发布日期：2014-5-10 18:19:38
随着世界人口的日益增长和陆地资源不断的消耗，开发与应用海洋资源已成为21世纪的主题。由于海水盐分和微生物的腐蚀及海洋中复杂的工作条件，就要求在海洋资源开发过程中所需要的各种装备，必须具备耐蚀性及结构的可靠性。钛以其比强度高、耐蚀性优异、疲劳性能好、无毒性、容易焊接等优点，被誉为是天然的海洋装备首选结构材料。目前，钛已经在海洋油气开发、海港建筑、沿海发电站、海水淡化、船舶、海洋渔业及海洋热能转换等领域广泛的应用。
海上油气开采设备主要包括采油平台和附属设备，附属设备有原油冷却器、升油管、泵、阀、接头和夹具等。这些设备均与海水及原油中的硫化物、氨、氯等介质接触，由于钛在这些介质中具有优异的耐蚀性，所以美国上世纪70年代初就在其油气开采中使用了钛制造的近海石油平台支柱。英格兰的Bunting公司加工了钛输送管道，用钛输送管道取代带有橡皮衬里的碳钢输送管道，其重量减轻80%，从而降低了支承构件的重量，也提高了耐蚀能力。我国在天然气井口为解决600~700atm的高温H2S、CO2和水蒸汽的腐蚀，使用了Ti-6Al-4V的阀板、阀座和阀杆，长期使用效果甚好。随着海洋油气开采工业的不断发展，油气开采逐步从近海、浅海发展到远海、深海，钛合金部件可以在高温、高压和腐蚀严重(即盐和硫化氢等腐蚀介质)的环境下使用，因而钛及其合金在海洋油气开发中的应用明显增加。
海港是海洋的大门，海港建筑和海洋设施是海洋工程的重要部分。钛材表面有一层致密的氧化膜，它在腐蚀环境中非常稳定，对空气、海水及海洋环境具有优异的耐蚀性，是目前最能适应各种海洋环境的材料。为了降低海港建筑和海洋设施的成本，一般情况下采用钛薄板和有机系防腐蚀材料制成复合包覆材料或用钛钢复合板包覆焊接到建筑物上。日本大力进行海洋开发，如本洲到四国的大桥、东京湾横跨道路、关西机场、浮式储油基地等。日本建设省和钢铁俱乐部在大井川洋面进行的暴露试验以及运输省和钢管桩协会在波崎漂沙栈桥上的各种防腐暴露试验等的调查报告，也都显示了钛是最合适的材料。钛除了具有优异的防腐性能外，还具有海水环境下溶出离子极少、无毒性、不必担心污染环境等优点。日本还建造了一个超大型浮式海洋建筑物，在海水冲刷处使用了钛钢复合材；在东京湾横跨公路的建设中使用了钛材做桥墩的防溅躯干，每个桥墩的用钛量为0.9t。已经使用或计划中的大型浮式海洋建筑有机场、港湾物流基地、体育设施等等。从长期来看，海港建筑和海洋设施用钛基本不需要维修保养，节省了大量的人力、物力。
沿海发电站一般采用海水作为冷却水，传统的凝汽器是用铜合金管，这种铜合金管在海水中因各种腐蚀，经常遭到严重破坏，国外曾出现过由于腐蚀泄漏而引起的爆炸事故。钛在海水，特别是污染海水中具有良好的耐蚀性，耐海水的高速冲刷腐蚀性能尤为突出。沿海发电站凝汽器是利用海水量较大的设备，用钛材后凝汽器的使用寿命延长，换热效率提高，安全性提高。英国早在上世纪60年代就已使用了全钛凝汽器，随后日本也制造了薄壁(0.3~0.5mm)焊接钛管的凝汽器，使得成本大幅降低。由于发电站对于安全运行可靠性要求特别高，所以尤其重视钛凝汽器的使用，大部分采用薄壁焊接钛管和无缝钛管。我国先后在浙江台州电厂、上海金山热电厂、浙江镇海电厂等发电厂使用了全钛凝汽器，使用效果十分理想，取得了显着的经济效益。
舰船及其某些设备部件如船体、热交换器、泵、阀、管线等长期浸泡在海水中，极易受到海水腐蚀。钛材可以解决由于腐蚀/冲蚀引起的海底管道泄漏和海洋生物引起的舰船故障等问题，它不但具有优异的耐海水腐蚀性能，而且可以减轻舰船重量，减少维修费用，延长使用寿命，铝合金、软钢等船体结构材，一般10年就要维护，而钛材几乎不需要维护修理，寿命也可从一般的20年左右延长到30～40年。钛及其合金在舰船工业的应用十分广泛，如船体结构件、深海调查船及潜艇耐压壳体、管道、阀、船舵、轴托架、配件、动力驱动装置中的推进器和推进器轴、热交换器、冷却器、船壳声呐导流罩等。钛在船舶上使用的典型例子是俄罗斯台风级核潜艇，它拥有钛金属制造的外壳，因军事需要，采用双壳结构，其双层外壳共用钛9000t，使其具有了无磁性、下潜深、航速快、噪音小、维修次数少等优点。艇长172.8m，最大宽度23.3m，高度42.7m，水上排水量23200t，下潜排水量33800t，潜行速度为每小时50km，最大下潜深度500m，持续潜航时间达到120天。20世纪90年代中期，美海军决定在LPD17两栖船坞运输舰的2个主海水配管系统上使用了钛，全寿命期节省成本可达1700万美元。配管系统的建造是在船厂现场进行的。该舰的关键部位上层建筑区也大量使用了钛，使其质量减轻约50%，大大提高了该舰的稳定性。此外，LPD17舰上约1000多个管件采用不同直径的2级纯钛管，总长度达3350m以上。在深潜器耐压壳体的应用方面美国开展得比较早，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2000m增加到3600m。它的辅助箱及高压空气容器也采用Ti-6AI-4VELI。198l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6100m。
据报道，日本渔业已经由捞鱼向鱼类养殖业转变，狮鱼、比目鱼、鳗鱼等已实现人工养殖。在人工养殖技术中，大量使用了钛金属网和维持一定海水温度的钛管式热交换器。我国福建沿海一带地区实现了人工养殖石斑鱼，所用的钛板式养殖筐对养殖石斑鱼带来了极好的效益。
温差发电的原理是利用海洋表面温度较高的海水将氨或者氟里昂汽化来驱动涡轮机转动发电，再用海洋深层的低温海水将汽化的氨或者氟里昂冷却，构成一个不断循环的热机系统。温差发电的主要设备是蒸发器、凝缩器及海水吸管、环路等，要求设备不仅要耐腐蚀，而且还要耐氨和氟的腐蚀，钛及其合金不但具有良好的耐海水腐蚀性能，而且还耐氨和氟的腐蚀，所以钛是最理想的材料。美国、日本的温差发电站上都使用了钛管式蒸发器和凝缩器，取得了良好的效果。
海洋工程作为新兴的钛的民用市场，近年来发展很快。随着世界能源危机的进一步加剧，世界各国将投入大量的人力和物力开采海底石油资源和其它矿物资源；在全球性淡水日益缺乏的趋势中，各个沿海国家都将利用海水来制取淡水；况且，各军事大国的海军装备竞争日益激烈等等，这些都离不开钛及钛合金材料。因此，钛及其合金在海洋工程上的应用会越来越广泛。预计海洋工程用钛有望成为钛材的一个较大的应用市场。