③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
性能
钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，纯的碘化钛杂质含量不**过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
强度高
钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，
仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金**过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
热强度高
使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的**物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好
钛合金在低温和**低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素较低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
化学活性大
钛的化学活性大，与大气中O、N、H
钛合金制品
、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
导热弹性小
钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。
分类
STAN钛制品
钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
α钛合金
它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性**纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。
β钛合金
它是β相固溶体组成的单相合金，
未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
α+β钛合金
合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。
钛合金在海洋工程上的应用现状及前景展望
㈠、引言
占地球表面积约71% 的海洋中蕴藏着丰富的资源， 开发海洋、利用海洋，让海洋成为我们巨大财富的源泉， 这已成为人们多年来努力的方向之一。但是，由于海水中含有大约3.5% 的含盐量，因此， 海水具有腐蚀性。此外， 海洋中的某些生物污染也加速了海水的腐蚀。
钛是一种物理性能优良、化学性能稳定的材料。钛及其合金强度高、比重小， 耐海水腐蚀和海洋气氛腐蚀， 可以很好地满足人们在海洋工程方面应用的要求。经过钛业界人士和海洋工程应用研究人员多年的努力， 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取得了广泛的应用。现在， 海洋工程用钛已成为钛民用应用的主要领域之一。
㈡、应用现状
2.1 海洋油气开发
石油是一个国家的经济命脉。据估计， 世界可开采的石油资源储量为3000亿吨， 其中海底石油储量约为1300 亿吨。海底石油的开发， 开始于20 世纪初。它的发展经历了从近海到远海、从浅海到深海的过程。受技术条件和材料发展的限制， 初只能开采从海岸直接向浅海延伸的石油、天然气矿藏。20 世纪80 年代以来， 在能源危机和技术进步的下， 近海石油勘探与开发飞速发展， 海洋石油开发*向大陆架挺进， 逐渐形成了崭新的近海石油工业部门。海上钻井平台是实施海底油气勘探和开采的工作基地， 它标志着海底油气开发技术的水平。海上石油开采设备主要包括采油平台和附属设备， 附属设备有冷却器、升油管、泵、阀、接头和夹具等。这些设备均与海水及中的硫化物、氨、氯等介质接触。由于钛在这些介质中具有优异的耐蚀性， 所以美国在上世纪70 年代初就在其油田中使用了钛制造的近海石油平台支柱， 同时用钛制造了列管式换热器和板式换热器。钛列管式换热器利用海水作为冷却介质， 把从油井里抽出的高温汽/ 油混合物冷却。钛板式换热器也是利用海水作为冷却介质， 把碳钢换热器内冷却的淡水冷却。美国在北海油田钻井平台上大约使用了100 个钛热交换器。位于英国苏格兰阿伯丁的亨廷油田服务公司订购的钛制部件据说是世界上个钛制高压立管式竖井， 用于美国大陆石油公司（Conoco） 挪威的Heidrum 工程项目中。
石油钛合金钛钻探管的使用寿命较长，其重量仅为不锈钢的一半， 而使用灵活性却是不锈钢的二倍， 使用寿命为钢的10 倍。这些优异的性能使得钛成为一种用于钻探难度较大的近圆形、且深度深的油井的材料。包含有钛钻探管的组合钻具可以较大地减少钻探时间、降低钻探总成本。美国的GrantPrideco 公司、RTI 能源系统公司及Torch 钻探服务公司在2000 年将钛钻探管用于工业应用。GrantPrideco 公司和RTI 能源系统公司共同生产和供应的钛钻探管还配有GrantPrideco 抗疲劳公司提供的钢工具接头。这种接头的重量轻、使用灵活性好，且可以使钛钻探管坚固结实。
海水管道系统是海底石油开采不可缺少的部分， 由于钛对海水具有很高的耐蚀性， 其使用寿命为钢系的10 倍，因此， 钛管系的成本与Cu-Ni 系统相比是合算的。美国活性金属公司与精密管技术公司合办了一个钛管技术公司， 生产一种大口径钛合金管。这种管子所使用的合金是Ti-3Al-2.5V 合金， 口径为650mm, 壁厚为22 ～ 25mm, 长度为350m, 一根管子重达80 ～ 90t, 计划用于海底石油开采。美国另一家公司利用长度为15m、外径为600mm、壁厚为25mm 的无缝钛合金管通过挤压方法制成了近500m 长的竖井管， 已经用于一个近海钻井平台。据称， 这种竖井管的重量可以减轻一半， 从而大大降低压载成本， 另外， 还具有很高的断裂韧性和较长的疲劳寿命。
据资料报道， 在美国北海油田开发项目中， 船上浮体装置和海底固定装置的用钛量比以前有所增加。24 台船上浮体装置和64 台海底固定装置对钛材的需求量为： 安全保护装置50 ～ 100t,连接装置50 ～ 100t, 通用升降设备400 ～ 1000t, 钻杆1400 ～ 4200t。海上石油开采平台生物污染引起的结构件腐蚀是相当严重的， 美国一家公司在开采平台上使用了钛管制成的长套管， 对平台上的部位进行保护。
在过去几年里， 钛合金部件在石油钻探和海滨生产作业中的应用明显增加。钛合金部件使得石油钻探可以进入更深的水域和更深的油井， 包括更高的温度和腐蚀严重（ 即多盐） 的生产环境。
对于这类应用， 从综合性能来考虑，TC4 钛棒（Ti-6Al-4V） 基合金是适用的， 且成本。海水管道系统是海底石油开采不可缺少的部分， 由于钛对海水具有很高的耐蚀性， 其使用寿命为钢系的10 倍， 因此， 钛管系的成本与Cu-Ni 系统相比是合算的。美国活性金属公司与精密管技术公司合办了一个钛管技术公司， 生产一种大口径钛合金管。这种管子所使用的合金是TA18（Ti-3Al-2.5V） 合金， 口径为650mm, 壁厚为22 ～ 25mm, 长度为350m, 一根管子重达80 ～ 90t, 计划用于海底石油开采。美国另一家公司利用长度为15m、外径为600mm、壁厚为25mm 的无缝钛合金管通过挤压方法制成了近500m 长的竖井管， 已经用于一个近海钻井平台。据称， 这种竖井管的重量可以减轻一半， 从而大大降低压载成本， 另外， 还具有很高的断裂韧性和较长的疲劳寿命。
实践证明，Ti-6Al-4V（Gr.5_TC4） 合金是钻井管的材料， 作为钻井应用，屈服强度和疲劳强度是重要的， 因此，两种特别低间隙元素的Gr.5 合金适用于比较关键的动态提升装置。当使用温度**过75 ～ 80℃时， 为了防止缝隙腐蚀或应力腐蚀， 使用含钌的Gr29 合金。
常用的部件包括海滨钻井提升装置、钻探管、锥形应力接头（TSJ） 和钛/ 钢混合提升装置。
钛泵、阀、接头、紧固件、夹具和零配件等小型钛部件在石油开采平台上已经广泛使用。国外海上石油勘探测井仪器外壳上也大量使用了钛合金。
2.2 海港建筑
钛材表面有一层厚度不**过10nm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， 是目前能适应各种海洋环境的原材料。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较少， 无毒性， 不必担心污染环境等优点。日本还建造了一个**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**场、港湾物流基地、体育设施等等。
2.3 沿海发电站
海水的综合利用是海洋工程中的重要项目之一， 沿海发电站凝汽器是利用海水量较大的设备。沿海电站用钛主要是凝汽器用钛。由于冷凝器是用海水做冷却水的， 而海水中含有大量的泥砂、悬浮物质、海生物和各种腐蚀性物质，在海水与河水交替变化的淡盐水中的情况更为严重。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。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**。
2.4 海水淡化装置
“水是生命之源”。目前， 水资源缺乏成为困扰全
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、和高速飞机的结构件。
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