鈦合金性能這么強悍，為什么不拿來造鈦合金航母？

• 在軍工史上，具備輕質、高強和耐腐的鈦合金，一度被稱作“深海王者”。冷戰時期，蘇聯曾憑借鈦合金技術制造出下潛超千米核潛艇，其航速至今無人能超越。但因為成本和可靠性等問題，正在逐漸被淘汰。

不過，尤其值得關注的是，鈦合金的輝煌一直仍只是局限于潛艇領域，從未涉足航母建造。當下，鈦合金在航母上的應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？我通過一個從事軍用鈦合金業務的人做了個深度了解，給大家做個詳細闡述。

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

其次，鈦合金其實并不是原料昂貴，最大問題是加工困難或者說加工成本高，比如加工工時高，加工設備貴，材料損耗大，人員素質要求高等。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生大變化。

因此，它無法使用常規冶煉方法，高級軍用產品甚至電極焊接都只能采用真空焊箱進行焊接避免污染，熔煉時只能采用真空熔煉技術，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，這樣使得熔煉設備成本跟熔煉時間比常規鋼鐵高出多倍。

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于一個大鐵塊，之后要加工成零件的話，還要經過多次鍛造（熱處理）以及最終機加才能成品。當然也可以使用3D打印或真空鑄造技術，但這些技術成本只會更加昂貴，比如3D打印每公斤鈦合金加工成本數千元左右，真空鑄造技術每公斤成本一般在數百到數千元一公斤。

其實真空鑄造技術是適合不需要熱處理的，結構復雜有空腔結構的鈦合金零件，批量越多越適合，缺點是無法熱處理，性能上會受到影響，對小批量產品根本不適合使用。因為你需要制造模具，模具成本昂貴，如果制造數量少，簡直無法平攤模具成本，那單個成本就會很高。

比如1個模具100萬，你只制造100個零件這個模具就不用了，單個產品光模具費就上萬了，但如果你制造10萬個零件，單個產品模具費只要10塊錢，這樣成本優勢就比較大了。

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，缺點這是目前成本最高制造生產方式，但制造小批量高性能且結構復雜的產品時，可能會比鑄造有一定優勢。

如果使用鍛造加機械加工路線的話，首先高級軍工產品，需要極多次反復鍛造，出來只是鈦坯，最終如果是復雜結構加工，最終成材率也非常低，優勢是可以進行熱處理，對于結構相對簡單鈦合金零件使用，這個技術加工成本已經是最低的。但缺點是工時漫長工序多，不適合做復雜結構原材料材料，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，根據零件形狀及性能要求，可能會增加5到300倍，遠大于鋼鐵制品的成本增加。

當然民品一般性能要求低，原料的5-15倍價格一般就能覆蓋，而軍工產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，是用在大型飛機發動機上，屬于特種高溫合金，這個是最貴的，具體價格就不透露了，但反正一臺發動機要數千萬美元，這玩意價格自行想象，另外一些超純鈦可以用在半導體上，純度小數點后面5-8個9，價格也非常昂貴了。

不過鈦合金最大優點，是達到鋼鐵性能的力學性能前提下，重量可以減輕40%的左右，所以航天航空上用途比較多，以及具備遠比鋼鐵強大耐腐蝕性能，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構減重材料使用的，其實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秀鋼鐵牌號的力學性能，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，因為價格非常昂貴，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，常規鈦合金都不適合作為基材材料，但作為一個結構性材料是合格的。這點很多已經被應用了，比如我國制造類似M777鈦合金火炮和制造AH4火炮就是一個結構材料，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業鏈，我國事實上已經完成原料，熔煉，鍛造，3D打印，真空鑄造，相關技術跟設備全面國產化。無論產能跟性能都足以媲美世界任何國家，特別產能優勢極大，海綿鈦占世界70%，鈦材占50%以上，但就算如此，實際上國內企業都都還沒滿功率生產，實際規劃的產能在全世界比例會達到80%，是這個領域統治性力量。

還有，我國每年使用海軍上的鈦合金，目前應該也是世界上最大的，但就是我們沒跟蘇聯一樣，去制造純鈦合金的軍艦或潛艇而已，因為沒啥意義，我們使用混合材料就能制造出跟全鈦合金材料性能相當的東西了，沒必要額外多花幾倍錢。

蘇聯當初那樣搞鈦合金軍艦或者潛艇，是因為在當時體制下，很多東西他們是沒成本概念的，他們可以不計代價成本，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性能，我們跟蘇聯不同是會考慮成本的，除非真是這種材料優勢非常大，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，蘇聯人愿意干，我們是不愿意干的。其次就是中國產業鏈非常全，往往可以通過不同材料復合使用達到減少成本效果，比如蘇聯鈦合金很強，但蘇聯碳釬維，陶瓷領域或其他材料領域技術不行，他們只能在自己領先領域不計代價成本拼命發揮，才能得到一個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，就考慮復合使用不同材料，通過不同領域的材料搭配使用，花費增加不多情況下，可以得到類似性能，這是蘇聯沒有的選項。

其實美國現在也沒有海綿鈦生產能力了，靠進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的。日本只有海綿鈦生產能力，但沒有加工能力，俄羅斯加工鍛造能力比較強，但機加能力弱，雖然我們機床不如頂級西方貨，但俄羅斯機床還不如我們國產的貨了。

另外，俄羅斯在3D打印跟真空鑄造也沒啥建樹，而前蘇聯最大海綿鈦企業在烏克蘭，大概占俄羅斯40%海綿鈦產量，所以原料上俄羅斯比較蛋疼，加工目前也蛋疼，因為被制裁后俄羅斯鈦合金加工訂單減少一大半，去年俄羅斯鈦合金企業組團到中國試圖拉業務，但顯然我們自己加工企業前業務都不滿，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口中國貨。

簡單來說，在鈦合金領域，我們一國可以吊打全世界，除非極個別特殊牌號鈦合金，我們還在突破，別的領域我們都是絕對優勢，現在問題是我們產能爆發的太多了，內卷造成全國鈦合金價格甚至大幅度下跌，造成企業利潤不好，未來技術存在問題或者從事低端鈦合金加工的小企業會甚至可能會出現加速倒閉。

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鈦合金廢料回收中心，他們經過多年琢磨，搞出了各種奇奇怪怪的鈦合金廢料回收技術，最終搞出這種鈦屑加工的錠子。這種鈦屑鈦合金具備很強欺騙性，外觀看起來是鈦合金，光譜檢測也是鈦合金，化學成份也是鈦合金，但力學性能因為混入過多雜質已經廢掉了，一致性極差。

初期混跡市場因為極高成本優勢，在極低端跟低端市場忽悠不少不懂的人，一般是賣給業外人士。我見過這種廢料材料，外觀看起來沒啥問題，但是你真拿這個東西去加工零件，你會發現加工出來，這玩意很大概率會自己碎掉，不存在任何力學性能。

當然大家也別恐慌，這種材料一般是被奸商賣給化工廠做工業用途，化工廠因為耐腐蝕需求，會一次購買幾噸甚至幾十噸這種鈦材料，因為這些材料都是很多年才換一次的，工廠采購對這個不太理解，有時為省錢，到處詢價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，但這時已經找不到賣家了，而賣家每噸會有數萬暴利，不過近期這種事已經少了，早幾年發生很多。

目前市面上加工成品的鈦產品，絕大部分不是這個東西，因為如果原料有問題，這些產品在中間工序時，就會出現質量問題，做不成成品就報廢了，去年到今年因為海綿鈦價格降低到有史以來最低值，使得鈦加工行業成本大大降低，目前假貨很少了。而且民用鈦合金大多使用是純鈦，因為純鈦比較軟容易加工，制造成本低，民用市場大多使用它為原料加工各種產品，缺點是性能強度遠不如正經鈦合金，用來做水杯，水壺，餐具，車架等民品，也有手機跟手表使用的。

還有一點跟一般人想象不同，鈦合金性能遠比純鈦要好，純鈦價格會便宜的多，也可以說純鈦是鈦合金產品里最便宜，最沒技術含量的品種，比如最常用TC4鈦合金，含有6%鋁跟4%釩，一般人可能認為加了鋁肯定成本比純鈦要低，但事實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，但實際每公斤價格比海綿鈦還要貴的多，跟一般人理解鋁不是一個東西，這些合金純度非常高，雜質非常小，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，并性能達標。

不同牌號的鈦合金，鈦合金成份跟力學性能時有嚴格數據要求的，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，含量你高了是報廢品，低了也是報廢品，只有規定數值范圍內才是合格品，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，但性能也因為缺乏中間合金，晶體結構無法發生改變，性能比正經鈦合金差2-3倍。但民用產品一般不需要什么力學性能，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量。根據美國地質調查局（USGS）的數據，2022年全球鈦鐵礦產量為890萬噸，金紅石產量為59萬噸。而據中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會的數據，2020年中國鈦材產量達到近10萬噸，占全球鈦材產量50%以上。從理論來說，我們這個產量屬于集合全國之力一年的產量，當然也是夠產一航母的。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，作為全國超級重點工程，冶煉廠增產加上其他民用軍工都一起讓路，只要湊夠鈦合金材料數量也不是不可能的。但是，如前面所述，鈦合金的冶煉技術成本極其高昂并不合適的。

最后還有一點就是，真正導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，一點點氧氣就給你顏色看，不是裂縫就是夾渣。非常難搞。現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，其實還是有的。正如前面所說的，蘇聯當年的鈦合金潛艇就是用鈦合金耐壓殼體。為了焊接這個巨大的構件，蘇聯造了個最大的封閉罐子，焊接時在封閉罐子里充滿保護氣，焊接工人穿著類似宇航服衣服進入罐子里工作，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，在里頭充滿保護氣，再讓工人進去焊接。這活誰能干？全球只有中國能干，但是我們不會做！