Nyt marinemateriale: titaniumlegering

2020-09-24 23:20:04 Ingen kommentarer Titanium informationsgruppe Nyheder / Nyheder om handel

Det 21. århundrede kaldes havets århundrede. Havets rum og ressourcer er ikke kun blevet et vigtigt område for den stadig hårdere militære og økonomiske konkurrence i verden, men er også blevet et strategisk rum og en base for menneskelig overlevelse, social udvikling og bæredygtig velstand i kystlandene. I lyset af dette tager kystlandene, især de magtfulde flådemagter, opbygningen af havmagt som kernen og udvikler kraftigt flådeudstyr, maritimt sikkerhedsudstyr og maritimt ingeniørudstyr for at forbedre den omfattende havkontrolevne til at kontrollere havet, beskytte de marine rettigheder og interesser og den territoriale integritet og udvikle og udnytte det marine rum.

Materialer til havteknik skal have egenskaber som høj styrke, hydrotermisk korrosionsbestandighed i havvand, sulfidkorrosionsbestandighed, mikrobiel vedhæftningsmodstand og høj sejhed. Titanium er let, højstyrke, korrosionsbestandigt, især immun over for saltvand eller havvand og det marine atmosfæriske miljø. Det er et letvægtsstrukturmateriale af høj kvalitet, kendt som "marine metal", og er et vigtigt strategisk metalmateriale. Titanium har en bred vifte af anvendelser inden for havteknik, især velegnet til let havteknisk udstyr. Det er et af de nye nøglematerialer inden for havteknik. Derfor vil fuld udnyttelse af marine materialer som titanium og titaniumlegeringer bidrage til udviklingen af den nationale marine strategi.

20200924143436 28262 - Nyt marinemateriale: titanlegering

Anvendelse af titaniumlegering i havet

Anvendelse på skib

Anvendelsen af titaniumlegeringer i skibsindustrien begyndte i 1960'erne, ca. 10 år senere end i luftfartsindustrien. USA, Rusland, Japan og Kina er de første lande, der engagerer sig i forskning i anvendelse af titanium i skibsfeltet.

Skrogets strukturelle materialer

Sammenlignet med fiberforstærket plast, aluminiumslegering, stål og andre materialer, der blev brugt før, er titaniumskrog let, kan øge den effektive lastvægt, har en lang levetid, næsten ingen vedligeholdelse og er let at fjerne marine organismer, der er fastgjort til overfladen. For eksempel er titaniumfiskerfartøjerne bygget af Japan Iron and Steel Company, Toho Technology Company og ETO Shipbuilding Company alle lavet af titanium. Længden på speedbåden "Titan express" fra Japans nissho Industrial Company er ca. 12 meter. Skrogformen er en smuk kubisk kurve, som kan reducere sejlmodstanden i størst muligt omfang.

Marinepumper, Ventiler, rør og andet tilbehør

Levetiden for pumper, ventiler og rør på krigsskibe er kun 2-5 år på grund af de dårlige arbejdsforhold. Titanium har fremragende korrosions- og erosionsmodstand, god flydespænding og lav massefylde. Derfor kan det bruges til at fremstille tyndvæggede rørledninger med lille diameter, ventiler og andet tilbehør. Det kan ikke kun reducere vægten, men også forlænge systemets levetid betydeligt og forbedre systemets pålidelighed. For eksempel reduceres densiteten af titaniumkondensatorrør med 1/2 sammenlignet med B30-kondensatorrør. Erfaringen med at bruge titaniumlegeringsrør og udstyr i krigsskibe viser, at titaniumlegeringsmaterialer har høj pålidelighed med hensyn til mekanisk styrke og korrosionsbestandighed i havvand. Korrosionslevetiden for titaniumlegeringsrør, ventiler, pumper og andet tilbehør må ikke være mindre end 1,2 × 105 timer, og levetiden må ikke være mindre end 40 år. Levetiden for forskellige pumper, ventiler og rør lavet af titaniumlegering er meget længere end for kobber- eller rustfrit stålprodukter.

Kraftfuldt drev

Propellen og propelakslen af titaniumlegering kan forbedre fremdrivningshastigheden og forlænge levetiden. Propeller af titaniumlegering er blevet brugt på en række forskellige skibe i USA. For eksempel har hydrofoilen i USA brugt superkavitationspropellen af titaniumlegering med en diameter på 1500 mm og fire blade. Titaniumlegering er også et fremragende materiale til fremdriftsudstyr til marine vandstråler. Den japanske torpedobåd pt-10 anvender en vandstrålefremdrivningsanordning af Ti-6Al-4V-legering. Akseldiameteren er reduceret fra 95 mm til 75 mm, og vægten er reduceret med 600 kg under forudsætning af konstant hastighed. Kraftværket på den russisk fremstillede atomisbryder bruger også dampmotorer af titanium. Motorens levetid kan forlænges mere end 10 gange ved at bruge titaniumlegering. Derudover bruges et stort antal titaniumlegeringsmaterialer i marine motordele som f.eks. motorskive og rotorblad. Brugen af fremdriftsenheder af titaniumlegering kan også overvinde manglerne ved at bruge kobberlegering til at skære jordens magnetiske kraftlinje under sejlads, hvilket ikke er befordrende for fjernelsen af magnetiske miner.
I Kina blev der forsket i propeller i 1960'erne. Hydrofoil speedbådspropeller blev udviklet i 1972. Indtil nu er der produceret forskellige propeller af titaniumlegering med en diameter på 450-1100 mm. Den maksimale diameter på en fast propel af titaniumlegering er 1200 mm, og massen er 130 kg. Titaniumlegering bruges til at erstatte ak-27-stål og kobberlegering til torpedohurtigbåden af type 25, der er udviklet i Kina. Vægten reduceres med 30% - 40%, og levetiden øges flere gange. Der er ikke behov for overfladebelægning. Marine organismer er nemme at rengøre og vedligeholde.

Varmeveksler, kondensator, køler, fordamper

Den rørledningssystem og ventilen på varmeveksleren, kondensatoren, køleren og fordamperen kan være lavet af titanium. Den vedligeholdelsesfrie levetid for udstyr lavet af titanium kan nå mere end 100000 timer, og det frigiver ikke skadelige stoffer, hvilket er miljøvenligt. Kobberbaseret legering vil dog frigive skadelige kobberioner til miljøet på grund af korrosion. I oktober 2016 blev det nationale forsknings- og udviklingsprojekt "udvikling og anvendelse af produktionsteknologi til billige og meget korrosionsbestandige rør af titanium og titaniumlegering og titaniumbælter af høj kvalitet" lanceret i Kunming. Projektet blev ledet af Yunnan Titanium Industry Co, Ltd, et datterselskab af Kunming Iron and Steel Holding Co, Ltd. For at imødekomme de nationale strategiske behov tager projektet udgangspunkt i offshore olieboreplatforme, afsaltning af havvand, storstilet skibsteknik og andre store projekter som baggrund for anvendelsen. I betragtning af kløften mellem Kina og udlandet inden for udvikling og anvendelse af titanium- og titaniumlegeringsrør samt de relevante produktionsteknologier, der hurtigst muligt skal brydes igennem, anvendes projektet gennem forskning og udvikling.

Akustisk enhed

I havvand er dæmpningen af lys- eller radiobølger meget større end af lydbølger. I udviklingen og udnyttelsen af havet bruges sonar derfor i vid udstrækning til at søge efter og opdage undervandsmål af skibe og torpedoer. I sonarudstyr er der brug for forskellige slags akustiske materialer. Blandt dem er sonarkuplen på krigsskibe og torpedoer og skallen på højtrykslydtransmissionsbeholderen lavet af strukturelle materialer til undervandslydtransmission.
Generelt er formålet med at installere en strømlinet ekkolodskuppel uden for ekkolodstransduceren at reducere den hydrodynamiske støj, der genereres af skibsbevægelser, sikre effektiv og normal drift af akustisk undervandsudstyr og forbedre ekkoloddets driftsafstand. Ekkolodskuppelen skal have en god lydtransmissionsydelse, så det akustiske undervandssignal kan passere igennem med lidt tab og forvrængning. I henhold til de forskellige krav til undervands- og overfladeanvendelse er der to slags lydtransmissionsdata for sonarkuppel på flådefartøjer i tjeneste i Kina, den ene er rustfrit stål, den anden er fiberforstærket FRP. Tidligere brugte Rusland også FRP, men senere brugte de mest titaniumlegering. På grund af den gode lydtransmissionsydelse er mange udenlandske store kampskibe, såsom Ruslands moderne klasse, lavet af titaniumlegering og brugt i sonarsystemet på det russiske hangarskib "Kursk", "titaniumplade Minsk" og "Kiev".

Undervandsfartøj til dybhavet

Som et stort specialprojekt i Kinas "863"-plan er den 7000 meter lange undervandsbåd, der er udviklet af 702 Research Institute of China Shipbuilding Industry Group Corporation, 8 meter lang, 3,4 meter høj og 3 meter bred. Den er lavet af særlige titaniumlegeringsmaterialer. Den kan modstå 710 tons tungt tryk på 7000 meters havdybde. Den bruger den mest avancerede højteknologi i verden til at realisere integrationen af bærerens ydeevne og driftskrav Skallen er den mest specielle og vigtige del af de dybe undervandsfartøjer. Den bemandede sfæriske skal af titaniumlegering, som er placeret foran på de dybe undervandsfartøjer og har plads til tre personer, kan bære 700 atmosfæriske tryk og realisere det samme livsstøttesystem som rumfart.

Kondensator

Ifølge UNESCO's publikationer er verdens samlede havenergi på 76,6 milliarder kw. Kondensatoren er et vigtigt udstyr i stor skala i kystkraftværker og atomkraftværker, og kølemediet er havvand. Traditionelt anvendes stål- og kobberlegeringsmaterialer, men havvandets korrosionsbestandighed er dårlig, og levetiden er kort. I havvand, især under påvirkning af forurenet havvand, er kobberlegeringskondensator tilbøjelig til grubetæring, grubetæring, spændingskorrosion og træthedskorrosion, hvilket fører til lækage af udstyr og forårsager betydelige økonomiske tab. Praksis i ind- og udland har vist, at titaniummateriale er det mest egnede materiale til kondensator i kraftværker. Den samlede installerede kapacitet af kraftværker i verden er ca. 2 × 107mw. Der er mere end 5000 termiske kraftværker og vandkraftværker. Titaniumkondensatorer tegner sig for 3% - 4%. Der er mere end 380 atomkraftværker med titaniumkondensatorer, der tegner sig for 30%. Titaniumkondensatorer bruges i vid udstrækning på kraftværker i Europa, USA og Japan. Alle titaniumkondensatorer bruges i Taizhou-kraftværket, Zhenhai-kraftværket, Qinshan-atomkraftværket og Daya Bay-atomkraftværket. Titaniumkondensatoren, der bruges i kystkraftværker, har mange fordele: den kan bruge havvand som kølemedium på stedet; den har god korrosionsbestandighed og lang levetid; den har høj varmeudvekslingseffektivitet og god økonomisk fordel; den har høj sikkerhedsydelse, reducerer vedligeholdelsestiden for strømafbrydelse og har lav produktionseffektivitet.

Atomdrevet ubåd

Rusland er førende i verden inden for atomubådsteknologi med titaniumlegering og er også det første land, der bygger trykskrog med titaniumlegering. Siden 1960'erne har Rusland udviklet fire generationer af atomubåde. Verdens første atomubåd helt i titanium, k162, blev søsat i december 1968. Den har været i drift i mere end 30 år. Den har været i forskellige oceaner og have og har gennemgået forskellige belastninger og miljøvurderinger. Der har aldrig været nogen ulykke. Rusland byggede den første atomubåd i "Alfa"-klassen i 1970, og seks mere blev bygget successivt fra 1970'erne til 1980'erne, som hver især brugte omkring 3000 t titanium, og den maksimale dykkedybde var 914 m, hvilket var let, hurtigt og med god manøvredygtighed. Et typisk eksempel på titanium brugt i skibe er den russiske atomubåd i Typhoon-klassen. Den har en skal af titanium. På grund af militære behov har den en dobbeltskalstruktur. Dens dobbelte skal bruger titanium 9000t, hvilket gør, at den har fordelene ved ikke-magnetisk, dyb dykning, hurtig hastighed, lav støj og mindre vedligeholdelsestid.
Skroget til en bemandet dybhavsubåd, der er fremstillet af Southwest Research Institute (SwRI), er lavet af eliti-64. Den nye ubådskugles indre diameter er 2,1 meter, arbejdsområdet er stort, der er plads til tre personer, og den maksimale arbejdsdybde i havvandet kan nå 6500 meter.

Rumstation på dybt vand

Den mobile dybhavsrumstation, kendt som "Tiangong-1" i havet, vil hovedsageligt blive brugt til videnskabelig udforskning af havet. Siden 1960'erne har USA og det tidligere Sovjetunionen successivt forbedret dybhavsrumstationssystemet. I 2000 annoncerede Rusland den civile konstruktion af sin dybhavsrumstation, som var rettet mod olieefterforskning i Det Arktiske Ocean. Kina fremlagde konceptet om en dybhavsrumstation i 1990'erne med henblik på fredelig udvikling og udnyttelse af havets ressourcer. Testfartøjet til dybhavsrumstationen, der er blevet bygget, og den lille mobile dybhavsarbejdsstation, der er under opførelse, er alle uafhængigt udviklet af Kina. Etableringen af en dybhavsrumstation er uadskillelig fra støtten fra titanium og titaniumlegeringsnøglematerialer. I den "13. femårsplan" for den nationale videnskabs- og teknologiinnovationsplan blev dybhavsrumstationen i "videnskabs- og teknologiinnovation 2030-storprojektet" fremsat igen, og projektet blev definitivt godkendt. Rumstationens vigtigste byggemateriale er titaniumlegering. Det anslås foreløbigt, at opførelsen af en hovedstation vil forbruge mere end 4000 tons råmaterialer.

Afsaltning af havvand

Afsaltning af havvand er blevet den vigtigste måde at skaffe ferskvand på i Mellemøsten og andre områder med vandmangel. Blandt produktionsmetoderne til afsaltning af havvand er flertrins flashfordampning den mest pålidelige og udbredte metode. Udstyret til denne metode består hovedsageligt af havvandsopvarmning, kondensator i varmegenvindingssektionen, kondensator i varmeudgangsdelen, ventilationskondensator og jetkompressor. Et stort antal varmeoverførselsrør bruges i varmeudvekslingsdelen. Den oprindelige Rør af kobberlegering er blevet erstattet af titaniumrør på grund af dets manglende korrosionsbestandighed i stedet.
Fordamperen i afsaltningsenheden kommer i kontakt med havvand med høj temperatur, og saltindholdet stiger efter fordampning. Titaniumlegering er modstandsdygtig over for ionkorrosion ved høj temperatur og kan bruges i vid udstrækning i fordamperen i afsaltningsenheden for havvand. I mellemtiden har titanium stærk korrosionsbestandighed over for klor, så det er det foretrukne materiale til varmeveksler af afsaltningsudstyr til havvand. Med den hurtige udvikling af den petrokemiske industri og elindustrien i kystområderne kan havvand i stedet for ferskvand som industrielt kølemedium spare en masse ferskvandsressourcer og opnå betydelige økonomiske og sociale fordele. På grund af den stærke korrosion af havvand, når det almindelige kulstofstål eller rustfrit stål bruges som kølemedium, vil havvand imidlertid forårsage alvorlig korrosion af rørbundtet, hvilket reducerer varmevekslerens levetid betydeligt, ikke kun øger antallet af udskiftning af udstyr, men også forårsager, at enheden lukkes for ofte på grund af udstyrssvigt, hvilket reducerer de økonomiske fordele. For at løse dette problem er det generelt nødvendigt at opgradere rørets materiale, som almindeligvis anvendes i titanrør.
Med hensyn til valg af titaniummateriale er industriel ren titanium ASTM klasse 2 den mest anvendte. Faktum viser, at klasse 1 og klasse 2 har særlig evne til at modstå spændingskorrosion i naturligt vand, havvand og forskellige klorider; mens klasse 7 eller klasse 12, klasse 16 (ti-0.5% PD), bruges til havvandsvarmere med højere temperatur Det har højere korrosionsbestandighed, men omkostningerne er dyrere. Derudover er begroningsfaktoren for titaniumvarmeveksler ca. 0,95-0,99.
Det sømløse TA1-rør af industrielt rent titanium er valgt som kondensationsrøret i flashfordamperen og varmevekslerrøret i brinevarmeren. TA1 + 16MnR + 316L dobbeltsidet titaniumkompositstålplade er valgt til rørplade. Dette skyldes, at titanium er let, korrosionsbestandigt og har høj styrke. Det er et godt korrosionsbestandigt materiale til havvand med høj pålidelighed. For det andet kan brugen af titaniumkompositstålplade reducere brugen af titanium og kan opfylde brugskravene Lave installationsomkostninger.
En række korrosionsbestandige titanlegeringer til offshore-teknik, såsom Ti75, Ti31 og ti631, er blevet udviklet af Northwest Institute of nonferrous metals og Beijing General Institute of nonferrous metals.

Offshore-boreplatform

Titaniumlegering har høj styrke, lav densitet, fremragende korrosionsbestandighed og god sejhed, så det er det bedste valg til offshore-boresystemudstyr som stigerør, borerør og keglespændingsled. I flere tilfælde har den sammensatte anvendelse af titanium og stål et stort bidrag til omkostningsreduktion og effektivitetsforbedring af offshore-boresystemet.
I de sidste par år er anvendelsen af komponenter af titaniumlegeringer i offshore olieboresystemer steget markant. Titaniumlegeringer gør det muligt for boreudstyr at komme ind i dybere vand og brønde, herunder varmere og mere ætsende miljøer. Ti-6Al-4V-baseret titaniumlegering har de bedste fysiske, mekaniske og korrosionsegenskaber, hvilket er mere attraktivt for offshore-borekomponenter.

Ti-6Al-4V-legering bruges hovedsageligt i offshore-boresystemer

(1) Ud over vægtreduktion bruges titaniumlegering til borestigerør i offshore-boring, som har god skadestolerance og er let at inspicere med traditionel teknologi. Beihai-oliefeltet er første gang, at borestigerør af titaniumlegering bruges i vid udstrækning til havs. Selvom brugen af titanium i stigerør har været en stor succes, er markedet for alle titaniumstigerør meget begrænset. Af økonomiske årsager vil stigrør af rustfrit stål/titanium eller komposit/titanium blive brugt i vid udstrækning.
(2) Roterende træthed og fysisk slitage af traditionelle rør i rustfrit stål vises for tidligt ved kortdistanceboring (krumningsradius mindre end 18 m). Derfor har RTI titanium company i USA udviklet et borerør lavet af en klasse 5-legering og en standard Cr Mo-stålforbindelse. Med dette design undgår man, at værktøjet sætter sig fast og bliver slidt, og det sikrer dets sejhed og udmattelseslevetid. I 1999 blev ti brønde med en krumningsradius på 18 m med succes boret med titaniumlegeringsrør med en ydre diameter på 73 mm. Det er sket for nylig, borerør af titaniumlegering med en ydre diameter på 63,5 mm er blevet brugt til at bore oliebrønde med en krumningsradius på 12-15 m. Derudover er titanlegeringens ikke-magnetisme også attraktiv, hvilket gør, at efterforskning af oliebrønde ikke påvirkes af magnetisme. Ved langdistanceboring er stålrørets boredybde kun 6,1 km i lodret retning og 7,1 km-9,1 km i vandret retning, mens titaniumrør kan nå 9,1 km i lodret retning. Ved brug af titaniumrør med stor diameter reduceres boreværktøjets løftekraft og drejningsmoment med henholdsvis ca. 30% og 30% ～ 40%, og begrænsningen af den hydrauliske transmissionsenhed overvindes.
(3) Sammenlignet med fleksible samlinger som gummi / kobber er titanium konisk stressforbindelse kompakt i design, let at kontrollere, god lufttæthed og kan bruges ved høj temperatur. TITANIUM CONE-spændingsled er kun 1/3 af stål, og dets omkostninger svarer til eller endda lavere end stål. RTI har designet og fremstillet spændingsled af legering 23 og 29, som er blevet installeret på boreplatforme i Den Mexicanske Golf og Nordsøen. På grund af de relativt lave omkostninger og vellykkede anvendelseseksempler viser markedet for spændingsled i titanium en kontinuerlig væksttendens.

Titanium og titaniumlegering har mange fordele, men til anvendelse i skibs- og offshore-teknisk udstyr er det også et nyt materiale. For at fremme den videre udvikling af titanium og titaniumlegering i fremtiden blev titanium til offshore-teknik i 2016 inkluderet i det nationale nøgleprojekt til udvikling af nye materialer, og der blev etableret en platform for forskning, anvendelsesforskning og evaluering af titaniumlegeringsmaterialer og teknologi til offshore-teknik, hvilket i høj grad kan fremme springet i udviklingen af titaniummaterialer til offshore-teknik og opgradere og udvikle det tekniske niveau for Kinas marine tekniske udstyr På mødets to sessioner foreslog repræsentanterne for mødet endnu en gang kraftigt at udvikle titaniumlegeringsmaterialer til havteknik for at fremme designkriterierne, det tekniske system, applikationstekniske standarder og specifikationer for havteknik, især titaniumudstyret til skibe på nationalt niveau; kraftigt at udvikle den billige produktionsteknologi af titaniumlegering, optimere og forbedre titaniumlegeringssystemet til marinebrug i Kina og etablere præstationsdatabasen for marine titaniumlegering Det giver rigelig datastøtte til materialevalg af titanium og titaniumlegering til offshore engineering.

Kilde: Kina Producent af rørfittings i titanium - Yaang Pipe Industry Co., Limited (www.steeljrv.com)

(Yaang Pipe Industry er en førende producent og leverandør af produkter i nikkellegering og rustfrit stål, herunder Super Duplex-flanger i rustfrit stål, flanger i rustfrit stål, rørfittings i rustfrit stål, rør i rustfrit stål. Yaang-produkter anvendes i vid udstrækning inden for skibsbygning, atomkraft, havteknik, olie, kemi, minedrift, spildevandsbehandling, naturgas og trykbeholdere og andre industrier).

Hvis du vil have flere oplysninger om artiklen, eller du vil dele din mening med os, så kontakt os på sales@titaniuminfogroup.com

Bemærk venligst, at du måske er interesseret i de andre tekniske artikler, vi har udgivet: