鈦合金性能這么強(qiáng)悍，為什么不拿來造鈦合金航母？

• 在軍工史上，具備輕質(zhì)、高強(qiáng)和耐腐的鈦合金，一度被稱作“深海王者”。冷戰(zhàn)時(shí)期，蘇聯(lián)曾憑借鈦合金技術(shù)制造出下潛超千米核潛艇，其航速至今無人能超越。但因?yàn)槌杀竞涂煽啃缘葐栴}，正在逐漸被淘汰。

不過，尤其值得關(guān)注的是，鈦合金的輝煌一直仍只是局限于潛艇領(lǐng)域，從未涉足航母建造。當(dāng)下，鈦合金在航母上的應(yīng)用僅僅局限于螺旋槳、管路等部件。那么，盡管鈦合金性能卓越，為何至今都沒有用于制造鈦合金航母呢？我通過一個(gè)從事軍用鈦合金業(yè)務(wù)的人做了個(gè)深度了解，給大家做個(gè)詳細(xì)闡述。

首先就是成本方面，鈦合金比鋼鐵確實(shí)貴很多，最近幾年中國已經(jīng)把鈦合金原料跟加工打到世界有史以來最具性價(jià)比的程度，比如海綿鈦去年最低時(shí)只要50-60元/1公斤，貴的時(shí)候會在100元左右，但即使如此單就原料而言，鋼鐵價(jià)格依然會便宜非常多，甚至鐵礦石跟廢鐵才數(shù)元一噸了。

其次，鈦合金其實(shí)并不是原料昂貴，最大問題是加工困難或者說加工成本高，比如加工工時(shí)高，加工設(shè)備貴，材料損耗大，人員素質(zhì)要求高等。而且鈦合金是對空氣高度敏感金屬，對間隙元素非常敏感，極度微量的氧，氮，鐵，硅，氫都會造成鈦合金性能發(fā)生大變化。

因此，它無法使用常規(guī)冶煉方法，高級軍用產(chǎn)品甚至電極焊接都只能采用真空焊箱進(jìn)行焊接避免污染，熔煉時(shí)只能采用真空熔煉技術(shù)，熔煉開始前要把熔煉干鍋里抽成真空后才能開始熔煉，使用電弧熔煉或使用電子束，真空磁懸浮等熔煉技術(shù)，這樣使得熔煉設(shè)備成本跟熔煉時(shí)間比常規(guī)鋼鐵高出多倍。

到這里還不算完，這樣煉制出的只是鈦錠，對比鋼鐵的話大致就相當(dāng)于一個(gè)大鐵塊，之后要加工成零件的話，還要經(jīng)過多次鍛造（熱處理）以及最終機(jī)加才能成品。當(dāng)然也可以使用3D打印或真空鑄造技術(shù)，但這些技術(shù)成本只會更加昂貴，比如3D打印每公斤鈦合金加工成本數(shù)千元左右，真空鑄造技術(shù)每公斤成本一般在數(shù)百到數(shù)千元一公斤。

其實(shí)真空鑄造技術(shù)是適合不需要熱處理的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜有空腔結(jié)構(gòu)的鈦合金零件，批量越多越適合，缺點(diǎn)是無法熱處理，性能上會受到影響，對小批量產(chǎn)品根本不適合使用。因?yàn)槟阈枰圃炷＞撸＞叱杀景嘿F，如果制造數(shù)量少，簡直無法平攤模具成本，那單個(gè)成本就會很高。

比如1個(gè)模具100萬，你只制造100個(gè)零件這個(gè)模具就不用了，單個(gè)產(chǎn)品光模具費(fèi)就上萬了，但如果你制造10萬個(gè)零件，單個(gè)產(chǎn)品模具費(fèi)只要10塊錢，這樣成本優(yōu)勢就比較大了。

3D鈦合金打印適合需要熱處理且對性能要求更高的鈦合金零件，缺點(diǎn)這是目前成本最高制造生產(chǎn)方式，但制造小批量高性能且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品時(shí)，可能會比鑄造有一定優(yōu)勢。

如果使用鍛造加機(jī)械加工路線的話，首先高級軍工產(chǎn)品，需要極多次反復(fù)鍛造，出來只是鈦坯，最終如果是復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工，最終成材率也非常低，優(yōu)勢是可以進(jìn)行熱處理，對于結(jié)構(gòu)相對簡單鈦合金零件使用，這個(gè)技術(shù)加工成本已經(jīng)是最低的。但缺點(diǎn)是工時(shí)漫長工序多，不適合做復(fù)雜結(jié)構(gòu)原材料材料，而且損耗大。

可見，這一切最終會使原料方面就非常貴的鈦合金，到最終成品價(jià)格更是高昂了。原料成本50-60元一公斤，最終將鈦合金制造成零件的成本，根據(jù)零件形狀及性能要求，可能會增加5到300倍，遠(yuǎn)大于鋼鐵制品的成本增加。

當(dāng)然民品一般性能要求低，原料的5-15倍價(jià)格一般就能覆蓋，而軍工產(chǎn)品性能要求成本會更高。最貴的鈦合金零件是用在航空的，比如鈦鋁合金，是用在大型飛機(jī)發(fā)動機(jī)上，屬于特種高溫合金，這個(gè)是最貴的，具體價(jià)格就不透露了，但反正一臺發(fā)動機(jī)要數(shù)千萬美元，這玩意價(jià)格自行想象，另外一些超純鈦可以用在半導(dǎo)體上，純度小數(shù)點(diǎn)后面5-8個(gè)9，價(jià)格也非常昂貴了。

不過鈦合金最大優(yōu)點(diǎn)，是達(dá)到鋼鐵性能的力學(xué)性能前提下，重量可以減輕40%的左右，所以航天航空上用途比較多，以及具備遠(yuǎn)比鋼鐵強(qiáng)大耐腐蝕性能，因此在海軍是大量使用的，但一般會作為某種耐腐蝕材料或結(jié)構(gòu)減重材料使用的，其實(shí)我國一直仍然是沒有完全使用鈦合金的軍艦，畢竟需要平衡成本跟性能。

而且鈦合金雖然性能接近優(yōu)秀鋼鐵牌號的力學(xué)性能，但鋼鐵也分非常多種類，有些種類鋼鐵的某些性能是比鈦合金更強(qiáng)更便宜的，其次大多鈦合金高溫性能都不行，所以完全采用鈦合金并不是一個(gè)理性選擇。雖然也有耐高溫鈦合金，但一般使用在海軍鈦合金，也不會使用這種耐高溫鈦合金，因?yàn)閮r(jià)格非常昂貴，而且通常非常“脆”，加工難度比普通鈦合金還要復(fù)雜多倍，一般是只能用在航天跟航空上的。不過各國鈦合金牌號超過100種，但海軍常用的不會超過5種。

另外，包括坦克裝甲之類，常規(guī)鈦合金都不適合作為基材材料，但作為一個(gè)結(jié)構(gòu)性材料是合格的。這點(diǎn)很多已經(jīng)被應(yīng)用了，比如我國制造類似M777鈦合金火炮和制造AH4火炮就是一個(gè)結(jié)構(gòu)材料，主要使用就是鈦合金的火炮。

最后，得益于我國極端全面鈦合金產(chǎn)業(yè)鏈，我國事實(shí)上已經(jīng)完成原料，熔煉，鍛造，3D打印，真空鑄造，相關(guān)技術(shù)跟設(shè)備全面國產(chǎn)化。無論產(chǎn)能跟性能都足以媲美世界任何國家，特別產(chǎn)能優(yōu)勢極大，海綿鈦占世界70%，鈦材占50%以上，但就算如此，實(shí)際上國內(nèi)企業(yè)都都還沒滿功率生產(chǎn)，實(shí)際規(guī)劃的產(chǎn)能在全世界比例會達(dá)到80%，是這個(gè)領(lǐng)域統(tǒng)治性力量。

還有，我國每年使用海軍上的鈦合金，目前應(yīng)該也是世界上最大的，但就是我們沒跟蘇聯(lián)一樣，去制造純鈦合金的軍艦或潛艇而已，因?yàn)闆]啥意義，我們使用混合材料就能制造出跟全鈦合金材料性能相當(dāng)?shù)臇|西了，沒必要額外多花幾倍錢。

蘇聯(lián)當(dāng)初那樣搞鈦合金軍艦或者潛艇，是因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)體制下，很多東西他們是沒成本概念的，他們可以不計(jì)代價(jià)成本，為了少量成品性能，多花幾倍資金或者資源去得到他們想要的先進(jìn)性能，我們跟蘇聯(lián)不同是會考慮成本的，除非真是這種材料優(yōu)勢非常大，我們才會愿意多花很多錢上它。

如果單單為提高10%性能，額外多花幾倍錢這種事，蘇聯(lián)人愿意干，我們是不愿意干的。其次就是中國產(chǎn)業(yè)鏈非常全，往往可以通過不同材料復(fù)合使用達(dá)到減少成本效果，比如蘇聯(lián)鈦合金很強(qiáng)，但蘇聯(lián)碳釬維，陶瓷領(lǐng)域或其他材料領(lǐng)域技術(shù)不行，他們只能在自己領(lǐng)先領(lǐng)域不計(jì)代價(jià)成本拼命發(fā)揮，才能得到一個(gè)性能相對理想的效果，而我們就不同，一種材料路走不通就考慮另外一種材料，每種材料都走不通，就考慮復(fù)合使用不同材料，通過不同領(lǐng)域的材料搭配使用，花費(fèi)增加不多情況下，可以得到類似性能，這是蘇聯(lián)沒有的選項(xiàng)。

其實(shí)美國現(xiàn)在也沒有海綿鈦生產(chǎn)能力了，靠進(jìn)口日本跟烏克蘭海綿鈦然后自己加工，甚至加工能力都不是很充裕，俄羅斯烏克蘭戰(zhàn)爭前美國把大量鈦合金加工工作外包給俄羅斯，波音鈦合金零件之前很大比例是俄羅斯生產(chǎn)的。日本只有海綿鈦生產(chǎn)能力，但沒有加工能力，俄羅斯加工鍛造能力比較強(qiáng)，但機(jī)加能力弱，雖然我們機(jī)床不如頂級西方貨，但俄羅斯機(jī)床還不如我們國產(chǎn)的貨了。

另外，俄羅斯在3D打印跟真空鑄造也沒啥建樹，而前蘇聯(lián)最大海綿鈦企業(yè)在烏克蘭，大概占俄羅斯40%海綿鈦產(chǎn)量，所以原料上俄羅斯比較蛋疼，加工目前也蛋疼，因?yàn)楸恢撇煤蠖砹_斯鈦合金加工訂單減少一大半，去年俄羅斯鈦合金企業(yè)組團(tuán)到中國試圖拉業(yè)務(wù)，但顯然我們自己加工企業(yè)前業(yè)務(wù)都不滿，不可能分給俄羅斯的。何況俄羅斯有的加工能力，我們這邊都有，俄羅斯沒有的加工能力我們這邊也有，甚至歐洲基本都要進(jìn)口中國貨。

簡單來說，在鈦合金領(lǐng)域，我們一國可以吊打全世界，除非極個(gè)別特殊牌號鈦合金，我們還在突破，別的領(lǐng)域我們都是絕對優(yōu)勢，現(xiàn)在問題是我們產(chǎn)能爆發(fā)的太多了，內(nèi)卷造成全國鈦合金價(jià)格甚至大幅度下跌，造成企業(yè)利潤不好，未來技術(shù)存在問題或者從事低端鈦合金加工的小企業(yè)會甚至可能會出現(xiàn)加速倒閉。

目前市場上魚龍混雜，最差的材料是鈦屑錠，我國河北某地跟西北某地是國內(nèi)鈦合金廢料回收中心，他們經(jīng)過多年琢磨，搞出了各種奇奇怪怪的鈦合金廢料回收技術(shù)，最終搞出這種鈦屑加工的錠子。這種鈦屑鈦合金具備很強(qiáng)欺騙性，外觀看起來是鈦合金，光譜檢測也是鈦合金，化學(xué)成份也是鈦合金，但力學(xué)性能因?yàn)榛烊脒^多雜質(zhì)已經(jīng)廢掉了，一致性極差。

初期混跡市場因?yàn)闃O高成本優(yōu)勢，在極低端跟低端市場忽悠不少不懂的人，一般是賣給業(yè)外人士。我見過這種廢料材料，外觀看起來沒啥問題，但是你真拿這個(gè)東西去加工零件，你會發(fā)現(xiàn)加工出來，這玩意很大概率會自己碎掉，不存在任何力學(xué)性能。

當(dāng)然大家也別恐慌，這種材料一般是被奸商賣給化工廠做工業(yè)用途，化工廠因?yàn)槟透g需求，會一次購買幾噸甚至幾十噸這種鈦材料，因?yàn)檫@些材料都是很多年才換一次的，工廠采購對這個(gè)不太理解，有時(shí)為省錢，到處詢價(jià)最后就買市面上最便宜的鈦屑錠子，等到他們用這材料加工鍛造就會出問題，比如忽然斷裂或粉碎，但這時(shí)已經(jīng)找不到賣家了，而賣家每噸會有數(shù)萬暴利，不過近期這種事已經(jīng)少了，早幾年發(fā)生很多。

目前市面上加工成品的鈦產(chǎn)品，絕大部分不是這個(gè)東西，因?yàn)槿绻嫌袉栴}，這些產(chǎn)品在中間工序時(shí)，就會出現(xiàn)質(zhì)量問題，做不成成品就報(bào)廢了，去年到今年因?yàn)楹＞d鈦價(jià)格降低到有史以來最低值，使得鈦加工行業(yè)成本大大降低，目前假貨很少了。而且民用鈦合金大多使用是純鈦，因?yàn)榧冣伇容^軟容易加工，制造成本低，民用市場大多使用它為原料加工各種產(chǎn)品，缺點(diǎn)是性能強(qiáng)度遠(yuǎn)不如正經(jīng)鈦合金，用來做水杯，水壺，餐具，車架等民品，也有手機(jī)跟手表使用的。

還有一點(diǎn)跟一般人想象不同，鈦合金性能遠(yuǎn)比純鈦要好，純鈦價(jià)格會便宜的多，也可以說純鈦是鈦合金產(chǎn)品里最便宜，最沒技術(shù)含量的品種，比如最常用TC4鈦合金，含有6%鋁跟4%釩，一般人可能認(rèn)為加了鋁肯定成本比純鈦要低，但事實(shí)上這里面加了鋁跟釩都是成分超純的中間合金，雖然成份看起來不是很貴金屬，但實(shí)際每公斤價(jià)格比海綿鈦還要貴的多，跟一般人理解鋁不是一個(gè)東西，這些合金純度非常高，雜質(zhì)非常小，并且具備非常好的融合性，只有使用這些材料，才能保證鈦合金成份均勻，并性能達(dá)標(biāo)。

不同牌號的鈦合金，鈦合金成份跟力學(xué)性能時(shí)有嚴(yán)格數(shù)據(jù)要求的，極小合金含量的差異就會造成該鈦合金性能不合格，比如一些少見牌號鈦合金會加稀土，但稀土含量只有0.2%，這么小含量，還要保證成份均勻，熔煉難度是很大的，含量你高了是報(bào)廢品，低了也是報(bào)廢品，只有規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)才是合格品，因此沒有添加任何合金的純鈦熔煉難度是最低的，也是最不容易出問題的，但性能也因?yàn)槿狈χ虚g合金，晶體結(jié)構(gòu)無法發(fā)生改變，性能比正經(jīng)鈦合金差2-3倍。但民用產(chǎn)品一般不需要什么力學(xué)性能，所以民用倒不影響什么了。

• 接下來，我們再來看看全世界鈦產(chǎn)量。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的數(shù)據(jù)，2022年全球鈦鐵礦產(chǎn)量為890萬噸，金紅石產(chǎn)量為59萬噸。而據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鈦鋯鉿分會的數(shù)據(jù)，2020年中國鈦材產(chǎn)量達(dá)到近10萬噸，占全球鈦材產(chǎn)量50%以上。從理論來說，我們這個(gè)產(chǎn)量屬于集合全國之力一年的產(chǎn)量，當(dāng)然也是夠產(chǎn)一航母的。也就是說，我們真要鐵了心造一鈦合金航母，也不是不可以，畢竟航母從開工到下水怎么也得三五年的，作為全國超級重點(diǎn)工程，冶煉廠增產(chǎn)加上其他民用軍工都一起讓路，只要湊夠鈦合金材料數(shù)量也不是不可能的。但是，如前面所述，鈦合金的冶煉技術(shù)成本極其高昂并不合適的。

最后還有一點(diǎn)就是，真正導(dǎo)致鈦合金不能用來建造航母的原因是鈦合金的焊接性能太差了。畢竟航母在軍用領(lǐng)域是屬于高大型的，在所有焊接過程中，高溫下極其易氧化，還有吸氣性，一點(diǎn)點(diǎn)氧氣就給你顏色看，不是裂縫就是夾渣。非常難搞。現(xiàn)在船舶工藝對焊接的依賴又是不可替代的，那鈦合金的焊接更是特別難了。

你要說有沒有人干過類似的喪心病狂的事，其實(shí)還是有的。正如前面所說的，蘇聯(lián)當(dāng)年的鈦合金潛艇就是用鈦合金耐壓殼體。為了焊接這個(gè)巨大的構(gòu)件，蘇聯(lián)造了個(gè)最大的封閉罐子，焊接時(shí)在封閉罐子里充滿保護(hù)氣，焊接工人穿著類似宇航服衣服進(jìn)入罐子里工作，才能完成這么巨大的鈦合金焊接件。那么，想造鈦合金航母，就需要航母尺寸的密閉容器，在里頭充滿保護(hù)氣，再讓工人進(jìn)去焊接。這活誰能干？全球只有中國能干，但是我們不會做！