中新網(wǎng)沈陽(yáng)11月28日電 (沈殿成)“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器成功完成萬(wàn)米海試并于11月28日勝利返航。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所鈦合金團(tuán)隊(duì)采用自主發(fā)明的Ti62A鈦合金新材料，為“奮斗者”號(hào)建造了世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。
載人艙是全海深載人潛水器的核心關(guān)鍵部件，是人類進(jìn)入萬(wàn)米深海的硬件保障和安全屏障，標(biāo)志一個(gè)國(guó)家載人潛水器的技術(shù)水平。此前世界上最先進(jìn)的全海深潛水器是美國(guó)2019年5月完成萬(wàn)米下潛的“極限因子”，其載人艙可搭載2人。
在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)支持下，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所2014年開(kāi)始針對(duì)全海深載人潛水器用載人艙材料與制造等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)調(diào)研論證和預(yù)先研究。2016年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃立項(xiàng)后，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所牽頭，聯(lián)合寶鈦股份有限公司、中國(guó)船舶集團(tuán)公司洛陽(yáng)船舶材料研究所、中航工業(yè)制造技術(shù)研究院和中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，發(fā)揮各家單位技術(shù)優(yōu)勢(shì)，組建全海深鈦合金載人艙研制“國(guó)家隊(duì)”，歷時(shí)3年全面完成了研制工作，成功建造世界最大、可搭載3人的全海深載人艙。
研制團(tuán)隊(duì)解決了若干鈦合金基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
首先，金屬所獨(dú)創(chuàng)的新型鈦合金材料Ti62A成功解決了載人艙材料所面臨的強(qiáng)度、韌性和可焊性等難題。以往深潛器主要使用Ti64材料，在萬(wàn)米海深的極端壓力條件下，按照載人艙的目標(biāo)尺寸和厚度要求，這種材料在強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)上已不可能達(dá)到。金屬所首次提出一種新型的合金設(shè)計(jì)方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種全新的鈦合金顯微結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了具有良好熱加工成形和焊接成形性能的鈦合金Ti62A，在韌性和可焊性與Ti64合金相當(dāng)?shù)那疤嵯麓蠓忍嵘藦?qiáng)度，從而成功解決了載人艙球殼的材料難題。
其次，解決了大尺寸超厚鈦合金材料成形的均勻性和力學(xué)性能穩(wěn)定性難題。鈦合金材料存在固有的“尺寸效應(yīng)”，即尺寸和厚度越大，其均勻性和力學(xué)性能穩(wěn)定越難以保證。這是其應(yīng)用于深海極端高壓環(huán)境必須跨越的障礙。金屬所通過(guò)設(shè)計(jì)材料微觀組織及其獲取工藝，成功克服了鈦合金的“尺寸效應(yīng)”，為實(shí)現(xiàn)載人球艙材料微觀組織均勻和力學(xué)性能穩(wěn)定奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。寶鈦股份全力以赴，將設(shè)備能力發(fā)揮到極致，制備出高品質(zhì)鑄錠、高質(zhì)量板材和高精度半球，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)鈦合金鑄錠重量、板材厚度和鍛件截面尺寸等多項(xiàng)紀(jì)錄。
第三，突破了高強(qiáng)高韌鈦合金的焊接技術(shù)，保證了焊縫的韌性及其它相關(guān)指標(biāo)達(dá)到要求。載人球艙由兩個(gè)半球焊接(赤道縫)而成，幾個(gè)窗口和接口(孔座)也必須通過(guò)焊接完成。保證焊縫位置的韌性滿足要求是焊接技術(shù)面臨的世界性難題，實(shí)現(xiàn)超大尺寸與厚度材料的全電子束一次焊接，更是橫在任務(wù)面前一道難以逾越的障礙。金屬所獨(dú)辟蹊徑，提出了一些新的焊接思路。洛陽(yáng)船舶材料所勇于創(chuàng)新，突破了一系列焊接成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)載人球艙全電子束焊接，確保了焊縫質(zhì)量和強(qiáng)韌性能全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
全海深載人艙研制極大帶動(dòng)了我國(guó)鈦合金工業(yè)能力提升和裝備制造技術(shù)進(jìn)步。高強(qiáng)高韌鈦合金鑄錠尺寸、板材幅寬與厚度、鈦合金半球厚度、鍛件截面與單重、鈦合金電子束焊縫厚度等技術(shù)指標(biāo)均打破國(guó)內(nèi)原有紀(jì)錄，逼近設(shè)備的極限能力。超大厚度高強(qiáng)鈦合金電子束焊接和熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)跨越，這些制造能力的轉(zhuǎn)化與推廣將顯著提升我國(guó)艦船、海洋工程和石油化工領(lǐng)域的鈦合金應(yīng)用水平。這些新技術(shù)可推廣應(yīng)用于其它鈦合金，促進(jìn)鈦合金的更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，加快行業(yè)邁向產(chǎn)業(yè)鏈高端的步伐。僅2018-2019年，寶鈦股份有限公司超厚板材、大截面大單重鍛件、耐壓結(jié)構(gòu)裝備等銷售金額超過(guò)了1.5億元。 (完)