کاربرد تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در تجهیزات دریایی

تیتانیوم ایده آل ترین ماده در محیط های دریایی است. استفاده از تیتانیوم می تواند اثربخشی رزمی کشتی ها و تجهیزات نیروی دریایی را تا حد زیادی بهبود بخشد، هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد، عمر سرویس را افزایش دهد و اختفا را بهبود بخشد. نیروی دریایی روسیه، آمریکا و چین به طور گسترده ای از تیتانیوم در بدنه های تحت فشار، سیستم های خط لوله آب دریا، روبناها و سایر اجزای زیردریایی ها، زیردریایی های زیردریایی، کشتی های سطحی، کشتی ها و سایر تجهیزات استفاده کرده اند.

1. بدنه فشار
گریدهای تیتانیوم مورد استفاده برای کره های سرنشین دار زیردریایی های اعماق دریا در داخل و خارج از کشور عمدتاً Ti-6Al-4V و Ti{3}}Al-4VELI (مرتبط با گریدهای داخلی هستند. TC4 و TC4ELI). بسیاری از گوی های سرنشین دار زیردریایی های اعماق دریا در مراحل اولیه از فولاد ساخته می شدند، اما در مراحل بعدی به جای آن از تیتانیوم استفاده شد که می تواند وزن را کاهش دهد، عمق غواصی را افزایش دهد و عمر مفید را بهبود بخشد. به عنوان مثال: ① شناور آمریکایی آلوین در سال 1964 با استفاده از فولاد با مقاومت بالا HYl00 (ضخامت صفحه 33.8 میلی متر) با عمق غواصی 2000 متر ساخته شد. هنگامی که در سال 1973 بازسازی شد، بدنه تحت فشار با آلیاژ تیتانیوم (ضخامت صفحه 49 میلی متر) جایگزین شد و عمق غواصی به 3600 متر افزایش یافت. جعبه کمکی و ژنراتور گاز پرفشار آن نیز از Ti-6Al-4VELI; ② پوسته کروی سرنشین دار ژاپنی "Deepsea 2000" از فولاد ساخته شده بود و زمانی که "Deepsea 6500" برای افزایش عمق غواصی ساخته شد، از تیتانیوم برای آماده سازی پوسته کروی سرنشین دار استفاده شد.

از نظر کاربرد بدنه های تحت فشار زیردریایی، روسیه اولین کشوری بود که از تیتانیوم استفاده کرد. در حال حاضر این کشور دارای پیشرفته ترین و بالغ ترین فناوری در جهان برای استفاده از تیتانیوم برای تولید بدنه های تحت فشار است. تنها گرید تیتانیوم مورد استفاده در ساخت زیردریایی هسته ای تمام تیتانیوم، آلیاژ تیتانیوم IIT-3B (مطابق با گرید داخلی TA17) است. در سال‌های اخیر، چین نیز ترجیح داده است از مواد تیتانیوم در ساخت زیردریایی‌ها استفاده کند و گریدها عمدتاً در TA17، TC4، TC4ELI، TC11، تیتانیوم خالص و غیره متمرکز شده‌اند.

علاوه بر این، بسیاری از کشورها در حال حاضر در حال ساخت زیردریایی های سرنشین دار در اعماق دریا و سلاح ها و تجهیزات تمام تیتانیومی در اعماق دریا هستند. زیردریایی سرنشین دار تمام دریا "Struggler" که در چین ساخته شد، در 10 نوامبر 2020 با موفقیت عمیق ترین بخش اقیانوس جهان - خندق ماریانا را با عمق 10909 متر به چالش کشید و رویای مردم چین در اعماق دریا را محقق کرد. مواد پوسته کروی سرنشین دار شناور یک آلیاژ تیتانیوم با مقاومت بالا و مقاوم در برابر آسیب است که توسط شرکت Baoti Co., Ltd. ساخته شده است. چین شروع به ساخت تجهیزات تمام تیتانیوم در اعماق دریا کرده است.

2. سیستم خط لوله آب دریا
سیستم خط لوله آب دریا پیچیده است و دارای مشخصات قطر زیادی است. مواد انتخاب شده باید دارای ویژگی های مقاومت در برابر خوردگی آب دریا، استحکام بالا و عملکرد خستگی خوب باشند. تیتانیوم می تواند تمام این الزامات را برآورده کند. لوله های ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم مزایای قابل توجهی نسبت به مواد سنتی (فولاد کربن، فولاد ضد زنگ، آلیاژ مس) دارند.

(1) عمر سرویس را به همان عمر خود کشتی بهبود دهید. روسیه عمر مفید سیستم های خط لوله ساخته شده از مواد سنتی و تیتانیوم را مقایسه کرد. نتایج نشان می‌دهد که تیتانیوم عمر مفیدی مشابه کشتی دارد، فقط باید یک بار سرمایه‌گذاری شود، و فقط به تعمیر و نگهداری ساده در طول استفاده نیاز دارد. عمر مفید مواد سنتی حدود 2 تا 10 سال است و باید در طول عمر مفید به طور مرتب تعمیر یا حتی تعویض شوند، به خصوص تحت تأثیر محیط رانندگی با سرعت بالا، اتصالات مختلف باعث خوردگی موضعی می شوند. با توجه به داده های کاربردی کشتی های نیروی دریایی ایالات متحده، طول عمر لوله های تیتانیوم 40 سال و عمر لوله های آلیاژ مس نیکل تنها 6 تا 8 سال است.
چین آزمایش‌های راستی‌آزمایی و ارزیابی استفاده از «آلیاژ تیتانیوم» را برای جایگزینی «آلیاژ مس» برای تولید سیستم‌های خط لوله آب دریا انجام داده است. پس از اینکه لوله های بدون درز تیتانیوم TA2، اتصالات لوله پشتیبان و فلنج های تیتانیوم ارائه شده توسط بائوتی به مدت نزدیک به 3 سال اجرا شد، خطوط لوله و مواد پشتیبان جدا و بازرسی شدند و هیچ شرایط غیرعادی مانند ترک، سوراخ و خوردگی یافت نشد.

(2) کاهش هزینه ها. اگرچه هزینه سرمایه گذاری یکباره قطعات آلیاژ تیتانیوم بیشتر است، اما یک بار سرمایه گذاری می تواند تمام طول عمر را برآورده کند و تنها تعمیر و نگهداری ساده در طول استفاده مورد نیاز است که تا حد زیادی در هزینه های تعمیر و نگهداری صرفه جویی می کند. لوله‌های آلیاژ مس نیکل مورد استفاده در مبدل‌های حرارتی کشتی‌های نیروی دریایی ایالات متحده باید حدود 97 کیلومتر در سال جایگزین شوند، در حالی که لوله‌های تیتانیوم خالص Gr.2 برای دو سیستم لوله‌کشی اصلی آب دریا کشتی‌های حمل و نقل اسکله آبی خاکی LPD17 انتخاب می‌شوند. با حدود 1،000 لوله و طول کل بیش از 3350 متر، که تا 17 میلیون دلار در هزینه ها در کل چرخه عمر صرفه جویی می کند. به طور خلاصه، استفاده از تیتانیوم در سیستم های لوله کشی نه تنها می تواند وزن را کاهش دهد، بلکه به طول عمر مشابه بدنه اصلی و در عین حال کاهش هزینه ها می رسد. در سال های اخیر، آن را به صورت دسته ای بر روی بسیاری از انواع تجهیزات دریایی مانند قایق 022 در چین استفاده شده است.

3. روبنا
در حال حاضر نمونه هایی از کاربرد تیتانیوم در روبنای کشتی های داخلی مانند Ti70 (TA23) برای دکل ها، میله های TA5 و TA7 برای آنتن های رادار و صفحات TA2 و TA5 برای پوسته های آشیانه و سازه های قاب وجود دارد. نیروی دریایی ایالات متحده همچنین از مقدار زیادی تیتانیوم در ناحیه روبنای کلیدی کشتی حمل و نقل اسکله آبی خاکی LPD17 استفاده کرد که جرم آن را حدود 50 درصد کاهش داد و پایداری کشتی را بسیار بهبود بخشید.

4. کاربرد در زمینه های دیگر
علاوه بر بدنه های تحت فشار، سیستم های لوله کشی و روسازه های فوق که از مقدار زیادی تیتانیوم استفاده می کنند، قطعات دیگری از تجهیزات دریایی داخلی و خارجی نیز وجود دارد که از تیتانیوم نیز استفاده می کنند.