目前海洋裝備結構以鋼、鈦等金屬材料為主，并以鋼的應用最早。以載人深潛耐壓殼體為例，20 世紀 60 年代，美國研制的 Sea Cliff 和 Alvin 潛水器的載人殼體均采用鋼建造。隨著潛水器下潛深度增加導致海水壓力增大，以及長期服役導致累積海水腐蝕的破壞作用增大，鋼的比強度（強度/密度的比值）和耐腐蝕性能逐漸不適應結構設計的要求。

鈦及鈦合金具有較高的比強度和優異的耐腐蝕性能，被稱為“海洋金屬”，是海洋工程制造領域理想的結構材料。美國 Sea Cliff 和Alvin 潛水器的載人艙體在后期被逐步替換為鈦合金。目前國際上主流載人潛水器載人艙基本采用 800 MPa 強度級別的 Ti-6Al-4V 鈦合金，包括我國在“十一五”“十二五”期間研制的“蛟龍”號和“深海勇士”號載人潛水器。

與航空、航天對結構減重的要求一致，深海裝備的結構減重效益明顯，減重后可增大海洋探測裝備的航行敏捷度、減少浮力材料用量、降低能源消耗、提升裝備作業周期。

結構減重設計要求采用更高強度鈦合金，然而結構材料普遍存在強度-韌性“倒置”現象，提升強度后往往導致韌性降低，引發脆性斷裂并降低結構的可靠性及服役壽命，因此兼具高強度、高韌性的鈦合金往往成為裝備研制的瓶頸問題。

美國 Limiting Factor 全海深載人潛水器在 2019 年完成了海試，其載人艙一反常態地選擇搭載 2 人而非以往 3 人的設計方案，同時其載人艙采用了 800 MPa Ti-6Al-4V 鈦合金�！笆�三五”期間，中國科學院金屬研究所自主研發了 950 MPa 級別高強韌鈦合金，組建載人艙技術攻關“國家隊”，研制了國際上首個載 3 人全海深鈦合金球艙，使“奮斗者”號深海載人潛水器在 2020 年創造了 10909 m 的我國載人深潛紀錄。自 2021 年起，“奮斗者”號開展了系列常規科考作業，使我國成為國際上萬米深潛次數和人數最多的國家。

以往我國高性能鈦合金的研發及應用主要圍繞航空、航天兩大領域，鈦合金的材料體系、性能及制造技術均以滿足航空、航天要求為主。而海洋服役環境迥異于航空航天，對鈦合金材料性能及制造技術具有特色鮮明的要求，結合海洋觀測探測技術的發展趨勢，目前制約我國未來海洋裝備的鈦合金材料瓶頸問題主要體現在 3 個方面：

① 高強韌鈦合金缺乏系統化、規�；瘧�用。

高強韌鈦合金應用雖然可以帶來顯著的減重效益，但受制于制備技術難度、配套的工藝及規模應用成本等綜合因素，尚未在我國深海裝備上實現系統化、規�；瘧�用�！皧^斗者”號載人艙是高強韌鈦合金在深海裝備核心部件上的典型應用，我國在國際上率先突破的領先技術只有通過發揮“以點帶面”的引領作用才能產生更大效應。

② 缺乏寬幅超厚鈦合金板材制備能力，制約海洋裝備的大型化、整體化建造。

海洋裝備大型化、整體化建造對結構材料的規格尺寸具有較高要求。以鋼為例，大潛深裝備采用的鋼板寬度可超過 4 m、厚度可達 200 mm，單張板材質量達到 20 t�！笆�三五”期間，我國研制了寬度 3 m、厚度 120 mm、質量約 8 t 的鈦合金板材，應用于“奮斗者”號潛水器。然而，我國目前尚未突破與海洋用鋼規格相當的寬幅超厚鈦合金板材制備技術，成為海洋工程“鈦替代鋼”過程中的關鍵技術瓶頸之一。

③ 焊接技術及配套裝備無法滿足深海大型鈦合金耐壓殼體建造需求。

焊接是制造深海大型鈦合金耐壓殼體必不可少的工藝方法，通常包括氣體保護窄間隙焊接、真空高能束如電子束焊接。對于制造直徑 3 m、厚度 50 mm 的大型鈦合金耐壓殼體，采用逐層堆積的窄間隙焊接施工周期漫長，單個環縫焊接花費數月。真空電子束焊接效率大幅度提升，但對焊接真空環境要求苛刻，目前超大規格結構采用真空電子束焊接工程化實施難度極高，將成為未來制約超大規格鈦合金耐壓結構制造的另一項瓶頸技術。