摘 要：本文闡述了鈦合金作為艦船管路材料的優(yōu)勢(shì)，分析了近年來(lái)海綿鈦市場(chǎng)價(jià)格走勢(shì)，探討了鈦合金管路的成本，并建立了鈦合金管路采購(gòu)價(jià)格與海綿鈦市場(chǎng)價(jià)格的參照關(guān)系式。

　　關(guān)鍵詞：海綿鈦；鈦合金；管路系統(tǒng)；價(jià)格

　　Abstract： This paper expounds the advantages of titanium alloy as the ship piping material， analyzes the sponge titanium market price in recent years， and the cost of titanium alloy pipe is discussed， and establish relationships the titanium alloy pipe purchase price and the price of sponge titanium.

　　Key words： Navy ship； Titanium alloy； piping system；price

　　鈦合金因具有密度低、比強(qiáng)度高、優(yōu)良的耐蝕性、韌性好、形狀記憶、可焊、中溫性能好、無(wú)磁等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、艦船及海洋工程等軍用及民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

　　由于鈦合金對(duì)海水具有很強(qiáng)的抗蝕性和很高的比強(qiáng)度，是一種理想的艦船管路系統(tǒng)材料。各國(guó)對(duì)鈦合金在艦船上的應(yīng)用研究十分重視，并在艦船管路系統(tǒng)中大量采用鈦合金，以提高艦船設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命，從而提高艦船的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能。

　　1 鈦合金管材的優(yōu)勢(shì)

　　鈦合金由于具有優(yōu)異的性能，特別適用于工作介質(zhì)為高壓、高流速、動(dòng)海水的通海管路系統(tǒng)和動(dòng)力裝置排氣管路系統(tǒng)。用鈦合金制造艦船的管路及附件（包括管子、彎頭、三通、閥門等），不但可以減少艦船管路系統(tǒng)管子的直徑和壁厚，而且可以減輕重量。

　　根據(jù)B10銅合金、雙相鋼和鈦合金三種材料的耐海水沖刷腐蝕的數(shù)據(jù)中可以看出：B10銅合金在流速大于5 mm/s時(shí)已經(jīng)有了較為明顯的腐蝕，所以只能用于海水流速小于5 mm/s的管路系統(tǒng)中；雙相不銹鋼是一種耐海水腐蝕的材料，但由于焊接工藝若控制不好，焊接接頭容易發(fā)生相變，大幅降低焊接接頭的耐蝕性；鈦合金是三種材料中是耐海水沖刷腐蝕性能最好的材料，在10～25 m/s的沖刷條件下不腐蝕，甚至在36 m/s的沖刷條件下腐蝕速度也僅為0.008 mm/a。

　　根據(jù)鈦合金管材和其他船用耐蝕材料管材的全壽期費(fèi)用可以看出：銅合金管道的平均服役期限為10年，而鈦合金的服役期限為3O年。如果按30年計(jì)算，則銅合金管材需要更換2次，全壽命內(nèi)銅合金管材投入的材料費(fèi)是鈦合金管材的近3倍，還沒有把檢修和更換期間所引起的損失費(fèi)用考慮進(jìn)去，包括設(shè)備加工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、安裝費(fèi)，以及由于設(shè)備更換而導(dǎo)致艦船在役時(shí)間的縮短等。

　　美、俄等國(guó)早在上世紀(jì)60年代初就已開始用鈦合金逐步代替銅合金、不銹鋼等常規(guī)耐海水腐蝕材料，應(yīng)用范圍包括海水冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、熱交換器設(shè)備、管系、噴水推進(jìn)裝置等。俄羅斯核潛艇二回路和通海管系已全部采用鈦合金制造，僅二回路系統(tǒng)減重效果達(dá)到40%以上，且服役期限達(dá)到了與艇體同壽命，實(shí)現(xiàn)了全壽命周期的低成本。

　　在2004年，美國(guó)推出了NGMTI計(jì)劃（Next Generation Manufacturing Technology Initiative），新興工藝技術(shù)是該計(jì)劃的首要重點(diǎn)領(lǐng)域。在該計(jì)劃中，將低成本鈦生產(chǎn)列為該領(lǐng)域的第二大方向。隨著美國(guó)低成本鈦生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，鈦在艦艇上的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

　　2 海綿鈦市場(chǎng)價(jià)格分析

　　圖1為2006年10月～2014年6月海綿鈦價(jià)格走勢(shì)圖。由圖1可以看出，2006年海綿鈦價(jià)格處于20萬(wàn)元/ t以上的高位，但隨后震蕩下行，由于產(chǎn)能過(guò)剩等原因，至2014年6月，已跌至 4.6萬(wàn)元/ t左右，。

　　隨著經(jīng)營(yíng)壓力的增大，生產(chǎn)企業(yè)不得不挖潛增效、改進(jìn)工藝、提高技術(shù)、降低成本，更加優(yōu)良的冶煉工藝和技術(shù)，必將對(duì)海綿鈦市場(chǎng)價(jià)格穩(wěn)定起到支撐作用。

　　3 鈦合金管材和管路附件價(jià)格分析

　　鈦合金管材價(jià)格由材料費(fèi)和制造費(fèi)兩大部分組成。

　　工業(yè)純鈦由海綿鈦直接真空熔煉而成，其原材料費(fèi)較低。而鈦合金由于添加了合金元素，材料費(fèi)相應(yīng)提高，特別是添加了稀貴合金元素的鈦合金材料費(fèi)將大幅提升。

　　鈦合金管分為無(wú)縫管和焊接管。鈦合金在高溫下容易吸氧和吸氫，熔煉需要在真空環(huán)境中進(jìn)行。當(dāng)合金元素含量較高時(shí)，為保證成分均勻，熔煉次數(shù)一般不低于三次。鈦合金鑄錠一般要經(jīng)過(guò)切除冒口和扒皮之后才能進(jìn)行后續(xù)的開坯鍛造工序，這導(dǎo)致材料存在一定量的損失，鑄錠熔煉工序的材料收得率約為80%～95%。

　　鈦合金屬于難變形材料，成形工藝窗口窄，且微觀組織對(duì)工藝參數(shù)特別敏感，而微觀組織形貌又直接決定了鈦合金管件的機(jī)械性能。鑄錠開坯鍛造和方坯改鍛階段一般要進(jìn)行5～10火次鍛造，嚴(yán)格控制每火次變形溫度、變形量和應(yīng)變速率，以達(dá)到破碎粗大魏氏組織、細(xì)化晶粒和調(diào)控性能的目的。目前，單火次鍛造費(fèi)用約為5～10元/kg。在鍛造過(guò)程中邊角部位容易開裂，要對(duì)開裂部位進(jìn)行切除打磨處理，另外還會(huì)出現(xiàn)表面氧化形成氧化皮。這些因素都會(huì)導(dǎo)致材料損失，在開坯鍛造和方坯改鍛環(huán)節(jié)材料的收得率約為75%～85%。

　　圖2給出了25×2和25×0.7兩種鈦合金無(wú)縫管2013年市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)情況。2014年1月海綿鈦價(jià)格同比下降25%，而25×2和25×0.7兩種管價(jià)格分別同比降低10%和15%，市場(chǎng)價(jià)格分別是海綿鈦價(jià)格的2.8倍和2.9倍。這是因?yàn)樵牧蟽r(jià)格在鈦管價(jià)格中所占比例僅為34%-36%，海綿鈦價(jià)格下降但鈦管制造費(fèi)用并沒有降低，這導(dǎo)致鈦無(wú)縫管價(jià)格降幅較小。鈦合金無(wú)縫管制造費(fèi)用更高，這是由于鈦合金相比純鈦來(lái)說(shuō)變形抗力大、成形溫度高、各工藝流程中材料收得率較低等因素導(dǎo)致。 　　合金化程度高或口徑較大的鈦合金管材及管路附件只能采用焊接結(jié)構(gòu)。焊接管制造工藝流程中的有些工序和無(wú)縫管相同，但方坯改鍛之后要進(jìn)行板材的軋制，鈦合金一般采用熱軋成形，軋制成本較高。軋板一般需要3～5火次，每火次軋制費(fèi)用約為15～20元/kg。每火次軋制后板坯尺寸要進(jìn)行修整，這使得軋制過(guò)程中材料的收得率在70%-80%之間。

　　軋制板材經(jīng)噴砂和酸洗等輔助工序后進(jìn)行坡口加工、卷板、焊接等工序。鈦合金在焊接過(guò)程中會(huì)與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如處理不當(dāng)就會(huì)吸收空氣中的雜質(zhì)，使鈦合金材料變脆。為避免出現(xiàn)這樣的情況，在焊接鈦合金管過(guò)程中需采取一系列控制措施，如使用輔助氬氣保護(hù)拖罩或采用側(cè)面氬氣保護(hù)等措施。這些保護(hù)措施會(huì)降低鈦合金管焊接的生產(chǎn)效率，增大氬氣等耗材的使用量，這些因素?zé)o疑會(huì)增加鈦合金管的焊接成本。

　　艦船管路附件一般包括彎頭、三通和變徑管等，是在管材的基礎(chǔ)上進(jìn)行深加工制造的。與銅合金管件室溫成型不同，鈦合金管件往往需要在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行高溫成型，這就造成鈦合金管件制造成本高，一般為銅合金的3倍以上。

　　鈦合金管路一般由鈦合金管材與管路附件焊接而成的。因此鈦合金管路采購(gòu)價(jià)格由材料費(fèi)和各環(huán)節(jié)的制造費(fèi)用組成，即

　　F=（a+b）/（k1?k2?k3）+ g1?n1 /（k1?k2?k3） +g2?n2/（k2?k3） + g3?n3/ k3+Σ +? （1）

　　式中：F為焊接管路的采購(gòu)價(jià)格（元/kg）；a為海綿鈦市場(chǎng)價(jià)格（元/kg）；b為海綿鈦添加合金元素費(fèi)（元/kg）；g1為鑄錠熔煉費(fèi)（10～15元/kg）；g2為鍛造費(fèi)（5～10元/kg）；g3為板材軋制費(fèi)（15～20元/kg）；n1、n2、n3分別為熔煉、鍛造和軋制火次（次）；k1、k2、k3分別是分別為熔煉、鍛造和軋制過(guò)程的材料收得率（%）；Σ為焊接費(fèi)用和其他輔助工序費(fèi)用（元/kg）；?為管路附件附加費(fèi)（（元/kg））。

　　由上述分析可知，鈦合金屬于難變形材料，制造過(guò)程中各工序費(fèi)用較高、材料收得率較低，雖然近年來(lái)海綿鈦價(jià)格處于低位，但管路系統(tǒng)采購(gòu)價(jià)格并不會(huì)有明顯的降低。

　　5 結(jié)論

　　鈦合金管路系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性具有顯著的優(yōu)勢(shì)，鈦合金管路系統(tǒng)在國(guó)外艦船通海管路和排煙管路等管路系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用。海綿鈦近兩年價(jià)格持續(xù)走低，隨著海綿鈦生產(chǎn)工藝的提高和生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，海綿鈦價(jià)格將長(zhǎng)期處于低位，鈦合金管路系統(tǒng)的采購(gòu)價(jià)格將不會(huì)有較大的波動(dòng)，這為我國(guó)造船及海洋工程選用鈦合金提供了更大的空間。

　　參考文獻(xiàn)

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