Применение титана и титановых сплавов в судостроении

Титан — самый идеальный материал в морской среде. Использование титана может значительно повысить боевую эффективность военных кораблей и оборудования, сократить расходы на техническое обслуживание, продлить срок службы и улучшить скрытность. Российские, американские и китайские военно-морские силы широко использовали титан в прочных корпусах, системах трубопроводов морской воды, надстройках и других компонентах подводных аппаратов, подводных лодок, надводных кораблей, судов и другого оборудования.

1. Прочный корпус
Марки титана, используемые для обитаемых сфер глубоководных подводных аппаратов в стране и за рубежом, в основном Ti-6Al-4V и Ti-6Al-4VELI (соответствующие отечественным маркам TC4 и TC4ELI). Многие обитаемые сферы глубоководных подводных аппаратов на ранней стадии изготавливались из стали, но на более поздней стадии вместо этого использовался титан, что может снизить вес, увеличить глубину погружения и улучшить срок службы. Например: ① Американский подводный аппарат Alvin был построен в 1964 году с использованием высокопрочной стали HYl00 (толщина пластины 33,8 мм) с глубиной погружения 2000 м. Когда он был перестроен в 1973 году, прочный корпус был заменен титановым сплавом (толщина пластины 49 мм), а глубина погружения увеличилась до 3600 м. Вспомогательный ящик и газогенератор высокого давления также использовали Ti-6Al-4VELI; ② Японская пилотируемая сферическая оболочка «Deepsea 2000» была изготовлена ​​из стали, а титан использовался для изготовления пилотируемой сферической оболочки при строительстве «Deepsea 6500» с целью увеличения глубины погружения.

Что касается применения прочных корпусов подводных лодок, Россия первой начала использовать титан. В настоящее время это страна с самой передовой и зрелой технологией в мире по использованию титана для производства прочных корпусов. Единственная марка титана, используемая в ее полностью титановом производстве атомных подводных лодок, — это титановый сплав IIT-3B (соответствует отечественной марке TA17). В последние годы Китай также предпочитает использовать титановые материалы при строительстве подводных лодок, и марки в основном сосредоточены в TA17, TC4, TC4ELI, TC11, чистом титане и т. д.

Кроме того, многие страны в настоящее время строят глубоководные пилотируемые подводные аппараты и глубоководное полностью титановое оружие и оборудование. Полностью морской пилотируемый подводный аппарат «Struggler», построенный в Китае, успешно бросил вызов самой глубокой части мирового океана — Марианской впадине 10 ноября 2020 года на глубине 10 909 м, реализовав глубоководную мечту китайского народа. Материалом сферической оболочки пилотируемого подводного аппарата является высокопрочный, высокопрочный и устойчивый к повреждениям титановый сплав, производимый Baoti Co., Ltd.; Китай начал строить полностью титановое глубоководное оборудование.

2. Система трубопроводов морской воды
Система трубопроводов морской воды сложна и имеет множество спецификаций диаметра. Выбранные материалы должны обладать характеристиками коррозионной стойкости в морской воде, высокой прочностью и хорошими усталостными характеристиками. Титан может соответствовать всем этим требованиям. Трубы из титанового сплава имеют значительные преимущества по сравнению с традиционными материалами (углеродистая сталь, нержавеющая сталь, медный сплав).

(1) Улучшить срок службы, до того же срока службы, что и у самого корабля. Россия сравнила срок службы трубопроводных систем из традиционных материалов и титана. Результаты показывают, что титан имеет такой же срок службы, как и корабль, требует только один раз инвестиций и требует только простого обслуживания во время использования; срок службы традиционных материалов составляет около 2–10 лет, и их необходимо регулярно ремонтировать или даже заменять в течение срока службы, особенно под воздействием высокоскоростной среды вождения, различные соединения будут вызывать локальную коррозию. Согласно данным по применению кораблей ВМС США, срок службы титановых трубопроводов составляет 40 лет, а срок службы трубопроводов из медно-никелевого сплава составляет всего 6–8 лет.
Китай провел проверочные и оценочные испытания по использованию «титанового сплава» вместо «медного сплава» для производства трубопроводных систем морской воды. После того, как титановые бесшовные трубы TA2, опорные фитинги и титановые фланцы, предоставленные Baoti, проработали почти 3 года, трубопроводы и опорные материалы были разобраны и осмотрены, и никаких аномальных состояний, таких как трещины, отверстия и коррозия, обнаружено не было.

(2) Сокращение расходов. Хотя единовременные инвестиционные затраты на детали из титанового сплава выше, единовременные инвестиции могут покрыть весь срок службы, и во время использования требуется только простое обслуживание, что значительно экономит расходы на ремонт и обслуживание. Трубы из медно-никелевого сплава, используемые в теплообменниках кораблей ВМС США, необходимо заменять примерно через 97 км в год, в то время как трубы из чистого титана Gr.2 выбраны для двух основных систем трубопроводов морской воды амфибийного транспортного судна-дока LPD17 с примерно 1,000 труб и общей длиной более 3350 м, что позволяет сэкономить до 17 миллионов долларов затрат за весь жизненный цикл. Подводя итог, можно сказать, что использование титана в системах трубопроводов может не только снизить вес, но и достичь того же срока службы, что и у основного корпуса, при этом снижая затраты. В последние годы он применялся партиями на многих типах морского оборудования, таких как лодка 022 в Китае.

3. Надстройка
В настоящее время имеются также примеры применения титана в надстройке отечественных судов, такие как Ti70 (TA23) для мачт, стержни TA5 и TA7 для антенн радаров, а также пластины TA2 и TA5 для обшивки ангаров и каркасных конструкций. ВМС США также использовали большое количество титана в ключевой области надстройки амфибийного транспортного корабля-дока LPD17, что снизило его массу примерно на 50% и значительно улучшило остойчивость корабля.

4. Применение в других областях
Помимо вышеупомянутых прочных корпусов, систем трубопроводов и надстроек, в производстве которых используется большое количество титана, существуют и другие детали отечественного и зарубежного морского оборудования, в производстве которых также используется титан.