MARINE Novi materijali: marine metala-titanijum legura

Materijali koji se koriste u morskom inženjerstvu moraju imati visoku čvrstoću, otpornost na hidrotermalnu koroziju morske vode, sulfidni koroziju, pričvršćivanje mikrobia i izloži visoku žilavost. Titanijum, lagan, jak i otporan na koroziju, posebno imun na korozivne efekte slane vode, morske vode i morskog atmosferskog okruženja - odličan je lagan konstrukcijski materijal. Poznat kao "morski metal", titanijum je kritični strateški materijal. Široko se koristi u morskom inženjerstvu i posebno je pogodan za laganu opremu s offshore, što ga čini jednim od ključnih novih materijala na terenu. Stoga, u potpunosti koriste legure titana i titana, jer će morski materijali značajno doprinijeti razvoju nacionalnih morskih strategija.

Primjene legura Titanium u morskom inženjeringu

1. Aplikacije u pomorskim brodovima

Primjena legura titana u brodogradnji počela je 1960-ih, otprilike desetljeća kasnije nego u zrakoplovnom industriji. Sjedinjene Države, Rusija, Japan i Kina bile su među prvim zemljama za istraživanje titanijumskih aplikacija u pomorskim plovilama.

A. Konstrukcijski materijali trupa
Trup od titana, u poređenju sa tradicionalnim materijalima, aluminijumske legure i čelika, lakši su, omogućuju povećan kapacitet korisnog opterećenja, imaju duže živote usluge, zahtijevaju minimalno održavanje i otporni su na morsko biofiliranje. Na primjer, titanijumski ribolovni plovili izgrađeni od Japanski Nippon Steel, TOHO tehnologija i ETO brodogradnja imaju trupke, palube i strukturne komponente u potpunosti od titanijuma. Gliser "Titan Fast", sagradio NISSEI industriju, dugačak je otprilike 12 metara s pojednostavljenim trupom koji minimizira povlačenje.

B. Pumpe, ventili, cjevovodi i ostale komponente
Na pomorskim plovilima, pumpama, ventilima i cijevima često djeluju u teškim uvjetima. Tradicionalni cjevovodi od bakra ili nehrđajućeg čelika traje samo 2-5 godina. Titanium nudi vrhunsku otpornost na koroziju i eroziju, dobroj snazi ​​prinosa i nisku gustoću, čineći ga idealnim za tanko zidove, cijevi i spojnice. Titanijumski cjevovodni sustavi značajno smanjuju težinu, proširuju servisni život i pojačavaju pouzdanost. Na primjer, titanijumske kondenzacijske cijevi teže oko pola što više od bakrene cijevi B30. Vojna upotreba pokazala je da sustavi cjevovoda od legure titana imaju odličnu mehaničku čvrstoću i otpornost na koroziju, a vijek servisa većim od 120, 000 sati (preko 40 godina), dalekim komponentama od nehrđajućeg čelika.

C. Power pogonski sustavi
Koristeći legure titanijuma za propelere i osovine poboljšava brzinu pogona i životni vijek. Američka mornarica zapošljava titanijumske propelere na raznim brodovima, uključujući 1.500 mm promjera odvojivog supercavitacije četverostrukih propelera za hidrofoil. Titanium alloys are also used in water jet propulsion systems, such as the Ti-6Al-4V system on Japan's "PT-10" torpedo boat, which reduced shaft weight by 600 kg. Ruski iverobrai na nuklearnoj energiji sadrže i titanijum parni motore. Titanijski pogonski sustavi smanjuju inducirane struje i izbjegavaju pokretanje magnetnih rudnika, problem sa legurama bakra.

Kina je započela istraživača propelera u 1960-ima i, do 1972., razvili su propelere od legura titana za hidrofoil brodove. Kina danas može proizvesti fiksni propeleri od legure titana do 1.200 mm promjera i težine 130 kg. Na Type 25 torpedni brodovi zamijenili su legure od titana, ak -27 legure i bakrene legure, smanjujući težinu za 30-40%, koji se pružaju servisni vijek, eliminirajući potrebu za prevlakama, ublažavanje uklanjanja na biologobojnje i pojednostavljivanje održavanja.

Sonar kupole
Sonarne sajmove su pojednostavljene navlake koje smanjuju hidrodinamičku buku i zaštitu sonarne opreme. Oni moraju pokazati odličnu akustičnu transparentnost. Trenutno kineske mornaričke plovile koriste plastične kupole od nehrđajućeg čelika ili ojačane fiberglasom. Dok je Rusija nekad koristila stakloplastiku, sada prvenstveno zapošljava kupole od legure titana. Oni se koriste na plovilima poput ruskog "Kursk", "Minsk" i "Kijev" avioni avioni.

2. Duboki morski potopnici

Kao dio kineskog programa "863", China Shipbuilding Industrijska korporacija 702 Institut razvio je 7, 000- metar podneo je posebnim legurima titana. Mjere 8 metara, visok 3,4 metra, širine 3 metra, može izdržati 710 tona pritiska i integrirati vrhunske tehnologije. Mrbljene sferne kabine, sposobna za izdržavanje 700 atmosfera pritiska, podržava životni sistem podrške uporediv sa onima koji se koriste u svemirskim misijama.

3 Kondenzatori

Prema UNESCO-u, globalni okeanski energetski kapacitet dostiže 76,6 milijardi kW. U obalnim i nuklearnim elektranama kondenzatori su vitalne komponente pomoću morske vode kao rashladno sredstvo. Tradicionalni kondenzatori od čelika i bakra pate od lošeg otpora za koroziju u morskoj vodi. Izdržljivost i otpornost na koroziju titanijum čine ga idealnim za ove aplikacije. Otprilike 3-4% svjetske termičke i hidroelektrane koriste kondenzatore od titana, a 30% nuklearnih elektrana. U Kini, biljke kao što su Taizhou, Zhenhai, Qinshan, i Daya Bay, kondenzatori svih titana zbog njihovog odličnog otpora korozije, dugog radnog vijeka, visoke efikasnosti, sigurnosti i smanjenog potreba za prenosom topline.

4. Nuklearne podmornice

Rusija vodi u tehnologiji nuklearne podmornice od legure titana. Bilo je prvo za korištenje legura titanijuma za trup pritiska, počevši od 1960-ih. Prva svjetska nuklearna podmornicu koja je svetanijum, K -162 pokrenuta 1968. godine, operirala je preko 30 godina bez incidenta. Podmornice ALFA klase izgrađene 1970-ih-1980-ih, koristili su otprilike 3, {9}} tone titanijuma i mogli bi roniti na 914 metara. Ruske predobrane Typhoon klase sadrže dvostruke trupe napravljene od oko 9, 000 tona titanijuma, nudeći ne-magnetna svojstva, duboko-ronilačke mogućnosti, veliku brzinu, nisku buku i smanjeno održavanje.

Istraživački institut za jugozapad (SWRI) u SAD-u razvio je mljevenog dubokog morskog potoka koristeći eliti -64 legure titanijuma. 2. 1- Sferna kabina promjera metarskog promjera smještaje tri osobe i može zaroniti do dubine od 6.500 metara.

5. Duboke morske stanice

Mobilni svemirski stanice duboke morske, često nazivaju "Tiangong" okeana, koriste se za morsku naučno istraživanje. Od 1960-ih, SAD i Sovjetski Savez imaju napredne sustave dubokog morske stanice. Rusija 2 000 Dizajn ciljao je usmjereno arktičko vađenje ulja. Kina je predložila koncept 1990-ih za miran razvoj morskog resursa. Ove se stanice jako oslanjaju na materijale od legure titana. "13. petogodišnji plan" i "2030 projekata za inovaciju nauke i tehnologije" naglašavaju izgradnju dubokog mora, procjenjujući preko 4.000 tona titanijumskih materijala po glavnoj stanici.

6. Desalizacija morske vode

Desalinacija morske vode je presudna u sušnim regijama poput Bliskog Istoka. Najpouzdanija i široko korištena metoda je višestepena destilacija Flash (MSF), koja uključuje komponente kao što su grijači morske vode, jedinice za oporavak topline i raznih kondenzatora. Prvobitno izrađene od legura bakra, ove su komponente obično obično sa titanijumom zbog svog otpora korozije, posebno u visokoj temperaturi, visokoj slanosti i hloriranom okruženju. Titanijum je sada preferirani materijal za izmjenjivače topline u sistemima desalinacije.

Brzim rastom primorskim petrohemijskim i elektroenergetskim industrijama, morska voda sve više zamjenjuje slatkovod kao rashladni medij. Zbog korozivnosti morske vode, tradicionalnog ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika koji se brzo degradiraju, uzrokujući kvar opreme, čestih isključivanja i ekonomskih gubitaka. Nadogradnja na titanijumske cijevi značajno produžava život izmjenjivača topline i poboljšava efikasnost.

7. Offshore bušilice

Legure od titana idealni su za morske bušenje zbog velike čvrstoće, niske gustoće, odlične otpornosti na koroziju i žilavosti. Komponente kao što su uspona, bušilice i stresni spojevi imaju koristi od titanijumskih ili titanijum-čeličnih kompozita, poboljšavajući performanse i smanjenje troškova.

(1) Pokretači morskog bušenja
Titanijumske rizere su lagane, tolerantne na štetu i lako se pregledaju. Prvo se koristi u sjevernom moru, većina praktičnih primjena koristi nehrđajući čelik \/ titan ili kompozitni \/ titanijum hibridni uspona zbog troškova.

(2) Drill cijevi
U bušilici s kratkim radijusom (ispod 18 m), konvencionalne bušilice od nehrđajućeg čelika pate od ranog umora. US-satemeljene RTI razvijene titanijumske bušilice koji kombiniraju titanijum razreda 5 sa CR-MO čeličnim zglobovima, smanjujući lijepljenje i habanje uz održavanje žilavosti. Godine 1999., 10 bunara kratkog radijusa uspješno je izbušen koristeći 73 mm titanijum cijevi. Kasnije su cijevi male kao 63,5 mm izbušene čak i čvršće radijus bušotine. Ne-magnetna priroda Titanium takođe koristi istraživanje. Titanium produžava dubinu bušenja okomito na 9,1 km (nasuprot 6,1 km za čelik) i vodoravno na 9,1 km. Cijevi za veće prečnike smanjuju silu podizanja i obrtni moment za 30-40% i prevladaju ograničenja hidrauličkog prenosa.