水管路包括20#無縫鋼管?TP2Y紫銅管?B10銅鎳管?B30銅鎳管?HDR雙相不銹鋼管和TA2?TA5鈦管;列選的排煙管選材包括Q235鋼?20#鋼?907A鋼?1Cr18Ni9Ti鋼?CH140鋼;列選的循環和冷卻水系統選材包括TP2磷脫氧銅?H62黃銅?HAL77-2鋁黃銅?HSn70-1錫黃銅?BFe10-1-1和BFe30-1-1白銅?TA2和TTA5鈦合金?不銹鋼等,與國外選材大致相似?

    紫銅因工藝性能好，耐靜海水腐蝕性能好，是目前艦船通海系統管路主要使用的材料。然而，該材料對海水流速要求嚴格，焊接過程中因焊料含鋅而存在脫鋅腐蝕問題，從而導致實船使用過程中經常出現彎頭、接頭腐蝕爛穿的現象，近年來已逐漸被鐵白銅即Ｂ１０和Ｂ３０等代替，同時，具有優異的耐海水腐蝕性能和物理、力學性能的鈦合金、ＨＤＲ雙相不銹鋼在目前艦船中的應用呈現出逐年增長的趨勢。

    3.2　艦船用泵、閥合金材料

    3.2.1　銅合金

    目前,我國用于制造艦船動力泵泵體和葉輪的材料主要是ZCuSn-3Zn8Pb6Ni1和ZCuSn-16Si4青銅?國外一些著名的船用泵生產廠和公司在海水泵主要零部件選材上有許多共同之處,如泵體和葉輪的材料主要是錫青銅?磷青銅和鋁青銅,而轉軸主要選用鉻鎳不銹鋼和鉻鎳鋁不銹鋼?表14為各國船用泵制造選材情況,其中大多數材料的耐海水腐蝕性能高于3-7-5-1錫鋅鉛鎳青銅和80-3硅黃銅?我國船用青銅截止閥閥體多采用ZQSn10-2 青銅合金,閥桿采用QAl9-2青銅合金,閥瓣蓋與閥瓣采用ZQSn10-2青銅合金,閥桿螺母材料采用QAl10-3-1.5青銅合金?

    3.2.2　鋁合金

    用于制造泵?閥的鋁合金通常為鋁-硅-鎂系鑄造合金和鋁-鎂系鑄造合金?鋁-硅-鎂系鑄造合金如前蘇聯的BAЛ5?AЛ4M,美國的356及我國的ZL115A,強度中等,鑄造性能好,適合制造形狀復雜?致密度高的部件,如高壓閥件?泵?柴油機氣缸體?減速箱殼體?渦輪葉片和魚雷殼體等?鋁-鎂系鑄造合金如前蘇聯的AЛ8?AЛ27,美國的518?520和X250,鎂含量為10%,通過固溶強化獲得較高的強度,常用于制造承載較大的海水泵殼體?水泵導管及支柱?含Mg低于8%的鋁-鎂合金則因強度較低,常用于低壓閥件的制造,如前蘇聯的AЛ13,美國的514?513?

    3.2.3　鈦合金

    我國20世紀70年代成功研制出多種艦艇用鈦合金，其中A5α型鈦合金(Ti-4Al-0.05B)強度較高，鑄態ZTiAl4(GB/T 15073-94)的屈服強度不低于490MPa,可用于船舶輔助系統中的泵?閥制造?20世紀80年代研制的Ti75鈦合金與TA5鈦合金相比,在綜合性能良好的前提下,強度高出50MPa,沖擊韌性和斷裂韌性分別為TA5的1.4倍和1.2倍,應力腐蝕斷裂韌性為TA5的2倍,且具有優良的冷?熱加工性能,鑄造性能和低雜質敏感性?Ti75鈦合金填補了國內730MPa船用鈦合金的空白,達到國際先進水平?用Ti75合金制作的往復式鹽水泵?舷側雙座雙球閥閥桿于1993年安裝到某艇上試用,正常運行至今?此外,同時期研制的Ti31合金因具有較高的強度(抗拉強度約650MPa,屈服強度約600MPa),也用于泵體?閥門等部件的制造,并進一步取得了成功應用。

    4 艦船螺旋槳用合金材料

    4.1 銅合金

    螺旋槳用材料經歷了鑄鐵、普通鑄鋼、普通黃銅、高強度黃銅、鎳鋁青銅、不銹鋼和鈦合金等不同發展階段。其中，鎳鋁青銅因具有較高的抗拉強度、腐蝕疲勞強度及良好的抗空泡腐蝕性能一直是艦艇螺旋槳的主要材料，廣泛用于日本、法國、意大利和前蘇聯的螺旋槳制造中。日本大量使用的鎳鋁青銅牌號是其自行研制的ASB4和ASB6。我國20世紀70年代末開始研制Ni-Al青銅螺旋槳材料，80年代初達到了實用化。但隨著艦艇大型化和高速化帶來的螺旋槳承載的加重以及水域污染帶來的腐蝕性的增強，鎳鋁青銅材料強度低（小于650MPa）、脫成分腐蝕、應力腐蝕、不耐沖刷等缺點逐漸暴露出來，更新的螺旋槳用材亟待開發。

    4.2 不銹鋼

    不銹鋼螺旋槳是性能優于鎳鋁青銅的螺旋槳制造材料之一。國外開發的不銹鋼螺旋槳材料很多，如前西德開發了Cr13Ni1?Cr13Ni3?Cr13Ni6?Cr17Ni4?Cr28Ni8 和Cr18Ni18等，法國開發了Cr13和Cr21Ni8Mo3Cu5。德國舒爾茨公司生產的軍品螺旋槳中，有８０％是不銹鋼制造的，法國設計的螺旋槳最大直徑為14ｍ，在大型艦艇和高速快艇螺旋槳方面已占主導地位。我國不銹鋼螺旋槳的開發則還處于起步階段。

    4.3鈦合金

    鈦合金強度高、質量輕、抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優異，是制造螺旋槳的理想材料。ZTi6Al4V(GB/T 15073-94）是一種中等強度的兩相合金，具有良好的抗腐蝕、抗空泡等綜合性能，制成的螺旋槳壽命是銅合金螺旋槳的3倍。英國很早就開始用該合金制造鑄鈦螺旋槳。美國航空公司在其制造的50ｔ研究型潛艇上試用了直徑約821.8ｍｍ的三葉片可拆式耐空泡鈦合金螺旋槳，該螺旋槳使用后未檢測到空泡和縫隙腐蝕。

    我國于20 世紀60 年代后期開始ZTi6Al4V(GB/T15073-94)合金的研究工作，７０年代成功將其應用于水翼艇螺旋槳，至今已經生產450～1100ｍｍ 各類鈦合金螺旋槳500只，合金牌號ＺＴＣ４，經20年實艇驗證，性能良好。ＺＴＡ７是一種常用的螺旋槳用材料，前蘇聯在“全蘇新材料”展覽會上展出了用該合金制造的螺旋槳，美國ＳＥＳ－１００試驗艇上也已采用該合金制成的六葉片可調距螺旋槳。此外，我國研制的焊接性能更好、韌性更高、抗空泡剝蝕性能更優的高強鑄鈦合金已獲成功，目前已用于某水翼快艇螺旋槳的制造。

    德國、美國海軍近20年在螺旋槳用纖維增強復合材料領域進行了大量試驗并取得了重大進展，對鈦制螺旋槳的應用提出了挑戰。鈦制螺旋槳今后的發展方向是研究采用更高強度的鈦合金更好地實現輕量化，同時不斷優化制造工藝，進一步降低綜合成本。

    5 結束語

    鋼材、銅合金、鋁合金是多年來各國艦船用量最多、最為關鍵的合金材料。隨著艦船機動性、生存性、潛深和負載要求的不斷提高，輕質、高強、無磁、耐蝕合金的設計得到了充分重視，同時材料的經濟性也顯著影響著其推廣和使用。當前船用合金不斷向著元素含量低、成分簡單的方向發展，先進的加工技術對合金性能的提高起到了至關重要的作用。

    此外，鈦合金因具有更高的比強度、更優異的耐蝕性能而在艦船應用中呈現出較大的發展潛力。

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責任編輯：王元

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