Nieuw marinemateriaal: titaniumlegering

2020-09-24 23:20:04 Geen reacties Titanium informatiegroep Nieuws / Handelsnieuws

De 21e eeuw wordt de eeuw van de oceaan genoemd. De mariene ruimte en hulpbronnen zijn niet alleen een belangrijk gebied geworden van steeds hevigere militaire en economische concurrentie in de wereld, maar ook een strategische ruimte en basis voor menselijke overleving, sociale ontwikkeling en duurzame welvaart van kustlanden. Met het oog hierop nemen de kustlanden, vooral de machtige zeemachten, de bouw van zeemacht als de kern en ontwikkelen ze krachtig het marinematerieel, het mariene veiligheidsmaterieel en het mariene technische materieel om het alomvattende vermogen om de oceaan te beheersen te verbeteren, de mariene rechten en belangen en territoriale integriteit te beschermen en de mariene ruimte te ontwikkelen en te gebruiken.

Materialen voor oceaanbouw moeten de volgende eigenschappen hebben: hoge sterkte, bestand tegen hydrothermale corrosie in zeewater, bestand tegen sulfidecorrosie, bestand tegen microbiële hechting en hoge taaiheid. Titanium is licht, heeft een hoge sterkte, is corrosiebestendig en is vooral immuun voor zout water of zeewater en het mariene atmosferische milieu. Het is een hoogwaardig lichtgewicht constructiemateriaal, bekend als "marien metaal", en is een belangrijk strategisch metaalmateriaal. Titanium heeft een breed scala aan toepassingen in de waterbouw, met name geschikt voor lichte waterbouwkundige apparatuur. Het is een van de nieuwe belangrijke materialen op het gebied van oceaanbouw. Daarom ten volle gebruik maken van mariene materialen titanium en titanium legering zal bijdragen aan de ontwikkeling van de nationale mariene strategie.

20200924143436 28262 - Nieuw marinemateriaal: titaniumlegering

Toepassing van titaniumlegering in oceaan

Toepassing op schip

De toepassing van titaniumlegering in de scheepsindustrie begon in de jaren 1960, ongeveer 10 jaar later dan die in de luchtvaartindustrie. De Verenigde Staten, Rusland, Japan en China zijn de eerste landen die zich bezighouden met het onderzoek naar de toepassing van titanium in de scheepsindustrie.

Structurele materialen romp

Vergeleken met eerder gebruikte vezelversterkte kunststoffen, aluminiumlegering, staal en andere materialen is de titanium romp licht, kan het effectieve laadgewicht verhogen, heeft een lange levensduur, bijna geen onderhoud en is gemakkelijk om mariene organismen die aan het oppervlak vastzitten te verwijderen. De titanium vissersschepen die gebouwd zijn door Japan iron and steel company, Toho technology company en ETO shipbuilding company zijn bijvoorbeeld allemaal gemaakt van titanium. De lengte van de speedboot "Titan express" van het Japanse nissho Industrial Company is ongeveer 12 meter. De rompvorm is een mooie kubusvormige curve, die de vaarweerstand zo veel mogelijk kan verminderen.

Scheepspompen, kleppen, leidingen en andere accessoires

De levensduur van pompen, kleppen en leidingen op oorlogsschepen is slechts 2-5 jaar vanwege de slechte werkomstandigheden. Titanium heeft een uitstekende corrosiebestendigheid en erosiebestendigheid, een goede vloeigrens en een lage dichtheid. Daarom kan het worden gebruikt om dunwandige pijpleidingen, kleppen en andere accessoires met een kleine diameter te maken. Het kan niet alleen het gewicht verminderen, maar ook de levensduur van het systeem aanzienlijk verlengen en de betrouwbaarheid van het systeem verbeteren. De dichtheid van titanium condensorbuizen is bijvoorbeeld 1:2 lager dan die van B30 condensorbuizen. De ervaring met het gebruik van buizen en apparatuur van titaniumlegeringen in oorlogsschepen toont aan dat materialen van titaniumlegeringen zeer betrouwbaar zijn op het gebied van mechanische sterkte en weerstand tegen zeewatercorrosie. De corrosielevensduur van buizen, kleppen, pompen en andere accessoires van titaniumlegering mag niet minder zijn dan 1,2 × 105h en de levensduur mag niet minder zijn dan 40 jaar. De levensduur van verschillende pompen, kleppen en pijpen van titaniumlegering is veel langer dan die van producten van koper of roestvrij staal.

Aandrijving

De schroef en schroefas van titaniumlegering kunnen de voortstuwingssnelheid verbeteren en de levensduur verlengen. Schroeven van titaniumlegeringen zijn gebruikt op verschillende schepen in de Verenigde Staten. De draagvleugelboot in de Verenigde Staten heeft bijvoorbeeld de supercavitatiepropeller van een titaniumlegering gebruikt met een diameter van 1500 mm en vier bladen. Titaniumlegering is ook een uitstekend materiaal voor maritieme waterstraalvoortstuwingsapparatuur. De Japanse torpedoboot pt-10 gebruikt een waterstraalvoortstuwingsapparaat van een Ti-6Al-4V-legering. De asdiameter is gereduceerd van 95 mm tot 75 mm en het gewicht is gereduceerd met 600 kg bij een constante snelheid. De krachtcentrale van de atoomijsbreker van Russische makelij maakt ook gebruik van titanium stoommachines. De levensduur van de motor kan meer dan 10 keer verlengd worden door het gebruik van een titaniumlegering. Daarnaast wordt een groot aantal materialen uit titaniumlegeringen gebruikt in onderdelen van scheepsmotoren, zoals de motorschijf en het rotorblad. Het gebruik van de aandrijving van een titaniumlegering kan ook de gebreken verhelpen van het gebruik van een koperlegering om de magnetische krachtlijn van de aarde tijdens het zeilen af te snijden, wat niet bevorderlijk is voor het verwijderen van magnetische mijnen.
In China werd in de jaren 1960 onderzoek gedaan naar propellers. De draagvleugel speedbootschroef werd ontwikkeld in 1972. Tot nu toe zijn er verschillende titanium legering propellers geproduceerd met een diameter van 450-1100mm. De maximale diameter van een vaste schroef van titaniumlegering is 1200 mm en de massa is 130 kg. Titaniumlegering wordt gebruikt ter vervanging van ak-27 staal en koperlegering voor de 25 Type torpedo speedboot die in China is ontwikkeld. Het gewicht wordt verminderd met 30% - 40% en de levensduur wordt meerdere malen verlengd. Oppervlaktecoating is niet nodig. Ze zijn gemakkelijk schoon te maken en te onderhouden.

Warmtewisselaar, condensor, koeler, verdamper

De leidingsysteem en klep van warmtewisselaar, condensor, koeler en verdamper kunnen van titanium worden gemaakt. De onderhoudsvrije levensduur van titanium apparatuur kan oplopen tot meer dan 100.000 uur en er komen geen schadelijke stoffen vrij, wat milieuvriendelijk is. Legeringen op basis van koper geven echter schadelijke koperionen af aan het milieu als gevolg van corrosie. In oktober 2016 werd in Kunming het nationale belangrijke O&O-project "ontwikkeling en toepassing van productietechnologie voor goedkope en zeer corrosiebestendige buizen van titanium en titaniumlegeringen en hoogwaardige titaniumbanden" gelanceerd. Het project werd geleid door Yunnan Titanium Industry Co., Ltd., een dochteronderneming van Kunming Iron and steel Holding Co. Om te voldoen aan de nationale strategische behoeften, neemt het project offshore olieboorplatforms, zeewaterontzilting, grootschalige scheepsbouw en andere grote projecten als de toepassingsachtergrond. Met het oog op de kloof tussen China en het buitenland in de ontwikkeling en toepassing van titanium en titanium legering buizen, evenals de relevante productietechnologieën die dringend moeten doorbreken, wordt het project toegepast door middel van R & D.

Akoestisch apparaat

In zeewater is de demping van licht- of radiogolven veel groter dan die van geluidsgolven. Daarom wordt sonar bij de ontwikkeling en het gebruik van de oceaan veel gebruikt voor het zoeken en detecteren van onderwaterdoelen door schepen en torpedo's. Voor sonarapparatuur zijn verschillende soorten akoestische materialen nodig. De sonarkoepel van oorlogsschepen en torpedo's en het omhulsel van de hoge-druk geluidstransmissiecontainer zijn gemaakt van constructiematerialen voor onderwatergeluidstransmissie.
In het algemeen is het doel van het installeren van een gestroomlijnde sonarkoepel buiten de sonartransducer het hydrodynamische geluid dat wordt veroorzaakt door scheepsbewegingen te verminderen, de effectieve en normale werking van akoestische onderwaterapparatuur te garanderen en de werkafstand van de sonar te verbeteren. De sonarkoepel moet een goede geluidsoverdracht hebben, zodat het akoestische signaal onder water met weinig verlies en vervorming doorgelaten kan worden. Op basis van de verschillende eisen voor onderwatertoepassingen en oppervlaktetoepassingen zijn er twee soorten geluidsoverdrachtsgegevens voor sonarkoepels van marineschepen in China. In het verleden gebruikte Rusland ook FRP, maar later meestal titaniumlegering. Vanwege de goede geluidsoverdracht zijn veel buitenlandse grootschalige gevechtsschepen, zoals de moderne klasse van Rusland, gemaakt van titaniumlegering en gebruikt in het sonarsysteem van het Russische vliegdekschip "Koersk", "titanium plaat Minsk" en "Kiev".

Diepzee-onderzeeër

Als een belangrijk speciaal project van China's "863" plan, is de 7000 meter onderzeeër ontwikkeld door 702 Research Institute van China Shipbuilding Industry Group Corporation 8 meter lang, 3,4 meter hoog en 3 meter breed. Hij is gemaakt van speciale materialen uit titaniumlegeringen. Hij is bestand tegen 710 ton zware druk in de diepe zee van 7000 meter. Het maakt gebruik van de meest geavanceerde high-tech in de wereld om de integratie van drager prestaties en operationele eisen te realiseren De schelp is het meest speciale en belangrijke onderdeel van de diepe onderzeeërs. De titaniumlegering bemande bolvormige schelp, die zich aan de voorkant van de diepe onderzeeërs bevindt en plaats biedt aan drie personen, kan 700 atmosferische druk verdragen en hetzelfde levensinstandhoudingssysteem realiseren als een ruimtevlucht.

Condensator

Volgens publicaties van UNESCO is de totale mariene energie wereldwijd 76,6 miljard kW. De condensor is een belangrijke grootschalige apparatuur in kustcentrales en kerncentrales en het koelmedium is zeewater. Traditioneel worden staal en koperlegeringen gebruikt, maar de corrosieweerstand van zeewater is slecht en de levensduur is kort. In zeewater, met name onder invloed van verontreinigd zeewater, is de condensor van een koperlegering gevoelig voor putcorrosie, putcorrosie, spanningscorrosie en vermoeidheidscorrosie, wat leidt tot lekkage van apparatuur en aanzienlijke economische verliezen veroorzaakt. De praktijk in binnen- en buitenland heeft aangetoond dat titanium het meest geschikte materiaal is voor de condensor van elektriciteitscentrales. De totale geïnstalleerde capaciteit van elektriciteitscentrales in de wereld is ongeveer 2 × 107mw. Er zijn meer dan 5000 thermische centrales en waterkrachtcentrales. Titanium condensors zijn goed voor 3% - 4%. Er zijn meer dan 380 kerncentrales met titanium condensors die goed zijn voor 30%. Titanium condensors worden veel gebruikt in energiecentrales in Europa, de Verenigde Staten en Japan. Alle titaniumcondensatoren worden gebruikt in de Taizhou-kerncentrale, de Zhenhai-kerncentrale, de Qinshan-kerncentrale en de Daya Bay-kerncentrale. De titaniumcondensor die wordt gebruikt in kustcentrales heeft vele voordelen: hij kan zeewater gebruiken als koelmedium op locatie; hij heeft een goede corrosiebestendigheid en lange levensduur; hij heeft een hoge warmte-uitwisselingsefficiëntie en een goed economisch voordeel; hij heeft hoge veiligheidsprestaties, vermindert de onderhoudstijd bij stroomuitval en heeft een lage productie-efficiëntie.

Nucleair aangedreven onderzeeër

Rusland is wereldleider op het gebied van de technologie van kernonderzeeërs met een titaniumlegering en is ook het eerste land dat een drukromp met een titaniumlegering bouwt. Sinds de jaren 1960 heeft Rusland vier generaties nucleaire onderzeeërs ontwikkeld. De eerste volledig titanium kernonderzeeër ter wereld, k162, werd gelanceerd in december 1968. Hij is al meer dan 30 jaar in gebruik. Hij is in verschillende oceanen en zeeën geweest en heeft verschillende belastingen en milieubeoordelingen ondergaan. Er is nog nooit een ongeluk gebeurd. Rusland bouwde de eerste kernonderzeeër van de "Alfa"-klasse in 1970 en van 1970 tot 1980 werden er achtereenvolgens nog zes gebouwd, die elk ongeveer 3000 ton titanium gebruikten en een maximale duikdiepte hadden van 914 m. Ze waren licht, snel en goed manoeuvreerbaar. Een typisch voorbeeld van het gebruik van titanium in schepen is de Russische tyfoonklasse kernonderzeeër. Deze heeft een titanium omhulsel. Vanwege militaire behoeften heeft het een dubbele schelpstructuur. De dubbele schelp maakt gebruik van titanium 9000t, waardoor het de voordelen heeft van niet-magnetisch, diep duiken, hoge snelheid, weinig lawaai en minder onderhoud.
De romp van een bemande diepzeeonderzeeër, gemaakt door het Southwest Research Institute (SwRI), is gemaakt door eliti-64. De binnendiameter van de nieuwe onderzeeër is 2,1 meter. De binnendiameter van de nieuwe onderzeeboot is 2,1 meter, de werkruimte is groot, er kunnen drie mensen in en de maximale werkdiepte in zeewater is 6500 meter.

Ruimtestation in de diepzee

Diepzee mobiel ruimtestation zal voornamelijk worden gebruikt voor mariene wetenschappelijke verkenning, bekend als "Tiangong-1" in de oceaan. Sinds de jaren 1960 hebben de Verenigde Staten en de voormalige Sovjet-Unie achtereenvolgens het systeem van diepzee ruimtestations verbeterd. In 2000 kondigde Rusland de civiele bouw aan van zijn diepzee-ruimtestation, dat gericht was op olie-exploratie in de Noordelijke IJszee. China kwam in de jaren 1990 met het concept van een diepzee ruimtestation, gericht op de vreedzame ontwikkeling en het gebruik van mariene hulpbronnen. Het testvaartuig van het diepzee ruimtestation dat is gebouwd en het kleine diepzee mobiele werkstation in aanbouw zijn allemaal onafhankelijk ontwikkeld door China. De oprichting van diepzee ruimtestation is onlosmakelijk verbonden met de ondersteuning van titanium en titanium legering belangrijke materialen. In het "13e vijfjarenplan" van het nationale plan voor wetenschap en technologische innovatie werd het diepzee ruimtestation van het "grote project voor wetenschap en technologische innovatie 2030" opnieuw naar voren gebracht en het project werd definitief goedgekeurd. Het belangrijkste constructiemateriaal van het ruimtestation is een titaniumlegering. Voorlopig wordt geschat dat de bouw van een hoofdstation meer dan 4000 ton grondstoffen zal verbruiken.

Zeewaterontzilting

Zeewaterontzilting is de belangrijkste manier geworden om zoet water te verkrijgen in het Midden-Oosten en andere waterarme gebieden. Van de productiemethoden voor zeewaterontzilting is meertraps flashverdamping de meest betrouwbare en meest gebruikte methode. De apparatuur van deze methode bestaat voornamelijk uit zeewaterverwarming, condensor van het warmteterugwinningsgedeelte, condensor van het warmte-uitvoergedeelte, ventilatiecondensor en straalcompressor. In het warmtewisselingsgedeelte wordt een groot aantal buizen voor warmteoverdracht gebruikt. De originele buis van koperlegering is vervangen door titanium buis vanwege de niet-corrosiebestendigheid in plaats daarvan.
De verdamper in de ontziltingsinstallatie komt in contact met zeewater op hoge temperatuur en het zoutgehalte neemt toe na verdamping. Titaniumlegering is bestand tegen ionencorrosie bij hoge temperaturen en kan op grote schaal worden gebruikt in verdampers van ontziltingsinstallaties voor zeewater. Ondertussen heeft titanium een sterke weerstand tegen chloorcorrosie, zodat het het materiaal bij uitstek is voor warmtewisselaars van zeewaterontziltingsinstallaties. Met de snelle ontwikkeling van de petrochemische industrie en elektriciteitsindustrie in kustgebieden kan zeewater in plaats van zoet water als industrieel koelmedium veel zoetwaterbronnen besparen en aanzienlijke economische en sociale voordelen opleveren. Echter, door de sterke corrosie van zeewater, wanneer het gewone koolstofstaal of roestvrij staal wordt gebruikt als koelmedium, zal zeewater ernstige corrosie veroorzaken aan de buizenbundel, waardoor de levensduur van de warmtewisselaar aanzienlijk wordt verkort, niet alleen het aantal vervangingen van apparatuur toeneemt, maar ook het apparaat te vaak wordt uitgeschakeld als gevolg van defecte apparatuur, waardoor de economische voordelen afnemen. In het algemeen, om dit probleem op te lossen, is het noodzakelijk om het materiaal van de buis, die gewoonlijk wordt gebruikt in titanium buis upgraden.
In het aspect van titanium materiaal selectie, industriële zuiver titanium ASTM graad 2 is de meest gebruikte. Het feit toont aan dat rang 1 en rang 2 hebben speciale mogelijkheid om stress corrosie kraken in natuurlijk water, zeewater en verschillende chloriden weerstaan, terwijl rang 7 of rang 12, rang 16 (ti-0,5% PD), worden gebruikt voor zeewater kachels met een hogere temperatuur Het heeft een hogere weerstand tegen corrosie, maar de kosten zijn duurder. Bovendien is de vervuilingsfactor van titanium warmtewisselaar ongeveer 0,95-0,99.
De naadloze TA1-buis van industrieel zuiver titanium wordt geselecteerd als de condensatiebuis van de flashverdamper en de warmtewisselingsbuis van de glycolwaterverwarmer. TA1 + 16MnR + 316L dubbelzijdige titanium composietstaalplaat wordt gekozen als buisplaat. De reden hiervoor is dat titanium licht, corrosiebestendig en sterk is. Het is een goed zeewater corrosiebestendig materiaal met een hoge betrouwbaarheid. Ten tweede kan het gebruik van titanium samengestelde staalplaat het gebruik van titanium verminderen en kan het voldoen aan de gebruikseisen Lage installatiekosten.
Een reeks corrosiebestendige titaanlegeringen voor offshore engineering, zoals Ti75, Ti31 en ti631, zijn ontwikkeld door het Northwest Institute of Nonferrous Metals en het Beijing General Institute of Nonferrous Metals.

Offshore boorplatform

Titaniumlegering heeft een hoge sterkte, lage dichtheid, uitstekende corrosiebestendigheid en goede taaiheid, zodat het de beste keuze is voor offshore boorsysteemapparatuur zoals stijgbuis, boorpijp en kegelspanningsverbinding. In meer gevallen levert de composiettoepassing van titanium en staal een grote bijdrage aan de kostenverlaging en efficiëntieverbetering van offshore boorsystemen.
In de afgelopen jaren is de toepassing van onderdelen van titaniumlegeringen in offshore olieboorsystemen aanzienlijk toegenomen. Dankzij titaanlegeringen kan boorapparatuur dieper water en putten binnengaan, ook in hetere en corrosievere omgevingen. Een titaniumlegering op basis van Ti-6Al-4V heeft de beste fysische, mechanische en corrosie-eigenschappen, wat aantrekkelijker is voor offshore boorcomponenten.

Ti-6Al-4V legering wordt voornamelijk gebruikt in offshore boorsysteem

(1) Naast gewichtsvermindering wordt titaniumlegering gebruikt voor het boren van stijgleidingen in offshore-boringen, die een goede schadetolerantie hebben en gemakkelijk kunnen worden geïnspecteerd door traditionele technologie. Beihai olieveld is de eerste keer dat boorstijgleidingen van titaniumlegering op grote schaal worden gebruikt op zee. Hoewel het gebruik van titanium in risers zeer succesvol is, is de markt voor alle titanium risers zeer beperkt. Om economische redenen zullen risers van roestvrij staal / titanium of composiet / titanium op grote schaal worden gebruikt.
(2) Roterende vermoeidheid en fysieke slijtage van traditionele roestvrijstalen buis voortijdig verschijnen in korte afstand boren (kromtestraal minder dan 18m). Daarom heeft het titaniumbedrijf RTI uit de Verenigde Staten een boorbuis ontwikkeld die gemaakt is van een legering van graad 5 en een standaard Cr Mo stalen verbinding. Dit ontwerp voorkomt het vastlopen en slijten van het gereedschap en garandeert de taaiheid en vermoeiingslevensduur. In 1999 werden tien putten met een kromtestraal van 18 m met succes geboord met buizen van een titaniumlegering met een buitendiameter van 73 mm. Recentelijk, boorpijp van titaniumlegering met een buitendiameter van 63,5 mm is gebruikt voor het boren van oliebronnen met een kromtestraal van 12m-15m. Bovendien is het niet-magnetisme van titaniumlegering ook aantrekkelijk, waardoor de exploratie van oliebronnen niet wordt beïnvloed door magnetisme. Bij langeafstandsboren is de boordiepte van stalen buizen slechts 6,1 km in verticale richting en 7,1-9,1 km in horizontale richting, terwijl titanium buizen 9,1 km in verticale richting kunnen bereiken. Met het gebruik van titaniumpijp met grote diameter worden de hefkracht en het koppel van het boorgereedschap verminderd met respectievelijk ongeveer 30% en 30% ～ 40%, en de beperking van het hydraulische transmissieapparaat wordt overwonnen.
(3) Vergeleken met flexibele verbindingen zoals rubber/koper is de titanium conische spanningsverbinding compact in ontwerp, gemakkelijk te controleren, goed luchtdicht en kan bij hoge temperatuur worden gebruikt. TITANIUM CONE-spanningsverbinding is slechts 1/3 van staal en de kosten zijn vergelijkbaar met of zelfs lager dan die van staal. RTI heeft gelegeerde spanningsverbindingen van graad 23 en graad 29 ontworpen en geproduceerd, die zijn geïnstalleerd op boorplatforms in de Golf van Mexico en de Noordzee. Door de relatief lage kosten en succesvolle toepassingsvoorbeelden vertoont de markt voor titanium spanningsverbindingen een voortdurende groeitrend.

Titanium en titanium legering hebben vele voordelen, maar voor de toepassing in schepen en offshore engineering apparatuur, het is ook een nieuw materiaal. Om de verdere ontwikkeling van titanium en titaniumlegeringen in de toekomst te bevorderen, werd titanium voor offshore engineering in 2016 opgenomen in het nationale sleutelproject voor de ontwikkeling van nieuwe materialen en werd een platform voor onderzoek, toepassingsonderzoek en evaluatie van materialen en technologie van titaniumlegeringen voor offshore engineering opgericht, Tijdens de twee zittingen van de vergadering stelden de vertegenwoordigers van de vergadering opnieuw voor om titaniumlegeringsmaterialen voor de waterbouw krachtig te ontwikkelen, om zo de ontwerpcriteria, het technische systeem, de technische toepassingsnormen en specificaties van de waterbouw te bevorderen, in het bijzonder de titaniumuitrusting voor schepen op nationaal niveau; krachtig ontwikkelen van de low-cost productietechnologie van titanium legering, te optimaliseren en verbeteren van de titanium legering systeem voor marien gebruik in China, en de prestaties database van mariene titanium legering Het biedt een overvloed aan gegevens te ondersteunen voor de materiële selectie van titanium en titanium legering voor offshore engineering.

Bron: China Titanium Pijpfittingen Fabrikant - Yaang Pipe Industry Co, Limited (www.steeljrv.com)

(Yaang Pipe Industry is een toonaangevende fabrikant en leverancier van producten van nikkellegering en roestvrij staal, waaronder Super Duplex Roestvrijstalen Flenzen, Roestvrijstalen Flenzen, Roestvrijstalen Pijpfittingen, Roestvrijstalen Pijp. De producten van Yaang worden wijd gebruikt in Scheepsbouw, Kernenergie, Mariene techniek, Aardolie, Chemisch product, Mijnbouw, Behandeling van afvalwater, Aardgas en Drukvaten en andere industrieën).

Als je meer informatie wilt over het artikel of je wilt je mening met ons delen, neem dan contact met ons op via sales@titaniuminfogroup.com

Merk op dat je misschien geïnteresseerd bent in de andere technische artikelen die we hebben gepubliceerd: