几种海洋工程用钛合金及其应用
钛及钛合金在海水中的应力腐蚀及氢脆敏感性研究
内容摘要
实验结果显示，随着硫酸盐还原菌浓度的增加，海洋结构用钢的应力腐蚀开 裂敏感性显著提高。同时，钢的极化电位也呈现出降低的趋势，表明钢的耐腐蚀 性受到抑制。这可能是因为硫酸盐还原菌在钢表面形成了保护膜，阻碍了钢表面 的氧化反应，导致钢的极化电位降低。
内容摘要
通过实验讨论，我们发现硫酸盐还原菌和极化电位对海洋结构用钢在海泥中 的应力腐蚀开裂敏感性具有显著影响。因此，在海洋结构用钢的使用过程中，应 采取有效的防腐措施，如提高钢的耐腐蚀性、使用防腐涂料等，以降低硫酸盐还 原菌和极化电位对钢的影响，从而延长海洋结构用钢的使用寿命。
钛及钛合金在海水中的应力腐 蚀及氢脆敏感性研究
目录
01 引言
03
应力腐蚀及氢脆敏感 性
02 背景 04 研究现状
05 展望
07 参考内容
目录
06 结论
引言
引言
钛及钛合金是一种具有优异性能的材料，由于其轻质、高强度和良好的耐腐 蚀性，被广泛应用于航空、航天、医疗和海洋工程等领域。在海洋环境中，钛及 钛合金的耐腐蚀性能对于保证结构物的安全性和稳定性具有重要意义。然而，钛 及钛合金在海水中的应力腐蚀及氢脆敏感性仍然是研究的热点和难点问题。本次 演示将探讨钛及钛合金在海水中的应力腐蚀及氢脆敏感性，旨在为相关领域的研 究和应用提供参考。
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内容摘要
本次演示旨在探讨硫酸盐还原菌和极化电位对海洋结构用钢在海泥中应力腐 蚀开裂敏感性的影响。通过实验方法分析，发现这两种因素在海洋结构用钢的应 力腐蚀开裂过程中起着重要作用。
内容摘要
硫酸盐还原菌是一种常见的微生物，能在缺氧的环境下利用硫酸盐作为电子 受体进行生命活动。在海洋结构用钢的腐蚀过程中，硫酸盐还原菌可以促进钢表 面的腐蚀反应，加速钢的腐蚀速率。
船用钛合金
船用钛合金TA5合金钛TA5是一种全a型钛合金，含有4%铝和0.005%硼。
其扛拉强度比工业纯钛高，属于中等强度合金。
TA5合金可用作海水腐蚀环境下的结构材料，目前已成功应用于造船工业。
舰船上应用的部位有耐压壳体、鱼雷发动装置、动力装置等。
TA7钛合金TA7为a型钛合金，其名义成分为Ti-5A1-2.5Sn。
该合金属国际通用型钛合金，是目前应用最为广泛的不含β稳定元素的钛合金。
在兵器工业中，TA7合金可用于迫击炮座板等部件。
在民用行业中，TA7合金还用于制造换热器，泵、管道、管件、水解设备等。
与其他钛合金比较，TA7合金最适用于制造具有中等强度，且需进行焊接的部件。
TA16钛合金TA16钛合金其名义成分为：Ti-2A1-2.5Zr,是原苏联于60年代中期研制成功的a型钛合金。
其优越的耐蚀性能，应用于压水推核动力装置直流蒸汽发生器管。
TA17钛合金TA17钛合金是一种a+β型钛合金，其名义成分为Ti-4A1-2V。
可用于水翼、行进器、以及军械等，还可用于制作蒸汽涡轮轮机叶片、轴流式和经流式气体压缩机盘、耐蚀弹簧和内燃发动机连杆等。
TA18钛合金TA18钛合金是一种a+β型钛合金，其名义成分为Ti-3A1-2.5V。
广泛用于航空、航天飞机上的发动机、航空液压系统，也可以作为一种制造锅炉和压力容器的材料，也广泛用于民用方面如体育器械。
βc（TB9)钛合金β合金的名义成分为：Ti-3A1-8V-6Cr-4Mo-4Zr,该合金是由美国RMI公司于60年代末发展的一种商业用钛合金。
该材料广泛应用于，如海水管道系统、航空弹簧、高强紧固件、扭力杆、箔材蜂窝结构及航空母舰弹射装置制动器部件等。
Ti-31钛合金Ti-31钛合金是Ti-Al-Mo-Zr-Ni多元近a钛合金，该合金为我国自行研制的新型高温耐蚀钛合金。
该材料是某些动力装置良好的选用材料，适用于常温常压、高温高压环境，可用于热交换器、冷凝器、阀门、泵体和管路及附件等，也可推广应用于航空、石化工业及海洋工业。
海洋工程施工中的新材料应用研究
海洋工程施工中的新材料应用研究海洋工程作为一门涉及多学科、多领域的综合性学科，其施工过程面临着诸多复杂的挑战，如极端的海洋环境、高腐蚀性的海水、巨大的水压等。
为了应对这些挑战，新材料的研发和应用成为了海洋工程领域的重要研究方向。
这些新材料不仅能够提高海洋工程设施的性能和安全性，还能够延长其使用寿命，降低维护成本，为海洋资源的开发和利用提供更有力的支持。
一、海洋工程施工中面临的挑战海洋环境的复杂性和恶劣性是海洋工程施工中必须面对的首要问题。
海水的高腐蚀性对工程材料的耐久性构成了巨大威胁，长期的浸泡会导致金属材料的锈蚀、高分子材料的老化等。
此外，海洋中的生物附着也会影响工程设施的性能和使用寿命。
巨大的水压和海浪冲击对结构材料的强度和稳定性提出了极高的要求，需要材料具备出色的抗压和抗冲击性能。
同时，海洋工程施工往往需要在远离陆地的海域进行，施工条件艰苦，材料的运输和安装也面临着诸多困难。
二、常见的海洋工程新材料1、高性能钢材高强度、高韧性的钢材在海洋工程中得到了广泛应用。
例如，双相不锈钢具有良好的耐腐蚀性和力学性能，能够在海洋环境中保持稳定的性能。
耐候钢则通过特殊的合金成分和表面处理，提高了抗腐蚀和抗疲劳性能，适用于海洋平台的结构件。
2、纤维增强复合材料纤维增强复合材料，如碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP），具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
它们在海洋工程中的应用越来越广泛，如用于制造海洋平台的上层建筑、管道、桅杆等部件，可以减轻结构重量，提高结构的强度和耐久性。
3、新型防腐涂料防腐涂料是保护海洋工程设施免受腐蚀的重要手段。
新型的防腐涂料，如石墨烯防腐涂料、纳米复合防腐涂料等，具有更好的防腐性能和耐久性。
这些涂料能够在金属表面形成致密的保护膜，有效阻止海水和氧气的侵蚀。
4、钛及钛合金钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性、高强度和低密度等特点，在海洋工程中的应用前景广阔。
它们常用于制造海洋设备的关键部件，如海水淡化装置中的换热器、海洋传感器的外壳等。
海洋工程装备制造使用材料汇总
海洋工程装备制造使用材料汇总
海洋工程装备制造业是国家十二五规划中明确重点培育和发展的战略性新兴产业，是海洋工程装备产业调整和振兴的重要方向，也是高端装备制造业的重要方向。
海洋工程装备制造使用多种性能各异的材料，关键的有：
1、钢铁材料
钢铁材料是海洋工程用的最主要材料，并且过细化为：海洋平台、海底油气管线、舰船制造、海洋风力发电用钢铁材料等，如海洋平台桩腿齿条钢使用的Q690、海底油气管线使用的X65/70 钢、舰船制造使用的+EQ56/70
钢、LNG 船使用的殷瓦钢等。
现阶段，欧美、韩国、新加坡等海洋工程装备制造强国已经掌握钢铁材料的先进制造技术，也是世界范围内相关技术的引领者。
国内海洋工程装备制造中的普通钢结构件工艺较为成熟，但重要结构件的特殊钢材的工艺整体水平还有待提升。
2、铝合金材料
铝合金材料因具有密度低比强度高及耐腐蚀性优良等特点。
最初是普通船舶用材，现在是军事船舶的翘板、甲板室、飞机发射架、升降舵等结构用材和能源运输设备用材。
美国、日本、英国和前苏联早已把铝合金作为船舶结构的主要材料之一。
我国从20 世纪50 年代就开始研制和建造铝合金高速船，但是，至今除气垫船可以小批量生产外，其它各类铝合金船均处于研制或首制阶段。
3、钛合金材料
钛及钛合金质量轻、强度高、耐腐蚀性良好，特别对海水和海洋大气。
国内外常用钛及钛合金牌号
国内外常用钛及钛合金牌号钛是一种广泛应用于工业领域的金属材料，具有良好的机械性能、化学稳定性和耐腐蚀性能。
常见的钛及钛合金牌号有国内牌号TA1、TA2、TA3、TA4等，国际牌号有Grade 1、Grade 2、Grade 5、Grade 9等。
TA1是中国钛标准GB/T 3620.1-2007中规定的一种纯钛，化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%，机械性能要求中0.2%抗拉强度不少于240MPa，延伸率不少于24%。
TA1具有优异的腐蚀抗性，可以在强酸、碱等腐蚀介质中长期使用，常用于制作化工设备、海水淡化设备、医疗器械等。
TA2是一种常见的工业纯钛，也是中国标准GB/T 3620.1-2007中规定的纯钛牌号之一。
其化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%，机械性能要求中0.2%抗拉强度不少于450MPa，延伸率不少于18%。
TA2具有良好的可锻性和可焊性，常用于制造化工设备、海洋工程、航空航天等领域。
TA3是国内的一种α+β相钛合金，化学成分中钛元素含量不少于99.5%，铁含量不大于0.30%，机械性能要求中抗拉强度不少于540MPa，延伸率不少于15%。
TA3具有良好的塑性和可焊性，常用于制造化工设备、海洋工程、航空航天等领域。
TA4是中国国内新版的一种α相钛合金，主要改进了化学成分和机械性能，相较于TA3具有更高的抗拉强度和延伸率。
TA4的化学成分要求中钛元素含量不少于99.7%，铁含量不大于0.20%，机械性能要求中抗拉强度不少于620MPa，延伸率不少于13%。
TA4广泛应用于航空航天、船舶工程、化工设备等领域。
Grade 1是美国钛协会（ASTM）标准中规定的纯钛牌号，化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%，机械性能要求中抗拉强度不少于240MPa，延伸率不少于24%。
Grade 1具有良好的腐蚀抗性和可锻性，广泛应用于航空航天、化工设备、医疗器械等领域。
Grade 2是ASTM标准中的一种工业纯钛牌号，化学成分要求中钛元素含量不少于99.0%，机械性能要求中抗拉强度不少于345MPa，延伸率不少于20%。
海洋工程中的新型材料与技术应用研究
海洋工程中的新型材料与技术应用研究海洋，占据着地球表面的约71%，蕴含着丰富的资源和巨大的潜力。
随着人类对海洋探索和开发的不断深入，海洋工程领域正经历着前所未有的变革。
在这一过程中，新型材料与技术的应用发挥着至关重要的作用，它们不仅为海洋工程的发展提供了强大的支撑，也为解决一系列工程难题带来了新的思路和方法。
一、新型材料在海洋工程中的应用1、高性能金属材料钛合金因其出色的耐腐蚀性、高强度和良好的韧性，在海洋工程中得到了广泛的应用。
例如，用于制造深海探测设备的外壳、海洋平台的关键结构部件等。
钛合金能够在恶劣的海洋环境中保持良好的性能，大大延长了设备的使用寿命。
2、高分子复合材料纤维增强复合材料，如碳纤维增强环氧树脂复合材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点。
在海洋工程中，可用于制造船舶的上层建筑、螺旋桨叶片等部件，减轻船舶自重，提高航行效率，降低燃油消耗。
3、防腐涂料海洋环境中的高盐度、高湿度和强腐蚀性对金属结构的腐蚀非常严重。
新型防腐涂料的出现有效地解决了这一问题。
例如，水性无机富锌涂料、聚脲弹性体涂料等，它们能够在金属表面形成一层坚固的保护膜，阻止海水和氧气的侵蚀。
4、智能材料形状记忆合金和压电材料等智能材料在海洋工程中也展现出了广阔的应用前景。
形状记忆合金可以在特定条件下恢复到预定的形状，用于制造自修复的海洋结构部件；压电材料则能够将机械能转化为电能，为海洋监测设备提供能源。
二、新技术在海洋工程中的应用1、 3D 打印技术3D 打印技术为海洋工程部件的制造带来了新的可能性。
它可以根据设计要求快速制造出复杂形状的部件，减少了传统制造工艺中的模具成本和加工时间。
此外，3D 打印还能够实现材料的梯度分布，使部件在不同部位具有不同的性能，满足海洋工程的特殊需求。
2、海洋可再生能源技术海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能等，开发利用海洋可再生能源是解决海洋工程能源供应的重要途径。
例如，潮汐能发电装置和波浪能发电装置的研发和应用，为海洋平台和海洋观测设备提供了清洁、稳定的能源。
钛金属的应用
钛金属的应用（一）航空、航天工业应用航空：钛合金在飞机上的应用：机身蒙皮、支承件、中央翼盒、机翼蒙皮、发动机舱、机身骨架、尾翼蒙皮、机尾罩、垂尾构件、发动机、机翼肋条、机翼梁、机轮、起落架构件钛在喷气发动机上的应用：压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管航天：钛及钛合金在火箭、导弹和航天工业中可用作压力容器，如燃料贮箱、火箭发动机壳体、火箭喷嘴套管、人造卫星外壳、载人宇宙飞船船舱（蒙皮及结构骨架）、主起落架、登月舱及推进系统等。
（二）车辆工业中的应用坦克和战车工业：战车上钛主要用于指挥舱盖和顶部攻击装甲的改进，钛还用于坦克的主动轴、悬挂臂、拖杆、扭力轴、前轮辐等。
汽车工业：优点：密度低、比强度高、弹性模量小、耐热性好、热胀系数小、耐蚀性好、抗冻性好、成型性好、装饰性好。
减轻质量，降低燃料消耗；改善动力传输效果，降低噪音；减少振动，减轻部件载荷；提高车的持久性及保护环境。
钛的使用部位主要有发动机系统（包括阀门、阀簧及其承座、连杆、曲轴、变速箱、转向齿条和小齿轮等）、底盘系统（弹簧、消音器、排气装置等）、车体系统（包括车轮的衬套及轴承、各种半轴、紧固件等）（三）兵器工业中的应用用钛制造武器，质量轻，机动性好，适合于地形复杂和空降部队使用，钛制迫击炮座板质量可减轻一半。
迫击炮管、迫击炮座板、防弹衣和背心、盔、枪管、炮架等。
（四）舰船工业中的应用核潜艇、深潜器、原子能破冰船、水翼船、气垫船和扫雷艇等舰船上都使用了钛材制造的螺旋桨推进器、潜艇鞭状天线、海水管路、冷凝器和热交换器、声学装置、消防设备等。
（五）海洋工程中的应用海水淡化管道海洋石油钻探：海洋平台上钛管做闭式循环发动机的冷凝管和换热管、泵、阀、管件；深海钻探中采用的钛制海底石油提升管以及采油预应力管接头、夹具及配件等。
海水系统中：消防水、冷却水和洒水灭火系统。
（五）电力工业中的应用冷凝器管材：钛管具有优异的耐腐蚀、耐冲刷、高强度、低密度和良好的综合力学性能，冠于其他材料之首，已成为冷却水质恶劣的电厂冷凝器的理想管材。
钛合金管的用途
钛合金管的用途
钛合金管的用途非常广泛，主要包括以下几个方面：
1. 航空航天：钛合金管被广泛应用于航空航天制造中，如发动机、液压系统和机身零件等。
2. 医疗领域：由于钛合金具有生物相容性和高强度等特点，因此在医疗领域中也广泛使用，如骨科植入物、人工关节和牙科等。
3. 化工和海洋：钛合金管耐腐蚀性能好，因此在化工和海洋工程领域也被广泛使用，如海水淡化设备、石化设备和海底管线等。
4. 体育器材：钛合金管具有高强度和轻质的特点，因此在体育器材领域中也被广泛使用，如高尔夫球杆、自行车车架和滑雪板等。
5. 高端制造业：钛合金管的高强度和低密度使其成为高端制造业的理想材料，如航空发动机、高速列车、超级计算机和先进武器等。
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４５卷增ｉ１Ｊ盂祥军陈春和余巍刘茵琪：几种海洋Ｉｊ程用钛合金及其应用
从ｌ：表中可以看出，Ｔｉ３１、Ｔｉ７５、ＴｉＳＯ合金钨极氩弧焊，焊接抗裂性非常好，焊接接头强度与母材一致，达到强度系数为ｌ，ＴＣ４合金的焊接抗裂性比前三种合金稍差。
４应用事例Ｔｉ８０的拉伸塑性（９００。
Ｃ）ＴＣ４的拉伸塑性（９００。
Ｃ）图１几种钛合金的温度一变形塑性
４．１深潜器耐压球壳及构件
在深潜器耐压壳体的应用方面美国开展的比较早，如Ａｌｖｉｎ科研深潜器，１９７３年改建时将耐压壳体换成钛合金（板厚４９ｍｍ），代替１９６４年建造时采用的ＨＹｌ００高强钢（板厚３３．８ｍｍ），下潜深度从２０（ｈｑｍ增加到３６（）（３ｍ，它的辅助箱及高压空气容器也采用Ｔｉ一６Ａ１—４ＶＥＬＩ钛合金建造。
１９８１年和１９８２年建造的“海崖”号深潜器装备了钛的观察舱和操纵舱，下潜深度可达６１００ｒｎ。
由此也可以看出，大深度深潜器的壳体材料发展趋势也是用钛合金，、我国目前也在用钛合金研制深潜器的耐压舱和浮力球等部件。
４．２换热器
在海洋＿１‘：程中．热交换器的应用最广泛的采用钛合金。
俄罗斯自１９６２年以来各种类型的热交换器建造并成功运行六千多台，已经达到了完全商业化的水平。
我国也成功的运用钛合金生产了多台
船用热交换器，并成功的运行在船卜。
几种海洋工程用钛合金及其应用
作者：孟祥军， 陈春和， 余巍， 刘茵琪
作者单位：中船重工七二五所
本文链接：/Conference_5622258.aspx。