Застосування титану та титанових сплавів у морській техніці

Титан є найбільш ідеальним матеріалом для морського середовища. Використання титану може значно підвищити бойову ефективність кораблів і техніки ВМС, знизити витрати на технічне обслуговування, продовжити термін служби і поліпшити маскування. Військово-морські сили Росії, Америки та Китаю широко використовували титан у корпусах під тиском, системах трубопроводів для морської води, надбудовах та інших компонентах підводних апаратів, підводних підводних човнів, надводних кораблів, кораблів та іншого обладнання.

1. Напірний корпус
Марки титану, які використовуються для пілотованих сфер глибоководних підводних апаратів у країні та за кордоном, це переважно Ti-6Al-4V та Ti-6Al-4VELI (відповідає вітчизняним маркам TC4 і TC4ELI). Багато пілотованих сфер глибоководних підводних апаратів на ранній стадії виготовлялися зі сталі, але на пізнішому етапі замість неї використовувався титан, який може зменшити вагу, збільшити глибину занурення та подовжити термін служби. Наприклад: ① Американський підводний апарат Alvin був побудований у 1964 році з використанням високоміцної сталі HYl00 (товщина пластини 33,8 мм) з глибиною занурення 2000 м. При його реконструкції в 1973 році напірний корпус замінили титановим сплавом (товщина листа 49 мм), а глибина занурення збільшилася до 3600 м. Його допоміжна коробка та газогенератор високого тиску також використовували Ti-6Al-4VELI; ② Японська пілотована сферична оболонка «Deepsea 2000» була виготовлена ​​зі сталі, а титан використовувався для виготовлення пілотованої сферичної оболонки під час створення «Deepsea 6500» для збільшення глибини занурення.

Що стосується застосування напірних корпусів підводних човнів, то Росія першою стала використовувати титан. Наразі це країна з найпередовішою та найдосконалішою технологією у світі використання титану для виробництва корпусів під тиском. Єдиним типом титану, який використовується у виробництві повністю титанових атомних підводних човнів, є титановий сплав IIT-3B (відповідає вітчизняному сорту TA17). В останні роки Китай також віддав перевагу використанню титанових матеріалів при будівництві підводних човнів, і марки в основному зосереджені на TA17, TC4, TC4ELI, TC11, чистому титані тощо.

Крім того, в даний час багато країн будують глибоководні пілотовані підводні апарати і глибоководну повністю титанову зброю і обладнання. Побудований у Китаї повноводний пілотований підводний апарат «Struggler» успішно кинув виклик найглибшій частині світового океану — Маріанській западині 10 листопада 2020 року на глибині 10 909 м, реалізувавши глибоководну мрію китайського народу. Матеріал сферичної оболонки підводного апарату — це високоміцний, стійкий до пошкоджень титановий сплав, виготовлений компанією Baoti Co., Ltd.; Китай почав будувати повністю титанове глибоководне обладнання.

2. Трубопровідна система морської води
Система трубопроводів для морської води є складною та має багато специфікацій діаметра. Вибрані матеріали повинні мати характеристики корозійної стійкості морської води, високу міцність і хороші показники втоми. Титан може задовольнити всі ці вимоги. Труби з титанового сплаву мають значні переваги перед традиційними матеріалами (вуглецева сталь, нержавіюча сталь, мідний сплав).

(1) Збільшення терміну служби до такого ж терміну, як і сам корабель. У Росії порівняли термін служби трубопровідних систем з традиційних матеріалів і титану. Результати показують, що титан має такий самий термін служби, як і корабель, його потрібно інвестувати лише один раз і вимагає лише простого обслуговування під час використання; термін служби традиційних матеріалів становить приблизно від 2 до 10 років, і їх необхідно регулярно ремонтувати або навіть замінювати протягом терміну служби, особливо під впливом високошвидкісного середовища водіння, різні з'єднання виробляють локальну корозію. Згідно з даними застосування кораблів ВМС США, термін служби титанових труб становить 40 років, а термін служби труб з мідно-нікелевих сплавів становить лише 6-8 років.
Китай провів тести перевірки та оцінки використання «титанового сплаву» замість «мідного сплаву» для виробництва систем трубопроводів для морської води. Після того, як титанові безшовні труби TA2, опорні трубні фітинги та титанові фланці, надані компанією Baoti, експлуатувалися протягом майже 3 років, трубопроводи та опорні матеріали були розібрані та перевірені, і не було виявлено жодних ненормальних умов, таких як тріщини, отвори та корозія.

(2) Зменшити витрати. Хоча одноразові інвестиційні витрати на деталі з титанового сплаву вищі, одноразові інвестиції можуть витримати повний термін використання, і під час використання потрібне лише просте обслуговування, що значно економить витрати на ремонт і технічне обслуговування. Труби з мідно-нікелевого сплаву, які використовуються в теплообмінниках кораблів ВМС США, потребують заміни приблизно на 97 км на рік, у той час як труби з чистого титану Gr.2 вибираються для двох основних систем трубопроводів морської води транспортного корабля-амфібії LPD17, із приблизно 1,000 трубою та загальною довжиною понад 3350 м, заощаджуючи до 17 мільйонів доларів США протягом усього життєвого циклу. Таким чином, використання титану в системах трубопроводів може не тільки зменшити вагу, але й досягти того самого терміну служби, що й основний корпус, при одночасному зниженні витрат. В останні роки він застосовувався партіями на багатьох типах морського обладнання, наприклад, на човні 022 у Китаї.

3. Надбудова
В даний час також є приклади застосування титану в надбудовах вітчизняних кораблів, таких як Ti70 (TA23) для щогл, штанги TA5 і TA7 для радіолокаційних антен, пластини TA2 і TA5 для обшивки ангарів і каркасних конструкцій. Військово-морські сили США також використовували велику кількість титану в ключовій частині надбудови транспортного корабля-амфібії LPD17, що зменшило його масу приблизно на 50% і значно підвищило стійкість корабля.

4. Застосування в інших сферах
На додаток до вищезгаданих корпусів під тиском, систем трубопроводів і надбудов, які використовують велику кількість титану, існують інші частини вітчизняного та іноземного морського обладнання, які також використовують титан.