1. Tại sao tấm hợp kim titan lại quan trọng đối với tàu thủy
Tấm hợp kim titan đã trở thành vật liệu chiến lược trong đóng tàu vì bốn đặc tính liên quan trực tiếp đến các vấn đề thiết kế hàng hải: mật độ thấp, cường độ riêng cao, khả năng chống ăn mòn vượt trội trong nước biển và đặc tính không{0}}từ tính. Titan và hợp kim của nó được sử dụng trên nhiều loại tàu - tàu ngầm hạt nhân, tàu lặn-biển sâu, tàu phá băng, tàu cánh ngầm, thủy phi cơ và tàu quét mìn - và trong các bộ phận đa dạng như cánh quạt, ăng-ten roi, đường ống nước biển, bình ngưng, bộ trao đổi nhiệt, thiết bị âm thanh và hệ thống chữa cháy.
2. Đặc tính chính của tấm hợp kim Titan
Nhẹ:ở mức khoảng 4,5 g/cm³, titan chiếm khoảng 57% mật độ của thép, giúp giảm trọng lượng kết cấu và cải thiện tốc độ, tải trọng và tiết kiệm nhiên liệu.
Cường độ riêng cao:tỷ lệ cường độ-trên-trọng lượng của hợp kim titan như Ti-6Al-4V vượt trội so với hầu hết các loại thép kết cấu hàng hải, cho phép các phần mỏng hơn, nhẹ hơn cho cùng một tải trọng.
Độ dẻo dai tuyệt vời của nhựa:độ giãn dài và khả năng chống gãy cao làm cho tấm titan phù hợp với các cấu trúc biển{0}}chịu va đập.
Chống ăn mòn:màng TiO₂ tự phục hồi chống lại sự tấn công liên quan đến nước biển, clorua và cặn sinh học, loại bỏ các vấn đề về điện và rỗ làm hạn chế hệ thống đồng và không gỉ trong dịch vụ nước biển.
Không{0}}có từ tính:cần thiết cho tàu quét mìn, hệ thống âm thanh và các tàu nhạy cảm với-chữ ký{1}}từ tính.
Độ ổn định kích thước:độ giãn nở nhiệt thấp và hoạt động cơ học ổn định làm giảm sự biến dạng trong các cụm hàn và chu trình nhiệt.
3. Nguồn tài nguyên Titan sẵn có
Một quan niệm sai lầm phổ biến là titan rất hiếm. Trên thực tế, titan là nguyên tố phổ biến thứ chín trong lớp vỏ Trái đất, chiếm khoảng 0,6% khối lượng -, phổ biến hơn đồng, niken, kẽm hoặc chì. Khó khăn không nằm ở sự sẵn có mà nằm ở việc chiết xuất và xử lý: ái lực hóa học cao của titan đối với oxy và nitơ đòi hỏi bầu khí quyển chân không hoặc trơ -nóng chảy và kiểm soát quá trình xử lý cẩn thận. Hoạt động hóa học của titan ổn định hai mặt -{7}} trong không khí ở nhiệt độ phòng, nhưng có khả năng phản ứng cao với khí ở nhiệt độ cao -, đó là lý do tại sao việc nấu chảy, rèn và hàn cần có các thiết bị chuyên dụng.
4. Lưu ý về độ dẫn nhiệt
Titan dẫn nhiệt chậm hơn hầu hết các kim loại cấu trúc phổ biến: độ dẫn nhiệt của nó khoảng 15–17 W/(m·K) gần bằng độ dẫn nhiệt của thép không gỉ, khoảng một-một phần mười bốn độ dẫn nhiệt của nhôm và khoảng một-năm độ dẫn nhiệt của sắt. Điều này quan trọng đối với thiết kế bộ trao đổi nhiệt (có thể cần nhiều diện tích bề mặt hơn) nhưng không phải là nhược điểm đối với các ứng dụng kết cấu; nó cũng tạo ra những cơ hội thú vị trong các hệ thống ô tô và hàng hải hạng nhẹ, nơi mong muốn giữ nhiệt.
5. Ứng dụng trong Hệ thống Tàu thủy
Đường ống và máy bơm nước biển.Máy bơm, van và hệ thống đường ống của tàu hoạt động trong môi trường nước biển khắc nghiệt. Hệ thống đồng và thép không gỉ thường yêu cầu thay thế sau một số năm sử dụng hạn chế, trong khi hệ thống titan - đặc biệt là đường ống dẫn nước biển động có dòng chảy cao - đã chứng tỏ khả năng phục vụ đáng tin cậy với tuổi thọ thiết kế vượt xa các vật liệu thông thường. Thực tiễn ngành đối với đường ống tàu thủy phản ánh điều này: kiểm tra khô-bến tàu ban đầu khoảng 8–9 năm, thời gian sử dụng tối thiểu là 15 năm và 25–30 năm đối với các loại tàu-cao cấp nhất mà hợp kim titan có thể đáp ứng trong dịch vụ nước biển.
Bộ trao đổi nhiệt và bình ngưng.Các ống và tấm titan trong bộ trao đổi nhiệt vỏ-và-ống loại bỏ hiện tượng ăn mòn rỗ clorua và kẽ hở, kéo dài khoảng thời gian bảo trì khi làm mát động cơ và khử muối.
Cánh quạt và phần phụ.Cánh quạt bằng titan chống lại hư hỏng do xâm thực và ăn mòn của nước biển đồng thời tiết kiệm trọng lượng.
Tất cả-thuyền titan.Kể từ những năm 1990, các nhà máy đóng tàu ở Nhật Bản và Trung Quốc đã đóng tất cả-tàu đánh cá và tàu cao tốc bằng titan. Các thử nghiệm trên biển xác nhận hiệu suất tuyệt vời về tốc độ, độ ổn định, độ rung và tiếng ồn. Sự cân bằng-rất rõ ràng: lợi thế bao gồm trọng lượng nhẹ hơn và tốc độ cao hơn, động cơ nhỏ gọn, chi phí nhiên liệu thấp hơn, lượng khí thải CO₂ thấp, không cần lớp phủ bề mặt và các phụ kiện--dễ làm sạch; Những nhược điểm bao gồm chi phí vật liệu cao hơn, yêu cầu chế tạo đòi hỏi phải có thiết bị và hàn chuyên dụng cũng như bảo vệ chặt chẽ hơn bề mặt titan khỏi bị nhiễm bẩn trong quá trình xử lý.
6. Lựa chọn lớp
| Ứng dụng | Lớp điển hình | Cơ sở lý luận |
|---|---|---|
| Đường ống nước biển, bộ trao đổi nhiệt | Gr.2 (UNS R50400) | Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng hàn, kinh tế |
| Dịch vụ giảm thiểu/dễ xảy ra kẽ hở | Gr.7 (R52400), Gr.12 (R53400) | Pd / Mo-Bổ sung Ni chống ăn mòn kẽ hở |
| Bộ phận kết cấu và động cơ đẩy | Gr.5 (Ti-6Al-4V, R56400) | Tỷ lệ sức mạnh-trên-trọng lượng cao nhất |
| Ống dẫn và bộ phận tạo hình | Khối 1/ Khối 3 (CP) | Khả năng định hình / sức mạnh trung gian |
7. Kết luận
Tấm hợp kim titan cung cấp sự đảm bảo chắc chắn cho hiệu suất được cải thiện và hoạt động đáng tin cậy trong toàn ngành đóng tàu - từ thân tàu chịu áp lực và tàu lặn-biển sâu đến đường ống nước biển, bộ trao đổi nhiệt và-tàu thuyền titan tốc độ cao. Khi chi phí vòng đời được đánh giá một cách trung thực, khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ lâu dài của titan thường khiến nó trở thành lựa chọn kinh tế mặc dù chi phí ban đầu cao hơn. Việc chỉ định đúng cấp độ, quy trình hàn và chế độ bảo vệ bề mặt-là điều cần thiết để nhận ra toàn bộ giá trị của nó trong hoạt động hàng hải.
Công ty tự hào có dây chuyền sản xuất chế biến titan hàng đầu trong nước, bao gồm:
Dây chuyền sản xuất ống titan chính xác-nhập khẩu của Đức (công suất sản xuất hàng năm: 30.000 tấn);
Dây chuyền cán lá titan công nghệ-Nhật Bản (mỏng nhất đến 6μm);
Dây chuyền ép đùn liên tục thanh titan hoàn toàn tự động;
Máy nghiền hoàn thiện tấm và dải titan thông minh;
Hệ thống MES cho phép điều khiển và quản lý kỹ thuật số toàn bộ quy trình sản xuất, đạt được độ chính xác kích thước sản phẩm là ±0,01μm.
