Toepassing van titanium en titaniumlegeringen in maritieme apparatuur
Titanium is het meest ideale materiaal in de maritieme omgeving. Het gebruik van titanium kan de gevechtseffectiviteit van marineschepen en -apparatuur aanzienlijk verbeteren, onderhoudskosten verlagen, de levensduur verlengen en de verhulling verbeteren. De Russische, Amerikaanse en Chinese marines hebben titanium op grote schaal gebruikt in drukrompen, zeewaterleidingsystemen, bovenbouw en andere componenten van onderzeeërs, onderwateronderzeeërs, oppervlakteschepen, schepen en andere apparatuur.
1. Drukromp
De titaniumsoorten die worden gebruikt voor bemande bollen van diepzeeduikboten in binnen- en buitenland zijn voornamelijk Ti-6Al-4V en Ti-6Al-4VELI (overeenkomend met de binnenlandse kwaliteiten TC4 en TC4ELI). Veel bemande bollen van diepzeeduikboten werden in het beginstadium van staal gemaakt, maar in het latere stadium werd in plaats daarvan titanium gebruikt, wat het gewicht kan verminderen, de duikdiepte kan vergroten en de levensduur kan verbeteren. Bijvoorbeeld: ① De Amerikaanse Alvin-duikboot werd in 1964 gebouwd met behulp van HYl00 hoogwaardig staal (plaatdikte 33,8 mm) met een duikdiepte van 2000 m. Toen het in 1973 werd herbouwd, werd de drukromp vervangen door titaniumlegering (plaatdikte 49 mm) en werd de duikdiepte verhoogd tot 3600 m. De hulpkast en de hogedrukgasgenerator maakten ook gebruik van Ti-6Al-4VELI; ② De Japanse bemande bolvormige mantel "Deepsea 2000" was gemaakt van staal, en titanium werd gebruikt om de bemande bolvormige mantel voor te bereiden toen de "Deepsea 6500" werd gebouwd om de duikdiepte te vergroten.
Wat betreft de toepassing van drukrompen voor onderzeeërs was Rusland het eerste land dat titanium gebruikte. Het is momenteel het land met de meest geavanceerde en volwassen technologie ter wereld om titanium te gebruiken voor de productie van drukrompen. De enige titaniumsoort die wordt gebruikt bij de productie van volledig titanium kernonderzeeërs is IIT-3B titaniumlegering (overeenkomend met de binnenlandse soort TA17). De laatste jaren heeft China er ook de voorkeur aan gegeven om titaniummaterialen te gebruiken bij de bouw van onderzeeërs, en de soorten zijn voornamelijk geconcentreerd in TA17, TC4, TC4ELI, TC11, puur titanium, enz.
Daarnaast bouwen veel landen momenteel bemande diepzeeduikboten en volledig titanium wapens en uitrusting. De volledig titanium bemande "Struggler"-duikboot die in China is gebouwd, heeft op 10 november 2020 met succes het diepste deel van de oceaan ter wereld uitgedaagd: de Marianentrog, met een diepte van 10.909 m, waarmee de diepzeedroom van het Chinese volk is gerealiseerd. Het bemande bolvormige mantelmateriaal van de duikboot is een zeer sterke, zeer taaie, schadebestendige titaniumlegering die wordt vervaardigd door Baoti Co., Ltd.; China is begonnen met de bouw van volledig titanium diepzee-uitrusting.
2. Zeewaterleidingsysteem
Het zeewaterleidingsysteem is complex en heeft veel diameterspecificaties. De geselecteerde materialen moeten de eigenschappen van zeewatercorrosiebestendigheid, hoge sterkte en goede vermoeidheidsprestaties hebben. Titanium kan aan al deze vereisten voldoen. Buizen van titaniumlegering hebben aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele materialen (koolstofstaal, roestvrij staal, koperlegering).
(1) Verbeter de levensduur, tot dezelfde levensduur als het schip zelf. Rusland vergeleek de levensduur van pijpleidingsystemen gemaakt van traditionele materialen en titanium. De resultaten tonen aan dat titanium dezelfde levensduur heeft als het schip, slechts één keer hoeft te worden geïnvesteerd en slechts eenvoudig onderhoud vereist tijdens gebruik; de levensduur van traditionele materialen is ongeveer 2 tot 10 jaar en moet regelmatig worden gerepareerd of zelfs vervangen tijdens de levensduur, vooral onder invloed van een omgeving met hoge snelheid, zullen verschillende verbindingen lokale corrosie veroorzaken. Volgens de toepassingsgegevens van schepen van de Amerikaanse marine is de levensduur van titaniumleidingen 40 jaar en de levensduur van koper-nikkellegeringleidingen is slechts 6 tot 8 jaar.
China heeft verificatie- en beoordelingstests uitgevoerd op het gebruik van "titaniumlegering" ter vervanging van "koperlegering" voor de productie van zeewaterleidingsystemen. Nadat de TA2 titanium naadloze buizen, ondersteunende buisfittingen en titaniumflenzen geleverd door Baoti bijna 3 jaar hadden gedraaid, werden de pijpleidingen en ondersteunende materialen gedemonteerd en geïnspecteerd, en werden er geen abnormale omstandigheden zoals scheuren, gaten en corrosie gevonden.
(2) Kosten verlagen. Hoewel de eenmalige investeringskosten van titaniumlegeringsonderdelen hoger zijn, kan de eenmalige investering voldoen aan het volledige gebruik en is er slechts eenvoudig onderhoud nodig tijdens het gebruik, wat de reparatie- en onderhoudskosten aanzienlijk bespaart. De koper-nikkellegeringsbuizen die worden gebruikt in de warmtewisselaars van de schepen van de Amerikaanse marine moeten ongeveer 97 km per jaar worden vervangen, terwijl Gr.2 zuivere titaniumbuizen worden geselecteerd voor de twee belangrijkste zeewaterleidingsystemen van het amfibische doktransportschip LPD17, met ongeveer 1,000 buizen en een totale lengte van meer dan 3.350 m, wat tot $ 17 miljoen aan kosten bespaart over de hele levenscyclus. Samenvattend kan het gebruik van titanium in leidingsystemen niet alleen het gewicht verminderen, maar ook dezelfde levensduur bereiken als het hoofdlichaam, terwijl de kosten worden verlaagd. De afgelopen jaren is het in batches toegepast op veel soorten maritieme apparatuur, zoals de 022-boot in China.
3. Bovenbouw
Momenteel zijn er ook voorbeelden van titaniumtoepassingen in de bovenbouw van binnenlandse schepen, zoals Ti70 (TA23) voor masten, TA5- en TA7-staven voor radarantennes en TA2- en TA5-platen voor hangarhuiden en frameconstructies. De Amerikaanse marine gebruikte ook een grote hoeveelheid titanium in het belangrijkste bovenbouwgebied van het amfibische doktransportschip LPD17, waardoor de massa met ongeveer 50% werd verminderd en de stabiliteit van het schip aanzienlijk werd verbeterd.
4. Toepassing op andere gebieden
Naast de hierboven genoemde drukrompen, leidingsystemen en bovenbouwen waarin veel titanium wordt gebruikt, zijn er ook andere onderdelen van binnen- en buitenlandse maritieme apparatuur waarin titanium wordt gebruikt.