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铜和铜合金在舰船和海洋工程中的应用

   铜及其合金具有优良的导电、导热和耐腐蚀性能,又具有良好的机械性能、和加工成形性,它们还能被循环利用,所以被广泛地应用于人类的生产和生活各个领域。它们是人类最早使用的金属材料之一,距今已有近五千年的历史。随着时代进步,科学技术的发展,铜及合金应用更为广泛,涉及电子、电力、汽车、舰船、交通、通讯、家电、建筑、冶金、人类生活等。根据国际铜业协会的统计,各部门使用的铜材的比例如图1所示,而铜加工材各消费品种比例如图2所示。但归纳各部门的用途,主要集中在制作导电和热交换两大方面的部件。

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  图1各部门使用的铜材的比例
 
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  图2铜加工材各消费品种比例
 
  舰船和海洋工程中所用的关键部件,需要具备优良的耐海水腐蚀性能,而铜及铜合金恰恰具有优良的耐海水腐蚀性和防海生物生长和附着性能,加之铜合金还具有其他优良的综合性能,使它们成为这类工程中不可或缺、甚至不可替代的材料。
 
  舰船和海洋运输船使用铜及铜合金制备的主要部件有船的壳体、各类导线、海水管路和阀门、热交换器、冷凝器、加热器、螺旋桨等,表1-1列出了主要用途。铜材用量相当于钢材用量的3-5%.热交换管在造船工业中用量最多,我国每年的需求量约为6万吨,到2020年我国有望成为世界造船强国,届时铜合金用材将稳步攀升。
 
  表1舰船重要用铜部位举例
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  在海洋工程里,主要有海水淡化、海盐生产、海上石油开采、滨海电站等。在多级闪蒸海水淡化装置中,铜合金冷凝管是关键材料。近十年随着海水淡化装置增多,铜管需求量大幅增加,据估计2010年至2020年的十年中,需求总量在8万吨左右。但是,目前我国船用换热器、冷凝器、螺旋桨等铜合金部件制造业还有待改进,国产的船用铜合金部件与国外知名厂家的产品相比质量水平偏低,耐蚀性稍差,使用寿命偏短。它们一旦腐蚀破坏,就会影响设备的正常运行,从而导致船舶在航率降低和运营成本上升,甚至威胁整船的安全。近年来在一些电厂也发生过铜镍合金管的腐蚀泄露事故,造成重大经济损失。在电厂,一旦发生铜管泄露和腐蚀,往往采用停机更换铜镍管的方法,这一方面因更换铜管材料造成一定的直接经济损失,而停机造成的发电损失将更为巨大,由于突然停机甚至可能造成电网瘫痪,对社会造成巨大影响。
 
  为把我国从铜加工大国提升为加工强国,满足我国造船和海洋工程建设需要,我国已把铜加工材料纳入了国家创新、国家安全工程的关键材料,启动的17个重大专项中有9项涉及铜加工材料,“有色金属工业十二五规划”重点科研项目中有6项关于铜加工材料,其中一项专门针对耐蚀铜合金,另有一项针对耐磨铜合金。