Marine Nouveaux matériaux: MÉTAL MARINE - ALLIAGE DE TITANIUME

Les matériaux utilisés dans l'ingénierie marine doivent posséder une résistance élevée, une résistance à la corrosion hydrothermale de l'eau de mer, une corrosion sulfure, une attachement microbien et une forte ténacité. Le titane, étant léger, fort et résistant à la corrosion, en particulier à l'abri des effets corrosifs de l'eau salée, de l'eau de mer et de l'environnement atmosphérique marine - est un excellent matériau structurel léger. Connu sous le nom de «Marine Metal», le titane est un matériau stratégique critique. Il est largement utilisé en génie maritime et convient particulièrement aux équipements offshore légers, ce qui en fait l'un des nouveaux matériaux clés sur le terrain. Par conséquent, l'utilisation complète des alliages de titane et de titane comme matériaux marins contribuera considérablement au développement des stratégies marines nationales.

Applications des alliages de titane en génie maritime

1. Applications dans les navires navals

L'application d'alliages de titane dans la construction navale a commencé dans les années 1960, environ une décennie plus tard que dans l'industrie aérospatiale. Les États-Unis, la Russie, le Japon et la Chine ont été parmi les premiers pays à rechercher des applications en titane dans les navires navals.

A. Matériaux structurels de coque
Les coques en titane, par rapport aux matériaux traditionnelles telles que les plastiques renforcés par les fibres, les alliages en aluminium et l'acier, sont plus légers, permettent une capacité de charge utile accrue, ont des vies de service plus longues, nécessitent un entretien minimal et résistent au biofouling marin. Par exemple, les navires de pêche en titane construits par Nippon Steel, Toho Technology et Eto du Japon sont dotés de coques, de terrasses et de composants structurels entièrement en titane. Le bateau-vitesse "Titan Fast", construit par l'industrie Nissei, mesure environ 12 mètres de long avec une coque rationalisée qui minimise la traînée.

B. pompes, vannes, tuyauterie et autres composants
Sur les navires navals, les pompes, les vannes et les tuyaux fonctionnent souvent dans des conditions difficiles. La tuyauterie traditionnelle en cuivre ou en acier inoxydable ne dure que 2 à 5 ans. Le titane offre une résistance supérieure à la corrosion et à l'érosion, une bonne limite d'élasticité et une faible densité, ce qui le rend idéal pour les tuyaux et les raccords à parois minces. Les systèmes de tuyauterie en titane réduisent considérablement le poids, prolongent la durée de vie et améliorent la fiabilité. Par exemple, les tubes de condenseur en titane pèsent environ la moitié que les tubes en nickel cuivre B30. L'utilisation militaire a montré que les systèmes de tuyauterie en alliage en titane ont une excellente résistance mécanique et une résistance à la corrosion, avec des durées de service dépassant 120, 000} (plus de 40 ans), surfant de loin les composants en cuivre ou en acier inoxydable.

C. Systèmes de propulsion de puissance
L'utilisation d'alliages de titane pour les hélices et les arbres améliore la vitesse de propulsion et la durée de vie. La marine américaine emploie des hélices en titane sur divers navires, dont 1 500 mm de diamètre détachable de diamètre hélice à quatre lames pour les hydrofoils. Les alliages de titane sont également utilisés dans les systèmes de propulsion à jet d'eau, tels que le système Ti -6 al -4 V sur le bateau à torpille "PT -10", ce qui a réduit le poids de l'arbre de 600 kg. Les briseurs de glace à propulsion nucléaire de la Russie présentent également des moteurs à vapeur en titane. Les systèmes de propulsion en titane réduisent les courants induits et évitent de déclencher des mines magnétiques, un problème avec les alliages de cuivre.

La Chine a commencé la recherche sur l'hélice dans les années 1960 et, en 1972, a développé des hélices d'alliage de titane pour les bateaux hydrofoix. Aujourd'hui, la Chine peut fabriquer des hélices d'alliage de titane fixe jusqu'à 1 200 mm de diamètre et peser 130 kg. Sur les torpilles de type 25, les alliages de titane ont remplacé AK -27 en acier et alliages de cuivre, réduisant le poids de 30 à 40%, prolongeant la durée de vie, éliminant le besoin de revêtements, allégeant la suppression de biofoux et simplifiant l'entretien.

Dômes de sonar
Les carénages de sonar sont des couvertures rationalisées qui réduisent le bruit hydrodynamique et protégeaient l'équipement de sonar. Ceux-ci doivent présenter une excellente transparence acoustique. Actuellement, les navires navals chinois utilisent des dômes de sonar en plastique renforcés en acier inoxydable ou en fibre de verre. Alors que la Russie utilise autrefois la fibre de verre, elle utilise désormais principalement les dômes en alliage de titane. Ceux-ci sont utilisés sur des navires tels que les porte-avions russes "Kursk", "Minsk" et "Kiev".

2. Summerson en haute mer

Dans le cadre du programme "{0}}" {0}} chinois ", le 702 de l'Institut 702 de China Shipbuilding Industry Corporation a développé un compteur 7, 000- submersible fait avec des alliages de titane spéciaux. Mesurant 8 mètres de long, 3,4 mètres de haut et 3 mètres de large, il peut résister à 710 tonnes de pression et intègre des technologies de pointe. La cabine sphérique habitée, capable de résister à 700 atmosphères de pression, soutient un système de soutien à la vie comparable à ceux utilisés dans les missions spatiales.

3. Condenseurs

Selon l'UNESCO, la capacité mondiale de l'énergie océanique atteint 76,6 milliards de kW. Dans les centrales côtières et nucléaires, les condenseurs sont des composants vitaux utilisant l'eau de mer comme liquide de refroidissement. Les condenseurs traditionnels en acier et en cuivre souffrent d'une mauvaise résistance à la corrosion de l'eau de mer. La durabilité et la résistance à la corrosion du titane le rendent idéal pour ces applications. Environ 3 à 4% des centrales thermiques et hydroélectriques du monde utilisent des condenseurs en titane, et 30% des centrales nucléaires le font. En Chine, des plantes telles que Taizhou, Zhenhai, Qinshan et Daya Bay utilisent des condenseurs All-Titanium en raison de leur excellente résistance à la corrosion, de leur longue durée de vie, de leur efficacité de transfert de chaleur élevée, de leurs besoins en maintenance réduite.

4. Sous-marins nucléaires

La Russie mène dans la technologie des sous-marins nucléaires en alliage en alliage en titane. C'était le premier à utiliser l'alliage de titane pour les coques de pression, à partir des années 1960. Le premier sous-marin nucléaire entièrement en Titane au monde, K -162, lancé en 1968, a opéré plus de 30 ans sans incident. Les sous-marins de classe Alfa, construits dans les années 1970 et 1980, ont utilisé environ 3, 000 tonnes de titane chacun et pourraient plonger à 914 mètres. Les sous-marins de la classe de typhon de la Russie sont dotés de doubles coques à partir d'environ 9, 000 tonnes de titane, offrant des propriétés non magnétiques, des capacités de plongée profonde, une vitesse élevée, un faible bruit et un entretien réduit.

Aux États-Unis, le Southwest Research Institute (SWRI) a développé un submersible en haute mer habitué en utilisant un alliage en titane Eliti -64. La cabine sphérique de 2. 1- diamètre du mètre accueille trois personnes et peut plonger à des profondeurs de 6 500 mètres.

5. Stations en courses profondes

Les stations spatiales mobiles en haute hauteère, souvent appelées «tiangong» de l'océan, sont utilisées pour l'exploration scientifique marine. Depuis les années 1960, les États-Unis et l'Union soviétique ont avancé des systèmes de station en haute mer. La Russie à 2 000 Conception ciblée Extraction de l'huile océanique arctique. La Chine a proposé le concept dans les années 1990 pour le développement pacifique des ressources marines. Ces stations reposent fortement sur les matériaux en alliage de titane. Le «13e plan quinquennal» et les «grands projets d'innovation scientifique et technologique en 2030 mettent l'accent sur la construction de la station en haute mer, estimant plus de 4 000 tonnes de matériaux en titane par station principale.

6. Désalination de l'eau de mer

Le dessalement de l'eau de mer est crucial dans les régions arides comme le Moyen-Orient. La méthode la plus fiable et la plus utilisée est la distillation Flash (MSF) en plusieurs étapes, qui comprend des composants tels que les radiateurs d'eau de mer, les unités de récupération de chaleur et divers condenseurs. Fabriquées à l'origine avec des alliages de cuivre, ces composants sont désormais généralement fabriqués au titane en raison de sa résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements à haute température, à haute salinité et chloré. Le titane est désormais le matériau préféré des échangeurs de chaleur dans les systèmes de dessalement.

Avec une croissance rapide des industries pétrochimiques et puissantes côtières, l'eau de mer remplace de plus en plus l'eau douce en tant que milieu de refroidissement. En raison de la corrosivité de l'eau de mer, de l'acier au carbone traditionnel ou des tubes en acier inoxydable se dégrade rapidement, provoquant une défaillance de l'équipement, des arrêts fréquents et des pertes économiques. La mise à niveau des tubes en titane prolonge considérablement la durée de vie de l'échangeur de chaleur et améliore l'efficacité.

7. Plate-formes de forage offshore

Les alliages de titane sont idéaux pour les systèmes de forage marin en raison de leur forte résistance, de leur faible densité, de leur excellente résistance à la corrosion et de leur ténacité. Des composants tels que les contrevenants, les tuyaux de forage et les joints de stress bénéficient des composites en titane ou en acier en titane, améliorant les performances et réduisant les coûts.

(1) Marine Drilling Risers
Les contrevenants en titane sont légers, tolérants aux dégâts et facilement inspectés. Premièrement utilisés en mer du Nord, la plupart des applications pratiques utilisent des élastiques hybrides en acier inoxydable \/ titane ou composite \/ titane en raison de considérations de coûts.

(2) Dercez les tuyaux
Dans le forage de radius (moins de 18 m), les tuyaux de forage conventionnels en acier inoxydable souffrent de fatigue précoce. RTI basé aux États-Unis a développé des tuyaux de forage en titane combinant le titane de grade 5 avec des joints en acier CR-MO, réduisant le collage et l'usure tout en maintenant la ténacité. En 1999, 10 puits de rayon à court terme ont été forés avec succès à l'aide de tuyaux en titane de 73 mm. Plus tard, des tuyaux aussi petits que 63,5 mm ont percé des puits de radius encore plus serrés. La nature non magnétique du titane profite également à l'exploration. Le titane prolonge la profondeur de forage verticalement à 9,1 km (contre 6,1 km pour l'acier) et horizontalement à 9,1 km. Les tuyaux de plus grand diamètre réduisent la force de levage et le couple de 30 à 40% et surmontent les limitations de transmission hydraulique.