Marine Nye materialer: Marine Metal - Titaniumlegering

Materialer, der bruges i marineteknik, skal have høj styrke, resistens over for havvand hydrotermisk korrosion, sulfidkorrosion, mikrobiel tilknytning og udvise høj sejhed. Titanium, der er let, stærk og korrosionsbestandig-især immun mod de ætsende virkninger af saltvand, havvand og den marine atmosfæriske miljø-er et fremragende letvægts strukturelt materiale. Kendt som "Marine Metal" er titanium et kritisk strategisk materiale. Det er vidt brugt i havteknik og er især velegnet til letvægtsudstyr, hvilket gør det til et af de vigtigste nye materialer i marken. Derfor vil fuldt ud anvendelse af titanium- og titanlegeringer som marine materialer væsentligt bidrage til udviklingen af ​​nationale marine strategier.

Anvendelser af titanlegeringer i marineknik

1. applikationer i flåde skibe

Anvendelsen af ​​titanlegeringer i skibsbygning begyndte i 1960'erne, cirka et årti senere end i luftfartsindustrien. De Forenede Stater, Rusland, Japan og Kina var blandt de første lande, der undersøgte titan -ansøgninger i flådefartøjer.

A. Hull Strukturelle materialer
Titaniumskrog, sammenlignet med traditionelle materialer, såsom fiberforstærket plastik, aluminiumslegeringer og stål, er lettere, giver mulighed for øget nyttelastkapacitet, har længere serviceliv, kræver minimal vedligeholdelse og er resistente over for marin biofouling. For eksempel titaniumfiskerfartøjer bygget af Japans Nippon Steel, Toho Technology og Eto Shipbuilding -skrog, dæk og strukturelle komponenter, der er helt lavet af titanium. "Titan Fast" hurtigbåd, bygget af Nissei -industrien, er cirka 12 meter lang med et strømlinet skrog, der minimerer træk.

B. pumper, ventiler, rør og andre komponenter
På flådefartøjer fungerer pumper, ventiler og rør ofte under barske forhold. Traditionel kobber- eller rørstålrør varer kun 2-5 år. Titanium tilbyder overlegen korrosion og erosionsbestandighed, god udbyttestyrke og lav densitet, hvilket gør det ideelt til tyndvæggede rør og fittings med små diameter. Titaniumrørsystemer reducerer vægten markant, forlænger levetiden og forbedrer pålideligheden. For eksempel vejer titancondensatorrør ca. halvdelen så meget som B30 kobber-nikkelrør. Militær brug har vist, at titanlegeringssystemer har fremragende mekanisk styrke og korrosionsbestandighed, hvor serviceleverne overstiger 120, 000 timer (over 40 år), langt overgået kobber- eller rustfrit stålkomponenter.

C. Power Propulsion Systems
Brug af titaniumlegeringer til propeller og aksler forbedrer fremdrivningshastigheden og levetiden. Den amerikanske flåde anvender titaniumpropeller på forskellige fartøjer, herunder 1.500 mm-diameter aftagelige superkaviterende fireblade propeller til hydrofoils. Titaniumlegeringer bruges også i vandstråle -fremdrivningssystemer, såsom Ti -6 al -4 V -systemet på Japans "Pt -10" torpedobåd, der reducerede akselvægt med 600 kg. Russlands nukleare drevne isbrydere har også titaniumdampmotorer. Titanium -fremdrivningssystemer reducerer inducerede strømme og undgår at udløse magnetiske miner, et problem med kobberlegeringer.

Kina begyndte Propell Research i 1960'erne og udviklede i 1972 titanlegeringspropeller til hydrofoilbåde. I dag kan Kina fremstille faste titan -legeringspropeller op til 1.200 mm i diameter og vejer 130 kg. På torpedobåde af type 25 erstattede titanlegeringer AK -27 stål- og kobberlegeringer, reducerede vægten med 30-40%, forlængede levetiden, eliminerede behovet for belægninger, letter fjernelse af biofouling og forenkler vedligeholdelse.

Sonar kupler
Sonar -kapper er strømlinede dæksler, der reducerer hydrodynamisk støj og beskytter sonarudstyr. Disse skal udvise fremragende akustisk gennemsigtighed. I øjeblikket bruger kinesiske flådefartøjer rustfrit stål eller glasfiberforstærket plastik sonar-kupler. Mens Rusland engang brugte fiberglas, beskæftiger det nu primært titaniumlegeringskompetater. Disse bruges på fartøjer som den russiske "Kursk", "Minsk" og "Kiev" flyselskaber.

2. dybhavs nedsænkning

Som en del af Kinas "{0}} -program" udviklede China Shipbuilding Industry Corporation's 702 Institute et 7, 000- meter nedsænket lavet med specielle titanlegeringer. Måling af 8 meter lang, 3,4 meter høj og 3 meter bred, kan den modstå 710 ton tryk og integrere avancerede teknologier. Den bemandede sfæriske kabine, der er i stand til at modstå 700 atmosfærer af pres, understøtter et livsstøttesystem, der kan sammenlignes med dem, der bruges i rummissioner.

3. kondensatorer

Ifølge UNESCO når den globale havenergikapacitet 76,6 milliarder kW. I kyst- og atomkraftværker er kondensatorer vigtige komponenter, der bruger havvand som kølemiddel. Traditionelle stål- og kobberlegeringskondensatorer lider af dårlig havvandskorrosionsbestandighed. Titaniums holdbarhed og korrosionsmodstand gør det ideelt til disse anvendelser. Cirka 3–4% af verdens termiske og hydro -kraftværker bruger titaniumkondensatorer, og 30% af atomkraftværker gør det. I Kina bruger planter som Taizhou, Zhenhai, Qinshan og Daya Bay all-titaniumkondensatorer på grund af deres fremragende korrosionsbestandighed, lang levetid, høj varmeoverførselseffektivitet, sikkerhed og reducerede vedligeholdelsesbehov.

4. nukleare ubåde

Rusland fører i Titanium Alloy Nuclear Submarine Technology. Det var den første, der brugte titanlegering til trykskrog, der begyndte i 1960'erne. Verdens første all-titaniumnukleare ubåd, K -162, lanceret i 1968, har opereret over 30 år uden hændelse. Alfa-klasse ubåde, konstrueret i 1970'erne-1980'erne, brugte cirka 3, 000 tons titan hver og kunne dykke til 914 meter. Russlands Typhoon-klasse ubåde har dobbeltskrog lavet af ca. 9, 000 tons titanium, der tilbyder ikke-magnetiske egenskaber, dybdykkekapaciteter, høj hastighed, lav støj og reduceret vedligeholdelse.

Southwest Research Institute (SWRI) i USA udviklede en bemandet dybhavs nedsænkelig ved hjælp af Eliti -64 titaniumlegering. 2. 1- meter-diameter sfærisk kabine plads til tre personer og kan dykke til dybder på 6.500 meter.

5. Deep-hav-stationer

Deep-Sea mobile rumstationer, ofte kaldet "Tiangong" i havet, bruges til havvidenskabelig efterforskning. Siden 1960'erne har USA og Sovjetunionen avanceret dybhavsstationssystemer. Russlands 2 000 design målrettet arktisk havolieekstraktion. Kina foreslog konceptet i 1990'erne for fredelig marin ressourceudvikling. Disse stationer er meget afhængige af titaniumlegeringsmaterialer. Den "13. femårsplan" og "2030 Major Science and Technology Innovation Projects" understreger konstruktion af dybhavstation og estimerer over 4.000 ton titaniummaterialer pr. Hovedstation.

6. Afsaltning af havvand

Afsaltning af havvand er afgørende i tørre regioner som Mellemøsten. Den mest pålidelige og vidt anvendte metode er destillation med flere faser (MSF), der inkluderer komponenter som havvandsvarmere, varmegenvindingsenheder og forskellige kondensatorer. Oprindeligt fremstillet med kobberlegeringer, er disse komponenter nu ofte lavet med titan på grund af dets korrosionsmodstand, især i høje temperatur, høj saltindhold og klorerede miljøer. Titanium er nu det foretrukne materiale til varmevekslere i afsaltningssystemer.

Med hurtig vækst i kystpetrokemiske og magtindustrier erstatter havvand i stigende grad ferskvand som et kølemedium. På grund af havvandets korrosivitet nedbrydes traditionelt kulstofstål eller rustfrit stålrør hurtigt, hvilket forårsager udstyrsfejl, hyppige nedlukninger og økonomiske tab. Opgradering til titaniumslange udvider signifikant varmevekslerens levetid og forbedrer effektiviteten.

7. Offshore -boreplatforme

Titaniumlegeringer er ideelle til marine boresystemer på grund af deres høje styrke, lav densitet, fremragende korrosionsbestandighed og sejhed. Komponenter som stigerør, bore rør og stressfuger drager fordel af titanium eller titanium-stålkompositter, forbedring af ydelsen og reduktion af omkostninger.

(1) Marineborende stigerør
Titanium-stigerør er lette, skadetolerante og let inspiceres. Først i vid udstrækning brugt i Nordsøen, bruger de fleste praktiske anvendelser rustfrit stål\/titanium eller sammensat\/titaniumhybridstiger på grund af omkostningsovervejelser.

(2) Drillrør
I kort-radiusboring (under 18 m) lider konventionelle rustfrit stål rør rør af tidlig træthed. USA-baserede RTI udviklede titaniumborer rør, der kombinerer klasse 5 titanium med CR-Mo-stålfuger, reducerede klæbning og slid, mens man opretholder sejhed. I 1999 blev 10 kort-radius brønde med succes boret under anvendelse af 73 mm titanrør. Senere bores rør så små som 63,5 mm endnu strammere-radius brønde. Titaniums ikke-magnetiske karakter gavner også efterforskning. Titanium udvider boredybden lodret til 9,1 km (vs. 6,1 km for stål) og vandret til 9,1 km. Rørene med større diameter reducerer løftekraft og drejningsmoment med 30-40% og overvinder hydrauliske transmissionsbegrænsninger.