一、船舶用鈦棒的定義
船舶用鈦棒是以鈦及鈦合金為原材料，通過熔煉、鍛造、軋制等工藝制成的棒狀材料，專為船舶與海洋工程環(huán)境設(shè)計，具有輕量化、高強度、耐腐蝕等特性，適用于船體結(jié)構(gòu)、推進(jìn)系統(tǒng)、管道系統(tǒng)等關(guān)鍵部件。
二、常用材質(zhì)（牌號）
船舶領(lǐng)域常用的鈦合金牌號及成分如下：
| 牌號 | 類型 | 主要成分 | 特點 |
| TA1 | 工業(yè)純鈦 | Ti ≥99.5% | 高塑性、耐腐蝕，成本低 |
| TA2 | 工業(yè)純鈦 | Ti ≥99.3% | 中等強度，用于一般耐蝕部件 |
| TA5 | α型合金 | Ti-4Al-0.005B | 耐海水腐蝕，用于船體結(jié)構(gòu) |
| TC4 | α+β型合金 | Ti-6Al-4V | 高強輕量化，用于螺旋槳、軸系 |
| TA9 | α型合金 | Ti-0.2Pd | 耐強酸環(huán)境（如船舶脫硫系統(tǒng)） |
| TA10 | α型合金 | Ti-0.3Mo-0.8Ni | 耐高濃度氯化物（如海水泵閥） |
三、性能與特點
1、耐腐蝕性：
抗海水腐蝕能力極強，尤其適用于鹽霧、潮濕環(huán)境，壽命是316L不銹鋼的10倍以上。
抗點蝕、縫隙腐蝕性能優(yōu)異，如TA9在含硫介質(zhì)中表現(xiàn)突出。
2、力學(xué)性能：
高比強度：TC4抗拉強度達(dá)895-930 MPa，密度僅為鋼的60%。
抗疲勞性：適用于高頻振動的推進(jìn)器部件。
輕量化：密度4.5 g/cm3，顯著降低船舶自重，提升載重與燃油效率。
低溫性能：在-196°C下仍保持韌性，適合LNG運輸船等低溫場景。
無磁性：避免干擾船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)。
四、制造工藝
1、熔煉：
真空自耗電弧爐（VAR）或電子束冷床爐（EBCHM）熔煉，確保低雜質(zhì)（O、N、H含量≤0.15%）。
2、熱加工：
β鍛造（TC4在950-1000°C）提升韌性。
α+β區(qū)軋制細(xì)化晶粒（如TA5在800°C軋制）。
3、熱處理：
退火：TA系列采用650-750°C退火消除應(yīng)力。
時效處理：TC4采用雙重退火（950°C固溶 + 550°C時效）優(yōu)化強度。
表面處理：噴砂、陽極氧化或鍍層（如TiN）增強耐蝕性。
五、應(yīng)用領(lǐng)域
| 船舶系統(tǒng) | 具體部件 | 推薦牌號 | 核心需求 |
| 船體結(jié)構(gòu) | 外殼、肋骨、甲板支架 | TA5、TC4 | 耐海水腐蝕、高抗沖擊性 |
| 推進(jìn)系統(tǒng) | 螺旋槳、推進(jìn)軸、舵桿 | TC4、TA10 | 高強度、抗空泡腐蝕 |
| 管道系統(tǒng) | 海水冷卻管、閥門、泵體 | TA9、TA10 | 耐氯化物/酸性介質(zhì)腐蝕 |
| 動力系統(tǒng) | 發(fā)動機排氣管、熱交換器 | TA1、TA2 | 耐高溫（≤350°C）、輕量化 |
| 深海裝備 | 潛水器耐壓殼體、機械臂 | TC4、TA15 | 高強耐壓、抗深海低溫 |
六、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
| 標(biāo)準(zhǔn)類型 | 標(biāo)準(zhǔn)號 | 適用范圍 |
| 中國國標(biāo) | GB/T 2965-2020 | 鈦及鈦合金棒材技術(shù)要求 |
| 美國標(biāo)準(zhǔn) | ASTM B348 | 鈦合金棒材與坯料 |
| 國際標(biāo)準(zhǔn) | ISO 5832-3 | 外科植入物級TC4（部分船舶醫(yī)療設(shè)備參考） |
| 船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) | CB/T 4319-2013 | 船舶用鈦及鈦合金管材與棒材 |
七、與其他船舶合金材料的對比
| 材料類型 | 代表牌號 | 密度 (g/cm3) | 抗拉強度 (MPa) | 耐海水腐蝕性 | 成本 | 典型應(yīng)用 |
| 鈦合金 | TC4 | 4.43 | 895-930 | ★★★★★ | 高 | 螺旋槳、耐壓殼體 |
| 不銹鋼 | 316L | 7.98 | 485-620 | ★★★☆☆ | 中 | 管道、閥門 |
| 鋁合金 | 5083-H116 | 2.66 | 270-345 | ★★☆☆☆ | 低 | 船體上層建筑 |
| 銅合金 | HSn62-1 | 8.8 | 330-450 | ★★★★☆ | 中 | 海水泵、冷凝器 |
對比結(jié)論：
鈦合金優(yōu)勢：輕量化、耐蝕性最優(yōu)，但成本較高，適用于高價值部件。
不銹鋼：性價比高，但耐氯離子腐蝕能力有限。
鋁合金：輕量化但強度低，適合非承力結(jié)構(gòu)。
銅合金：耐海水但密度大，逐漸被鈦替代。
八、選購方法
1、按工況選材：
海水腐蝕環(huán)境：優(yōu)先TA10（耐氯化物）或TA9（耐酸性介質(zhì)）。
高強承力部件：選擇TC4或TA15（如潛水器耐壓殼體）。
低溫場景：TA5或TA7（如LNG船儲罐支架）。
2、驗證材料資質(zhì)：
要求供應(yīng)商提供 材質(zhì)證明書（MTC），包括成分、力學(xué)性能、熱處理狀態(tài)。
第三方檢測報告（如SGS）需包含氫含量（≤150 ppm）、超聲波探傷（UT）結(jié)果。
加工性能評估：
焊接性：TA1/TA2工業(yè)純鈦易焊接，TC4需氬氣保護(hù)（TIG焊）。
冷加工：TC4需控制變形率（≤20%），避免開裂。
3、成本優(yōu)化策略：
非承力部件可選用TA2替代TC4，降低成本40%以上。
批量采購時協(xié)商熔煉爐次，減少原料批次差異。
九、注意事項
1、氫脆風(fēng)險：
避免在酸洗或電鍍過程中吸氫，加工后需真空退火（500°C×2h）。
2、焊接質(zhì)量控制：
鈦合金焊接需嚴(yán)格隔絕氧氣，采用高純度氬氣（≥99.999%）。
3、表面污染防護(hù)：
加工時禁用含氯切削液，防止應(yīng)力腐蝕開裂。
4、庫存管理：
鈦棒應(yīng)存放于干燥環(huán)境，避免與鋼、銅合金接觸引發(fā)電偶腐蝕。
船舶用鈦棒憑借其卓越的耐海水腐蝕性、高比強度及輕量化特性，成為高端船舶與深海裝備的核心材料。在選型時需綜合考慮工況需求（腐蝕介質(zhì)、力學(xué)負(fù)荷、溫度），優(yōu)先匹配TA系列（耐蝕）或TC系列（高強）。同時，嚴(yán)控加工工藝與供應(yīng)商資質(zhì)，避免氫脆、焊接缺陷等風(fēng)險。對于成本敏感項目，可通過“關(guān)鍵部位用鈦，非關(guān)鍵部位用不銹鋼/鋁”的混合設(shè)計方案實現(xiàn)性能與經(jīng)濟的平衡。
