美國(guó)的“艾文”號(hào)

深海潛水調(diào)查船

美國(guó)海軍的“艾文（Aivin）”號(hào)深海潛水調(diào)查船1965年7月下水，其壓力殼體采用34mm高強(qiáng)鋼Hy-100板制造，而高壓容器和構(gòu)架則是鋁合金的，可潛深度1830m，它是一條用母船搭載的高性能自潛水調(diào)查船，載于專用專援母船“盧勒”（Lulu）號(hào)上。“艾文”號(hào)調(diào)查船還配備有4個(gè)鈦合金浮力球，1968年，“艾文”號(hào)因事故沉沒(méi)后，1969年-1973年，用Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mn鈦合金重造了“艾文”號(hào)，殼體改用近α型4.9mm鈦合金板制造，外徑2.1m。球形殼體由兩個(gè)熱壓半球氬弧焊接而成。浮力球Ti-6Al-4V ELI合金制造，外徑610mm，壁厚10mm，外部構(gòu)架為工業(yè)純鈦型材氬弧焊的，還用了一些Ti-3Al-2.5V合金無(wú)縫管。“艾文”號(hào)潛水深度由過(guò)去的1830m上升到3600m。1982年，美國(guó)把上世紀(jì)60年代造的2000m級(jí)的“海崖”號(hào)（Seacliff）改造為6100m深潛器，其耐壓殼體也是用Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mn鈦合金打造的。

日本“Shinkai 2000”號(hào)調(diào)查船

日本“Shinkai 2000”號(hào)深潛船屬日本科學(xué)技術(shù)廳，交海洋科學(xué)技術(shù)中心使用，三菱重工業(yè)公司神戶造船廠建造，1981年下水，用于海洋資源調(diào)查和科學(xué)考察，是一條由母船“夏島”號(hào)搭載的自潛式調(diào)查船，可下潛2000m。在直徑2.2m的球形耐壓艙內(nèi)，可乘坐正副操控員各1名，觀察者1名。耐壓艙前方裝有進(jìn)行精細(xì)觀察和取樣的窺視孔、水中投光器、水中電視攝相機(jī)、機(jī)械手、取樣容器等。一次標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查時(shí)間為8h，因?yàn)榕搩?nèi)的空氣凈化等維持生命的裝置僅能提供8h。潛航動(dòng)力來(lái)自高能量密度的Ag-Zn二次電池。該船裝于母船上，而且小巧輕量化，以達(dá)到機(jī)動(dòng)靈活。日本還制造了10000m級(jí)無(wú)人深海調(diào)查船。

法國(guó)國(guó)家海洋開(kāi)發(fā)中心研制的6000m級(jí)深水調(diào)查船“SM97”號(hào)的耐壓殼體也是用Ti-6AI-4V ELI合金制造的。

中國(guó)“奮斗者”號(hào)

勇闖深海10909m

建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)是中華民族的偉大夢(mèng)想，也是廣大科技人員孜孜以求終生的奮斗目標(biāo)，一代代科技人員風(fēng)雨兼程，砥礪前行，以滿腔熱情奉獻(xiàn)聰明才智與心血，寫(xiě)就了一篇又一篇攀登科技高峰的動(dòng)人篇章。“奮斗者”號(hào)勇闖太平洋西北部的馬里亞納海溝，于2020年11月10日8時(shí)12分下潛10909m到達(dá)底部，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入萬(wàn)米洋底的世界壯舉，圓滿完成了“奮斗者”號(hào)萬(wàn)米級(jí)載人深潛試驗(yàn)。

“奮斗者”號(hào)是萬(wàn)米級(jí)全海深載人潛水器，不僅要實(shí)現(xiàn)全海深進(jìn)入，還要成為重要的科考平臺(tái)，可乘載3人，是“十三五”期間的國(guó)之重器，必須在2020年完成，載人艙是全鈦合金的，鈦合金由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬研究所（以下簡(jiǎn)稱“金屬所”）研發(fā)，艙的設(shè)計(jì)與制造由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中國(guó)船舶集團(tuán)第725研究所（以下簡(jiǎn)稱“725所”）負(fù)責(zé)，鈦合金材料生產(chǎn)由金屬所牽頭，同寶鈦集團(tuán)股份有限公司、725所聯(lián)合攻關(guān)。各單位突破自我、精誠(chéng)合作，按時(shí)、保質(zhì)、保量完成了任務(wù)，在鈦合金錠質(zhì)量、板材寬度與厚度等技術(shù)指標(biāo)均打破國(guó)內(nèi)紀(jì)錄，電子束焊接技術(shù)世界領(lǐng)先，并研發(fā)出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Ti62A合金。

Ti62A合金在華夏大地面世

“奮斗者”號(hào)載人艙搭載3人，下潛萬(wàn)米，需要承受110MPa的水壓，相當(dāng)于2000頭大象同時(shí)踩在一個(gè)成年人背上，因此，研發(fā)能承受這么大壓力的鈦合金絕非易事，而且，中國(guó)的一些鈦合金研究單位及金屬所鈦合金研究部的工作多集中在航空航天領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有涉及海洋工程，這項(xiàng)工作“前無(wú)古人”。國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)也少，僅美國(guó)的雙人鈦合金艙下潛過(guò)萬(wàn)米。3人艙比2人艙大，對(duì)材料性能要求也更高。近30年來(lái)，世界上幾乎全部深潛器載人艙都是用Ti-6AI-4V合金制造的，它有中等強(qiáng)度和高的韌性，是一種很成熟的鈦合金。但金屬所楊銳團(tuán)隊(duì)通過(guò)多方計(jì)算的結(jié)論是，對(duì)建造承受萬(wàn)米深度海水壓力的3人球艙來(lái)說(shuō)，Ti-6Al-4V合金的強(qiáng)度是不夠的，于是他們放棄了Ti-6Al-4V合金，轉(zhuǎn)而研發(fā)韌性與Ti-6Al-4V合金相當(dāng)?shù)?/span>Ti 62222合金，這是一個(gè)美國(guó)合金，成型于上世紀(jì)80年代，但由于存在一些難以克服的缺陷，便不再使用了。金屬所曾對(duì)此合金做過(guò)15年的研究，對(duì)它的方方面面了如指掌，于是，研究團(tuán)隊(duì)在Ti 62222合金基礎(chǔ)上，淘汰了合金原有的1-2個(gè)合金化元素，換上了新的合金化元素，從而，中國(guó)原創(chuàng)的Ti62A合金誕生了。

通常，合金的強(qiáng)度與韌性是冤家對(duì)頭，呈倒置關(guān)系，要研發(fā)一種既有高的強(qiáng)度又有不錯(cuò)韌性的合金絕非易事，可是，楊銳團(tuán)隊(duì)研發(fā)的Ti62A就是這樣的一個(gè)兩全其美的鈦合金，中國(guó)原創(chuàng)的新型鈦合金在金屬所誕生了。“奮斗者”號(hào)可在太平洋最深處馬里亞納海溝自由行動(dòng)、采樣與調(diào)查，中國(guó)的又一個(gè)世界第一將永載世界海洋開(kāi)發(fā)史冊(cè)。

Ti62A合金的韌性和可焊性與Ti-6AI-4V合金的相當(dāng)，強(qiáng)度提高20%。Ti62A合金最大厚度寬幅板材的顯微組織呈復(fù)合片層狀，這是中國(guó)首創(chuàng)，這種顯微組織的制備是團(tuán)隊(duì)中的馬英杰研究員實(shí)現(xiàn)的，正是因?yàn)?/span>Ti62A合金寬厚板有了這種顯微組織，用它焊接的3人承裁“奮斗者”號(hào)殼體才有了如下的性能：與傳統(tǒng)組織的材料相比，強(qiáng)度提高5%，塑性提高15%，斷裂韌性提高10%，裂紋擴(kuò)展速率卻只有傳統(tǒng)顯微組織材料的1/5-1/2，下降的幅度十分驚人。

2020年11月28日，完成萬(wàn)米下潛突破的“奮斗者”號(hào)返航，證明了金屬所研發(fā)的Ti62A鈦合金的優(yōu)越性。