海洋装备、舰船用铝合金材料己经成为未来轻量化的重要方向

　　目前，普遍使用的钢制钻杆在水平井、高腐蚀介质井、超深井等施工中经常遇到钻杆摩擦热裂、氢脆、应力腐蚀断裂、钻井速度和效率降低、大钩负载过大等问题。上述问题均是由合金钢材料本身的理化特性所决定，如要从根本上提高钻杆的性能，就必须改进钻杆管体的原材料。

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　　摄影：李影

　　1、提高钻深能力

　　铝合金钻杆的密度大约是钢质钻杆的1/3，铝合金钻杆强度与质量之比是钢质钻杆的1.5～2.0倍，在钻机能力一定的情况下，应用铝合金钻杆能够达到钢质钻杆无法达到的井深。

　　2、耐腐蚀性好

　　铝及其合金元素化学特性比较活跃，当其与氧反应后会在表面形成稳定的氧化膜，阻止其与周围环境进一步反应。铝合金钻杆在饱和CO2溶液里长期侵泡也不腐蚀。经过实际使用，铝合金钻杆在任何温度下都可有效防止H2S和CO2腐蚀。

　　铝合金钻杆分为钢接头和铝合金接头2种。虽然铝合金钻杆钢接头不具有抗H2S和CO2的能力，但钻杆的薄弱环节在管体，接头一般不容易发生H2S应力腐蚀断裂。另外，钢接头与铝合金管体接触，后者对它会起到阴极保护的作用，因此，铝合金钻杆钢接头的腐蚀速率低。

　　新材料研发方向：

　　1.高强、可焊、耐蚀、优良加工性能的海洋工程用铝合金材料；

　　2.先进铝质船的焊接技术及高端焊接材料；

　　3.高性能的牺牲阳极材料；

　　4.海水淡化用铝换热管；

　　5.OTEc热交换器铝合金；

　　6.LNG球罐铝合金；

　　铝合金用于造船业已有近百年的历史。随着国内外造船业的高速发展，船舶的轻量化正日益被重视。由于铝的密度低，强度高，耐腐蚀性强，十分适合海洋的恶劣使用环境。铝的加工成本较低，因而使用铝材制造船舶更具有经济性。从船舶设计者的角度来看，使用铝合金制造的船舶在同等动力条件下能有更快的速度，并且还具有更长的使用寿命。因而船舶用铝合金在近年来技术突飞猛进，并为大量铝材提供了广阔的市场。

　　船舶用铝合金以铝-镁系合金、铝-镁-硅系合金和铝-锌-镁系合金为主，依据所用的位置，分为上层舾装用铝合金、船体结构用铝合金，其中栖装包括桅杆、舷窗、烟筒、操舵室等，船体结构包括隔壁、肋板、龙骨、船底外板以及船侧等。船舶上层结构中舷窗常用的铝合金型材为6063铝合金，桅杆、舷梯常使用6063与6061铝合金型材。另外，壁板使用挤压成型的铝-镁合金，可防止焊接中变形的同时，确保应力分布更加合理。船体结构中铝-镁系合金应用率较高，其中5454、5052铝合金是制造甲板的主要材料。

　　铝及铝合金上的氧化膜对其电极电位影响很大，4N铝在5.3%NaCl+0.3%H2O2溶液中对甘汞电极的电位为－0.87＋0.0lV，凡是对氧化膜有影响的因素都对电位有影响。因此，氧化膜对铝及铝合金的抗蚀性有着决定性的意义：凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度、提高氧化膜绝缘性能的因素都有助抗蚀性的提高。为此，在海洋环境中应用的一切铝材都必须经过适当的表面处理。

　　铝及铝合金在海水中的抗蚀性按递降次序排列如下：铝－镁合金(5xxx系)、铝(1xxx系)、铝－锰合金(3xxx系)、铝－镁－硅合金(6xxx系)、铝－锌－镁合金(7xxx系)、铝－硅合金(4xxx系)、铝－锌－铜－镁合金(7xxx系)、铝－铜-镁合金(2xxx系)及铝－铜合金(2xxx系)。因此，在选择海洋结构材料时，应首选5xxx系合金，同时，合金的镁含量宜≤5%,以便有良好的成形性能。

　　目前，铝合金主要应用在小型、轻量、高速船艇等船型，如穿浪双体船、高速巡逻艇、军辅船、公务船等。“铝材是快速渡船、水翼艇、渔船、工作艇、高速汽车渡船等高速船舶设计者的首选材料。”“全铝制快速船舶例如穿浪型双体船、水翼艇以及多体船的速度已经达到35～50节，这大大改变了水路运输的状况，其航行时间和传统的船舶相比节省了一半。为了提升船舶的续航能力和航行速度，未来都将更多采用铝材造船。”从环保方面来看，湖泊、内河等水域的船舶目前面临因柴油泄漏导致的环保压力逐渐增大，其船舶动力发展趋势是电动逐渐代替柴油动力，因此湖泊、内河等水域的船舶轻量化需求将逐渐上升；在军用舰船方面，军用舰船使用铝合金既可以减轻船体重量，又能达到降低重心、提高舰船航行稳定性的目的。