Aplicarea titanului și a aliajelor de titan în echipamentele marine

Titanul este cel mai ideal material în mediul marin. Utilizarea titanului poate îmbunătăți considerabil eficiența în luptă a navelor și echipamentelor navale, poate reduce costurile de întreținere, poate prelungi durata de viață și poate îmbunătăți ascunderea. Marinele ruse, americane și chineze au folosit pe scară largă titanul în corpurile sub presiune, sistemele de conducte de apă de mare, suprastructurile și alte componente ale submersibilelor, submarinelor subacvatice, navelor de suprafață, navelor și altor echipamente.

1. Carcasă sub presiune
Calitățile de titan utilizate pentru sferele cu echipaj pentru submersibile de adâncime în țară și în străinătate sunt în principal Ti-6Al-4V și Ti-6Al{-4VELI (corespunzător claselor interne TC4 și TC4ELI). Multe sfere cu echipaj de submersibile de adâncime au fost fabricate din oțel în stadiul inițial, dar titanul a fost folosit în schimb în etapa ulterioară, ceea ce poate reduce greutatea, crește adâncimea de scufundare și poate îmbunătăți durata de viață. De exemplu: ① Submersibilul american Alvin a fost construit în 1964 folosind oțel de înaltă rezistență HYl00 (grosimea plăcii 33,8 mm) cu o adâncime de scufundare de 2000 m. Când a fost reconstruită în 1973, carcasa sub presiune a fost înlocuită cu aliaj de titan (grosimea plăcii 49 mm), iar adâncimea de scufundare a crescut la 3600 m. Cutia sa auxiliară și generatorul de gaz de înaltă presiune au folosit și Ti-6Al-4VELI; ② Carcasa sferică cu echipaj „Deepsea 2000” din Japonia a fost realizată din oțel, iar titanul a fost folosit pentru a pregăti carcasa sferică cu echipaj uman atunci când „Deepsea 6500” a fost construit pentru a crește adâncimea de scufundare.

În ceea ce privește aplicarea corpurilor submarine sub presiune, Rusia a fost prima care a folosit titan. În prezent, este țara cu cea mai avansată și matură tehnologie din lume pentru a folosi titanul pentru fabricarea carcasei sub presiune. Singurul grad de titan folosit în fabricarea submarinelor nucleare din titan este aliajul de titan IIT-3B (corespunzător gradului intern TA17). În ultimii ani, China a preferat, de asemenea, să folosească materiale de titan atunci când construiesc submarine, iar gradele sunt concentrate în principal în TA17, TC4, TC4ELI, TC11, titan pur etc.

În plus, multe țări construiesc în prezent submersibile cu echipaj de mare adâncime și arme și echipamente din titan de adâncime. Submersibilul cu echipaj maritim „Struggler” construit în China a provocat cu succes cea mai adâncă parte a oceanului lumii - Transeul Marianelor pe 10 noiembrie 2020, cu o adâncime de 10.909 m, realizând visul poporului chinez la mare adâncime. Materialul carcasei sferice cu echipaj al submersibilului este un aliaj de titan de înaltă rezistență, rezistentă la deteriorare, fabricat de Baoti Co., Ltd.; China a început să construiască echipamente de adâncime din titan.

2. Sistem de conducte de apă de mare
Sistemul de conducte de apă de mare este complex și are multe specificații de diametru. Materialele selectate trebuie să aibă caracteristicile de rezistență la coroziune în apă de mare, rezistență ridicată și performanță bună la oboseală. Titanul poate îndeplini toate aceste cerințe. Țevile din aliaj de titan au avantaje semnificative față de materialele tradiționale (oțel carbon, oțel inoxidabil, aliaj de cupru).

(1) Îmbunătățiți durata de viață, la aceeași viață ca și nava în sine. Rusia a comparat durata de viață a sistemelor de conducte din materiale tradiționale și titan. Rezultatele arată că titanul are aceeași durată de viață ca și nava, trebuie investit o singură dată și necesită doar întreținere simplă în timpul utilizării; Durata de viață a materialelor tradiționale este de aproximativ 2 până la 10 ani și trebuie reparată în mod regulat sau chiar înlocuită pe parcursul duratei de viață, în special sub influența mediului de conducere de mare viteză, diverse îmbinări vor produce coroziune locală. Conform datelor de aplicare ale navelor marinei americane, durata de viață a conductelor de titan este de 40 de ani, iar durata de viață a conductelor din aliaj de cupru-nichel este de numai 6 până la 8 ani.
China a efectuat teste de verificare și evaluare privind utilizarea „aliajului de titan” pentru a înlocui „aliajul de cupru” pentru fabricarea sistemelor de conducte de apă de mare. După ce țevile fără sudură din titan TA2, fitingurile de susținere și flanșele de titan furnizate de Baoti au fost executate timp de aproape 3 ani, conductele și materialele de susținere au fost dezasamblate și inspectate și nu au fost găsite condiții anormale, cum ar fi fisuri, găuri și coroziune.

(2) Reducerea costurilor. Deși costul de investiție unic al pieselor din aliaj de titan este mai mare, investiția unică poate îndeplini întreaga durată de viață și este necesară doar întreținerea simplă în timpul utilizării, ceea ce economisește foarte mult costurile de reparație și întreținere. Tuburile din aliaj de cupru-nichel utilizate în schimbătoarele de căldură ale navelor marinei americane trebuie înlocuite aproximativ 97 km pe an, în timp ce tuburile de titan pur Gr.2 sunt selectate pentru cele două sisteme principale de conducte de apă de mare ale navei de transport amfibie LPD17, cu aproximativ 1,000 conducte și o lungime totală de peste 3.350 m, economisind până la 17 milioane USD în costuri pe întregul ciclu de viață. Pe scurt, utilizarea titanului în sistemele de conducte poate nu numai să reducă greutatea, ci și să obțină aceeași durată de viață ca și corpul principal, reducând în același timp costurile. În ultimii ani, a fost aplicat în loturi pe multe tipuri de echipamente marine, cum ar fi barca 022 din China.

3. Suprastructură
În prezent, există și exemple de aplicare a titanului în suprastructura navelor autohtone, precum Ti70 (TA23) pentru catarge, bare TA5 și TA7 pentru antene radar și plăci TA2 și TA5 pentru coji de hangar și structuri de cadru. Marina SUA a folosit, de asemenea, o cantitate mare de titan în zona cheie a suprastructurii navei de transport amfibie LPD17, care și-a redus masa cu aproximativ 50% și a îmbunătățit foarte mult stabilitatea navei.

4. Aplicare în alte domenii
În plus față de carcasele sub presiune, sistemele de conducte și suprastructurile menționate mai sus care folosesc o cantitate mare de titan, există și alte părți ale echipamentelor marine interne și străine care folosesc și titan.