Vật liệu titan trong kỹ thuật ngoài khơi

Cả việc phát triển kinh tế biển và phát triển lực lượng hải quân hiện đại đều đòi hỏi phải phát triển hàng loạt trang thiết bị hàng hải. Thực tiễn cho thấy rằng các thiết bị hàng hải tiên tiến, cho dù đó là thiết bị sản xuất dầu khí ở biển sâu, hay tàu ngầm hạt nhân, tàu lặn và các thiết bị khác, đều liên quan đến thiết bị titan, vật liệu hợp kim titan và titan nhẹ, chống ăn mòn có thể đóng góp đáng kể vào thiết bị hàng hải đạt được hiệu suất cao, tuổi thọ cao và độ tin cậy cao.

Cũng như titan hiện nay trong lĩnh vực kỹ thuật đại dương đang phát triển. Trung Quốc là quốc gia lớn về ngành công nghiệp titan của thế giới, có hệ thống nghiên cứu và phát triển, sản xuất và ứng dụng titan hoàn hảo hơn, với năng lực sản xuất quy mô lớn và dự trữ công nghệ ứng dụng đa diện, đẩy nhanh sự phát triển của titan trong kỹ thuật hàng hải, không chỉ cần thiết , nhưng cũng khả thi.

So với thép, thép không gỉ, đồng, nhôm và các vật liệu khác, đặc điểm nổi bật nhất của titan là mật độ thấp, độ bền cao, chống ăn mòn nhưng cũng có khả năng chống xói mòn nước biển, không từ tính, không lạnh, độ thấm cao, dễ tạo hình, đúc, hàn nên có nhiều ứng dụng trong các ngành kỹ thuật hàng hải khác nhau.

Titan có vai trò lớn trong kỹ thuật đại dương nhưng vẫn có một số thiếu sót và vấn đề cần quan tâm. Kỹ thuật đại dương phải đối mặt với nhiều thách thức, chủ yếu ở năm khía cạnh:

Đầu tiên, trong việc sản xuất vật liệu titan.

Do vật liệu titan có nhiệt độ nóng chảy cao (1668), khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao, vùng nhiệt độ xử lý nhiệt hẹp, việc sản xuất gặp khó khăn, đặc biệt là vật liệu titan có kích thước lớn, hiệu suất cao. Không chỉ cần lò nấu chảy chân không lớn (lò hồ quang điện chân không, lò giường lạnh chùm tia điện tử) và cần thiết bị xử lý áp suất nặng (máy ép rèn, máy cán, máy đùn, v.v.). Đơn vị sản xuất titan có mức đầu tư sản phẩm rất lớn, lên tới 30 ~ 40 triệu đồng/tấn. Năng lực sản xuất thiết bị titan so với thép có cùng thông số kỹ thuật (1633,-16.00,-0.97%) tương đương hoặc nhiều thiết bị hơn, trong khi sản lượng và tỷ lệ sử dụng thiết bị của nó chỉ là một trong hàng chục, dẫn đến chi phí sản xuất cao.

Thứ hai, về thiết kế sản phẩm.

Titan có độ bền uốn cao ({0}}.9), hệ số cường độ hàn cao (hơn 0,9), trong khi mô đun đàn hồi, độ dẫn nhiệt và hệ số giảm chấn thấp. Trong một số điều kiện nhất định, titan có thể gặp phải các vấn đề tiếp xúc như ăn mòn kẽ hở, ăn mòn khớp nối điện và hiện tượng giòn do hydro. Do các tính chất vật lý, hóa học và cơ học của titan, nên áp dụng các quy tắc thiết kế và thông số kỹ thuật mới (như hệ số an toàn, phụ cấp ăn mòn, biện pháp chống cháy, dạng kết cấu, dạng mối hàn, v.v.) để thiết kế thiết bị titan. Hệ số giảm chấn của vật liệu titan nhỏ (trừ hợp kim nhớ hình TiNi), khi sử dụng rung động, cần thực hiện các biện pháp chống rung. Titan vào lĩnh vực công nghiệp chỉ có vài thập kỷ lịch sử, ít kinh nghiệm thiết kế, nhiều vấn đề cần khám phá.

Thứ ba, trong sản xuất sản phẩm.

Do mô đun đàn hồi của titan thấp, khả năng phục hồi khi gia công nguội, độ dẫn nhiệt thấp, bề mặt dễ mài mòn, trầy xước và các đặc tính khác, tất cả đều dẫn đến việc hình thành các bộ phận titan, xử lý nhiệt, gia công và các khó khăn khác, nên công nghệ trưởng thành cần phải được đã tìm hiểu từ lâu.

Thứ tư, trong ứng dụng.

Do khả năng chống ăn mòn mạnh của titan, thiết bị titan dành cho thiết bị "vĩnh viễn" hoặc bán cố định, chu kỳ đánh giá thiết bị rất dài, do đó việc sử dụng một đơn vị gồm một, hai, ba thế hệ kỹ sư và kỹ thuật viên khó có thể thực hiện được. nắm bắt đầy đủ ứng dụng của một thiết bị, không thể đánh giá toàn diện và khách quan về thiết bị titan.

Thứ năm, trong khái niệm lựa chọn vật liệu.

Hầu hết mọi người vẫn khó vượt qua được suy nghĩ quán tính “titan quá đắt”. Trong khả năng đầu tư hạn chế, khó có thể sử dụng thép thân tàu đắt gấp 5 đến 10 lần vật liệu titan để thay thế thép hoặc đồng chế tạo thiết bị hàng hải. Nói một cách tương đối, khoản đầu tư một lần vào thiết bị titan thực sự là rất lớn, và lợi thế kinh tế và kỹ thuật của thiết bị titan chủ yếu được phản ánh qua chi phí trọn đời, tức là chủ yếu bởi lợi ích lâu dài. Rất nhiều công việc đã được thực hiện trong việc đánh giá lợi ích và thúc đẩy việc phổ biến vật liệu titan để mở rộng ứng dụng của chúng trong kỹ thuật hàng hải.