Nov morski material: titanova zlitina

2020-09-24 23:20:04 Brez komentarjev Informacijska skupina Titanium Novice / Trgovinske novice

21. stoletje se imenuje stoletje oceanov. Morski prostor in viri niso postali le pomembno področje vse ostrejše vojaške in gospodarske konkurence v svetu, temveč tudi strateški prostor in osnova za preživetje ljudi, socialni razvoj in trajnostno blaginjo obalnih držav. Obalne države, zlasti močne pomorske sile, zato v ospredje postavljajo izgradnjo pomorske moči in intenzivno razvijajo pomorsko opremo, opremo za pomorsko varnost in pomorsko inženirsko opremo, da bi okrepile celovito sposobnost nadzora morja, da bi nadzorovale ocean, varovale pomorske pravice in interese ter ozemeljsko celovitost ter razvijale in uporabljale morski prostor.

Materiali za oceansko inženirstvo morajo imeti značilnosti visoke trdnosti, odpornosti na hidrotermalno korozijo morske vode, odpornosti na sulfidno korozijo, odpornosti na lepljenje mikrobov in visoke žilavosti. Titan je lahek, ima visoko trdnost in je odporen proti koroziji, še posebej odporen na slano ali morsko vodo in morsko atmosfersko okolje. Je visokokakovosten lahek konstrukcijski material, znan kot "morska kovina", in je pomemben strateški kovinski material. Titan ima širok spekter uporabe v pomorski tehniki, še posebej je primeren za lahko pomorsko tehnično opremo. Je eden od novih ključnih materialov na področju oceanske tehnike. Zato bo popolna uporaba morskih materialov iz titana in titanove zlitine prispevala k razvoju nacionalne pomorske strategije.

20200924143436 28262 - Nov morski material: titanova zlitina

Uporaba titanove zlitine v oceanu

Uporaba na ladji

Uporaba titanove zlitine v ladijski industriji se je začela v 60. letih prejšnjega stoletja, približno 10 let pozneje kot v letalski industriji. Združene države Amerike, Rusija, Japonska in Kitajska so bile prve države, ki so začele raziskovati uporabo titana na področju ladij.

Strukturni materiali trupa

V primerjavi s plastiko, ojačano z vlakni, aluminijevo zlitino, jeklom in drugimi prej uporabljenimi materiali je titanov trup lahek, lahko poveča učinkovito težo nakladanja, ima dolgo življenjsko dobo, skoraj brez vzdrževanja in zlahka odstrani morske organizme, pritrjene na površino. Na primer, ribiška plovila iz titana, ki jih izdelujejo Japan iron and steel company, Toho technology company in ETO shipbuilding company, so vsa izdelana iz titana. Dolžina hitrega čolna "Titan express", ki ga je izdelalo japonsko podjetje nissho Industrial Company, je približno 12 m. Oblika trupa je čudovita kubična krivulja, ki lahko v največji meri zmanjša upor pri plovbi.

Črpalke za plovila, ventili, cevovodi in drugi dodatki

Življenjska doba črpalk, ventilov in cevovodov na vojaških ladjah je zaradi slabih delovnih pogojev le 2-5 let. Titan ima odlično odpornost proti koroziji in eroziji, dobro mejo plastičnosti in nizko gostoto. Zato se lahko uporablja za izdelavo tankostenskih cevovodov z majhnim premerom, ventilov in drugih dodatkov. Z njim lahko ne le zmanjšamo težo, temveč tudi znatno podaljšamo življenjsko dobo sistema in izboljšamo zanesljivost sistema. Na primer, gostota titanove kondenzatorske cevi se v primerjavi s kondenzatorsko cevjo B30 zmanjša za 1/2. Izkušnje z uporabo cevi in opreme iz titanove zlitine na vojaških ladjah kažejo, da so materiali iz titanove zlitine zelo zanesljivi glede mehanske trdnosti in odpornosti proti koroziji morske vode. Korozijska obstojnost cevi, ventilov, črpalk in druge dodatne opreme iz titanove zlitine ne sme biti krajša od 1,2 × 105h, življenjska doba pa ne sme biti krajša od 40 let. Življenjska doba različnih črpalk, ventilov in cevi iz titanove zlitine je veliko daljša od življenjske dobe izdelkov iz bakra ali nerjavnega jekla.

Električni pogon

Propeler in gred propelerja, izdelana iz titanove zlitine, lahko izboljšata pogonsko hitrost in podaljšata življenjsko dobo. Propelerji iz titanove zlitine se uporabljajo na različnih ladjah v Združenih državah Amerike. Na primer, hidrogliser v Združenih državah Amerike je uporabil superkavitacijski propeler iz titanove zlitine s premerom 1500 mm in štirimi lopaticami. Titanove zlitine so tudi odličen material za pomorsko opremo za pogon z vodnim curkom. Japonski torpedni čoln pt-10 uporablja napravo za pogon z vodnim curkom iz zlitine Ti-6Al-4V. Premer gredi se zmanjša s 95 mm na 75 mm, teža pa se pri konstantni hitrosti zmanjša za 600 kg. Elektrarna atomskega ledolomilca ruske izdelave prav tako uporablja parne stroje iz titana. Z uporabo titanove zlitine je mogoče življenjsko dobo motorja podaljšati za več kot 10-krat. Poleg tega se veliko število materialov iz titanove zlitine uporablja v delih ladijskih motorjev, kot sta disk motorja in lopatice rotorja. Uporaba pogonske naprave iz titanove zlitine lahko odpravi tudi pomanjkljivosti uporabe bakrove zlitine za rezanje zemeljske magnetne silnice med plovbo, ki ni ugodna za odstranjevanje magnetnih min.
Na Kitajskem so raziskave propelerjev potekale v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Leta 1972 je bil razvit propeler za hitre čolne z vodnimi nogami. Do zdaj so bili izdelani različni propelerji iz titanove zlitine s premerom 450-1100 mm. Največji premer fiksnega propelerja iz titanove zlitine je 1200 mm, masa pa 130 kg. Titanova zlitina se uporablja namesto jekla ak-27 in bakrove zlitine za hitri torpedni čoln tipa 25, ki so ga razvili na Kitajskem. Masa se zmanjša za 30% - 40%, življenjska doba pa se večkrat podaljša. Površinski premaz ni potreben. Morske organizme je enostavno čistiti in vzdrževati.

Toplotni izmenjevalnik, kondenzator, hladilnik, uparjalnik

Spletna stran sistem cevovodov in ventil toplotnega izmenjevalnika, kondenzatorja, hladilnika in uparjalnika so lahko izdelani iz titana. Življenjska doba opreme iz titana brez vzdrževanja lahko doseže več kot 100 000 ur in ne sprošča škodljivih snovi, kar je okolju prijazno. Zlitina na osnovi bakra pa zaradi korozije v okolje sprošča škodljive bakrove ione. Oktobra 2016 se je v Kunmingu začel izvajati nacionalni ključni raziskovalno-razvojni projekt "razvoj in uporaba proizvodne tehnologije za poceni in visoko korozijsko odporne cevi iz titana in titanovih zlitin ter visokokakovostne titanove pasove". Projekt je vodila družba Yunnan Titanium Industry Co., Ltd., hčerinska družba družbe Kunming Iron and steel Holding Co., Ltd. Da bi zadostili nacionalnim strateškim potrebam, se projekt uporablja za naftne vrtalne ploščadi na morju, razsoljevanje morske vode, gradnjo velikih ladij in druge velike projekte. Glede na vrzel med Kitajsko in tujino pri razvoju in uporabi cevi iz titana in titanovih zlitin ter glede na ustrezne proizvodne tehnologije, ki jih je treba nujno prebiti, se projekt izvaja s pomočjo raziskav in razvoja.

Akustična naprava

V morski vodi je dušenje svetlobnega ali radijskega valovanja veliko večje kot dušenje zvočnega valovanja. Zato se pri razvoju in uporabi oceanov sonar pogosto uporablja pri iskanju in odkrivanju podvodnih ciljev z ladjami in torpedi. V sonarskih napravah so potrebne različne vrste akustičnih materialov. Med njimi so sonarske kupole vojaških ladij in torpedov ter lupina posode za prenos zvoka pod visokim pritiskom narejeni iz strukturnih materialov za prenos zvoka pod vodo.
Na splošno je namen namestitve poenostavljene sonarske kupole zunaj sonarskega pretvornika zmanjšati hidrodinamični hrup, ki ga povzroča gibanje ladje, zagotoviti učinkovito in normalno delovanje podvodne akustične opreme ter izboljšati delovno razdaljo sonarja. Sonarska kupola mora imeti dobre lastnosti prenosa zvoka, da lahko podvodni akustični signal prehaja skozi z majhnimi izgubami in popačenjem. Glede na različne zahteve podvodne in površinske uporabe obstajata dve vrsti podatkov o prenosu zvoka za sonarsko kupolo vojaških plovil, ki se uporabljajo na Kitajskem, ena je iz nerjavnega jekla, druga pa iz z vlakni ojačanega FRP. V preteklosti je FRP uporabljala tudi Rusija, vendar je pozneje večinoma uporabljala titanovo zlitino. Zaradi dobrega prenosa zvoka so številne tuje velike bojne ladje, kot je ruski moderni razred, izdelane iz titanove zlitine in uporabljene v sonarskem sistemu ruske letalonosilke "Kursk", "titanove plošče Minsk" in "Kijev".

Globokomorska potopna naprava

7000-metrska potopna ladja, ki jo je razvil raziskovalni inštitut 702 China Shipbuilding Industry Group Corporation, je glavni posebni projekt kitajskega načrta "863" in je dolga 8 metrov, visoka 3,4 metra in široka 3 metre. Izdelana je iz posebnih materialov iz titanove zlitine. V globokem morju na 7000 metrih lahko vzdrži 710 ton velik pritisk. Uporablja najnaprednejšo visoko tehnologijo na svetu za uresničitev integracije zahtev glede zmogljivosti in delovanja nosilca Školjka je najbolj poseben in pomemben del globinskih podmornic. Kroglasta lupina s posadko iz titanove zlitine, ki se nahaja v sprednjem delu globinskih podmornic in lahko sprejme tri osebe, prenese 700 atmosferskih tlakov ter izvaja enak sistem za podporo življenja kot pri vesoljskih poletih.

Kondenzator

Po Unescovih publikacijah znaša skupna svetovna energija morja 76,6 milijarde kw. Kondenzator je pomembna obsežna oprema v obalnih elektrarnah in jedrskih elektrarnah, hladilni medij pa je morska voda. Tradicionalno se uporabljajo materiali iz jekla in bakrove zlitine, vendar je korozijska odpornost morske vode slaba, življenjska doba pa kratka. V morski vodi, zlasti pod vplivom onesnažene morske vode, je kondenzator iz bakrove zlitine nagnjen k koroziji vdolbin, koroziji vdolbin, napetostni koroziji in koroziji zaradi utrujenosti, kar vodi do puščanja opreme in povzroča velike gospodarske izgube. Praksa doma in v tujini je pokazala, da je titanov material najprimernejši material za kondenzator elektrarne. Skupna inštalirana zmogljivost elektrarn na svetu je približno 2 × 107mw. Obstaja več kot 5000 termoelektrarn in hidroelektrarn. Titanovi kondenzatorji predstavljajo 3% - 4%. Obstaja več kot 380 jedrskih elektrarn s titanovimi kondenzatorji, ki predstavljajo 30%. Titanovi kondenzatorji se pogosto uporabljajo v elektrarnah v Evropi, Združenih državah Amerike in na Japonskem. Vsi titanovi kondenzatorji se uporabljajo v elektrarnah Taizhou, Zhenhai, jedrski elektrarni Qinshan in jedrski elektrarni Daya Bay. Titanov kondenzator, ki se uporablja v obalnih elektrarnah, ima številne prednosti: kot hladilni medij lahko uporablja morsko vodo na kraju samem; ima dobro korozijsko odpornost in dolgo življenjsko dobo; ima visoko učinkovitost izmenjave toplote in dobre ekonomske koristi; ima visoko varnostno učinkovitost, skrajša čas vzdrževanja ob izpadu energije in ima nizko proizvodno učinkovitost.

Podmornica na jedrski pogon

Rusija je vodilna na svetu pri gradnji tehnologije jedrskih podmornic iz titanove zlitine in je tudi prva država, ki je zgradila tlačni trup iz titanove zlitine. Od šestdesetih let prejšnjega stoletja je Rusija razvila štiri generacije jedrskih podmornic. Prva jedrska podmornica na svetu, ki je bila v celoti izdelana iz titana, k162, je bila splavljena decembra 1968. Deluje že več kot 30 let. Bila je v različnih oceanih in morjih ter prestala različne obremenitve in okoljske ocene. Nikoli se ni zgodila nobena nesreča. Rusija je prvo jedrsko podmornico razreda "Alfa" zgradila leta 1970, od 70. do 80. let prejšnjega stoletja pa so jih zaporedoma zgradili še šest. vsaka je porabila približno 3000 ton titana, največja globina potopa je bila 914 m, bila je lahka, hitra in z dobro manevrsko sposobnostjo. Tipičen primer uporabe titana v ladjah je ruska jedrska podmornica razreda typhoon. Ima lupino iz titana. Zaradi vojaških potreb ima strukturo dvojne lupine. V njeni dvojni lupini je uporabljen 9000-tonski titan, zaradi česar ima prednosti nemagnetnosti, globokega potapljanja, visoke hitrosti, nizke ravni hrupa in krajšega časa vzdrževanja.
Trup globokomorske podmornice s človeško posadko, ki jo izdeluje Southwest Research Institute (SwRI), je izdelan v podjetju eliti-64. Notranji premer nove podmorniške krogle je 2,1 metra, delovni prostor je velik, vanj se lahko namestijo tri osebe, največja delovna globina v morski vodi pa lahko doseže 6500 metrov.

Globokomorska vesoljska postaja

Globokomorska mobilna vesoljska postaja, znana kot "Tiangong-1", se bo v oceanu uporabljala predvsem za morsko znanstveno raziskovanje. Združene države Amerike in nekdanja Sovjetska zveza so od šestdesetih let prejšnjega stoletja zaporedoma izboljšale sistem globokomorskih vesoljskih postaj. Rusija je leta 2000 napovedala civilno gradnjo svoje globokomorske vesoljske postaje, ki je bila namenjena raziskovanju nafte v Arktičnem oceanu. Kitajska je v devetdesetih letih prejšnjega stoletja predstavila koncept globokomorske vesoljske postaje, katere cilj je bil miroljuben razvoj in uporaba morskih virov. Testno plovilo globokomorske vesoljske postaje, ki je bilo zgrajeno, in majhna globokomorska mobilna delovna postaja v gradnji sta neodvisno razviti na Kitajskem. Vzpostavitev globokomorske vesoljske postaje je neločljivo povezana s podporo ključnih materialov iz titana in titanovih zlitin. V "13. petletnem načrtu" nacionalnega načrta znanstvenih in tehnoloških inovacij je bila ponovno predlagana globokomorska vesoljska postaja "glavni projekt znanstvenih in tehnoloških inovacij 2030", projekt pa je bil dokončno odobren. Glavni gradbeni material vesoljske postaje je titanova zlitina. Predhodno je ocenjeno, da bo gradnja glavne postaje porabila več kot 4000 ton surovin.

Odsoljevanje morske vode

Odsoljevanje morske vode je postalo glavni način pridobivanja sveže vode na Bližnjem vzhodu in drugih območjih s pomanjkanjem vode. Med proizvodnimi metodami razsoljevanja morske vode je večstopenjsko izhlapevanje z bliskom najzanesljivejša in najpogosteje uporabljena metoda. Opremo te metode sestavljajo predvsem gretje morske vode, kondenzator dela za vračanje toplote, kondenzator dela za oddajanje toplote, prezračevalni kondenzator in reaktivni kompresor. V delu za izmenjavo toplote se uporablja veliko število cevi za prenos toplote. Prvotni cev iz bakrove zlitine je bila zaradi svoje odpornosti proti koroziji nadomeščena s titanovo cevjo.
Izparilnik v enoti za razsoljevanje je v stiku z morsko vodo visoke temperature, slanost pa se po izhlapevanju poveča. Titanijeva zlitina je odporna na visokotemperaturno ionsko korozijo in se lahko pogosto uporablja v uparjalniku enote za razsoljevanje morske vode. Obenem je titan močno odporen proti koroziji s klorom, zato je najprimernejši material za toplotni izmenjevalnik opreme za razsoljevanje morske vode. S hitrim razvojem petrokemične industrije in elektroenergetike na obalnih območjih lahko morska voda namesto sladke vode kot industrijski hladilni medij prihrani veliko virov sladke vode ter pridobi pomembne gospodarske in družbene koristi. Vendar pa zaradi močne korozije morske vode, če se kot hladilni medij uporablja navadno ogljikovo ali nerjavno jeklo, morska voda povzroči hudo korozijo snopa cevi, kar znatno skrajša življenjsko dobo toplotnega izmenjevalnika, ne le poveča število zamenjav opreme, ampak tudi povzroči, da se naprava prepogosto ustavi zaradi okvare opreme, s čimer se zmanjšajo gospodarske koristi. Na splošno je za rešitev te težave treba nadgraditi material cevi, ki se običajno uporablja v titanovih ceveh.
Pri izbiri materiala iz titana se najpogosteje uporablja industrijsko čisti titan ASTM razreda 2. Dejstvo kaže, da imata razred 1 in razred 2 posebno sposobnost odpornosti proti napetostnemu korozijskemu pokanju v naravni vodi, morski vodi in različnih kloridih; medtem ko se razred 7 ali razred 12, razred 16 (ti-0,5% PD) uporabljajo za grelnike morske vode z višjo temperaturo, ki imajo večjo korozijsko odpornost, vendar so stroški dražji. Poleg tega je faktor obraščanja titanovega toplotnega izmenjevalnika približno 0,95-0,99.
Brezšivna cev TA1 iz industrijsko čistega titana je izbrana kot kondenzacijska cev bliskovnega uparjalnika in cev za izmenjavo toplote grelnika slanice. TA1 + 16MnR + 316L obojestranska titanova kompozitna jeklena plošča je izbrana za ploščo cevi. To je zato, ker je titan lahek, odporen proti koroziji in ima visoko trdnost. Je dober material, odporen proti koroziji morske vode, z visoko zanesljivostjo. Drugič, uporaba titanove kompozitne jeklene plošče lahko zmanjša uporabo titana in lahko izpolni zahteve za uporabo Nizki stroški vgradnje.
Severozahodni inštitut za neželezne kovine in Pekinški splošni inštitut za neželezne kovine sta razvila vrsto korozijsko odpornih titanovih zlitin za gradnjo na morju, kot so Ti75, Ti31 in Ti631.

Vrtalna ploščad na morju

Titanove zlitine imajo visoko trdnost, nizko gostoto, odlično odpornost proti koroziji in dobro žilavost, zato so najboljša izbira za opremo vrtalnega sistema na morju, kot so dvižna cev, vrtalna cev in konusni stresni spoj. V več primerih uporaba kompozitov iz titana in jekla močno prispeva k zmanjšanju stroškov in izboljšanju učinkovitosti vrtalnega sistema na morju.
V zadnjih nekaj letih se je uporaba sestavnih delov iz titanove zlitine v naftnem vrtalnem sistemu na morju znatno povečala. Titanove zlitine omogočajo vrtalni opremi vstop v globlje vode in vrtine, vključno z bolj vročimi in korozivnimi okolji. Titanove zlitine na osnovi Ti-6Al-4V imajo najboljše fizikalne, mehanske in korozijske lastnosti, kar je bolj privlačno za komponente za vrtanje na morju.

Zlitina Ti-6Al-4V se večinoma uporablja v vrtalnem sistemu na morju

(1) Poleg zmanjšanja teže se titanova zlitina uporablja za vrtalno steno pri vrtanju na morju, ki ima dobro toleranco za poškodbe in jo je enostavno pregledati s tradicionalno tehnologijo. Naftno polje Beihai je prvo, kjer se na morju široko uporabljajo vrtalne dvižne ploščadi iz titanove zlitine. Čeprav je bila uporaba titana v dvižnih ploščah zelo uspešna, je trg za vse titanove dvižne plošče zelo omejen. Zaradi ekonomskih razlogov se bodo pogosto uporabljale dvižne ploščadi iz nerjavnega jekla/titana ali kompozitnih materialov/titana.
(2) Rotacijska utrujenost in fizična obraba tradicionalnih cev iz nerjavečega jekla se prezgodaj pojavijo pri vrtanju na kratkih razdaljah (polmer ukrivljenosti je manjši od 18 m). Zato je podjetje RTI titanium iz ZDA razvilo vrtalno cev iz zlitine razreda 5 in standardnega jeklenega spoja Cr Mo. Ta zasnova preprečuje zatikanje in obrabo orodja ter zagotavlja njegovo žilavost in utrujenost. Leta 1999 je bilo deset vrtin s polmerom krivine 18 m uspešno izvrtanih s cevmi iz titanove zlitine z zunanjim premerom 73 mm. V zadnjem času, cev za vrtanje iz titanove zlitine z zunanjim premerom 63,5 mm je bil uporabljen za vrtanje naftnih vrtin s polmerom ukrivljenosti 12-15 m. Poleg tega je privlačna tudi nemagnetičnost titanove zlitine, zaradi katere magnetizem ne vpliva na raziskovanje naftnih vrtin. Pri vrtanju na dolge razdalje je globina vrtanja jeklene cevi le 6,1 km v navpični smeri in 7,1-9,1 km v vodoravni smeri, medtem ko lahko titanova cev doseže 9,1 km v navpični smeri. Z uporabo titanove cevi velikega premera se dvižna sila in navor vrtalnega orodja zmanjšata za približno 30% oziroma 30% ～ 40%, omejitev hidravlične prenosne naprave pa je odpravljena.
(3) V primerjavi s fleksibilnimi spoji, kot so guma / baker, je titanov stožčasti stresni spoj kompakten, enostaven za preverjanje, dobro zrakotesen in se lahko uporablja pri visoki temperaturi. TITANOVI stožčasti stresni spoji so le 1 / 3 jekla, njihova cena pa je podobna ali celo nižja od cene jekla. Družba RTI je zasnovala in izdelala napetostne spoje iz zlitine razreda 23 in razreda 29, ki so bili nameščeni na vrtalne ploščadi v Mehiškem zalivu in Severnem morju. Zaradi relativno nizkih stroškov in uspešnih primerov uporabe trg titanovih napetostnih spojev kaže stalen trend rasti.

Titan in titanove zlitine imajo številne prednosti, vendar je za uporabo v ladijski in priobalni inženirski opremi tudi nov material. Za spodbujanje nadaljnjega razvoja titana in titanove zlitine v prihodnosti je bil leta 2016 titan za tehniko na morju vključen v nacionalni ključni projekt za razvoj novih materialov, vzpostavljena pa je bila tudi platforma za raziskave, raziskave uporabe in vrednotenje materialov in tehnologije titanove zlitine za tehniko na morju, kar lahko močno spodbudi skokovit razvoj titanovih materialov za pomorsko inženirstvo ter nadgradi in razvije tehnično raven kitajske opreme za pomorsko inženirstvo Na obeh zasedanjih srečanja so predstavniki srečanja ponovno predlagali odločen razvoj materialov iz titanove zlitine za pomorsko inženirstvo, da bi na nacionalni ravni spodbudili merila za načrtovanje, tehnični sistem, tehnične standarde in specifikacije pomorskega inženirstva, zlasti opreme iz titana za ladje; odločno razvijati nizkocenovno proizvodno tehnologijo titanove zlitine, optimizirati in izboljšati sistem titanove zlitine za pomorsko uporabo na Kitajskem ter vzpostaviti zbirko podatkov o učinkovitosti morske titanove zlitine, ki zagotavlja bogato podporo podatkov za izbiro materiala iz titana in titanove zlitine za inženiring na morju.

Vir: Kitajska Proizvajalec titanovih cevnih armatur - Yaang Pipe Industry Co., Limited (www.steeljrv.com)

(Yaang Pipe Industry je vodilni proizvajalec in dobavitelj izdelkov iz nikljevih zlitin in nerjavečega jekla, vključno s prirobnicami iz nerjavečega jekla Super Duplex, prirobnicami iz nerjavečega jekla, fitingi za cevi iz nerjavečega jekla, cevmi iz nerjavečega jekla. Yaangovi izdelki se pogosto uporabljajo v ladjedelništvu, jedrski energetiki, pomorski tehniki, naftni, kemični, rudarski, čistilni napravi, industriji zemeljskega plina in tlačnih posod ter drugih industrijah.)

Če želite več informacij o članku ali z nami deliti svoje mnenje, nam pišite na sales@titaniuminfogroup.com

Opozorimo vas, da vas bodo morda zanimali tudi drugi tehnični članki, ki smo jih objavili: