Aleaciones de titanio para ingeniería oceánica

Ventajas del titanio y las aleaciones de titanio

Titaniotiene una serie de ventajas tales como ligereza, alta resistencia específica, alta resistencia al impacto, excelente resistencia a la corrosión por agua de mar, buena tenacidad a la fractura, alta resistencia a la fatiga, buena capacidad de soldadura, no magnético, buena permeabilidad acústica, excelente resistencia al frío y al calor, anti radiación, amortiguación y resistencia al ruido.

Es conocido como el "metal marino" y es un material estructural ideal y prometedor para equipos de ingeniería marina.

La ingeniería marina tiene requisitos extremadamente estrictos sobre los materiales. No solo necesitan tener múltiples características tales como alta resistencia, resistencia a la corrosión hidrotermal del agua de mar, resistencia a la corrosión por sulfuros, resistencia a la adherencia microbiana y alta tenacidad, sino que también deben mantener un rendimiento estable en entornos marinos adversos.

Los materiales para ingeniería marina necesitan tener características tales como resistencia a la corrosión. Las aleaciones de titanio se han convertido en materiales clave debido a su excelente resistencia al agua de mar.

El titanio se utiliza ampliamente en el campo de los equipos de ingeniería marina, tales como partes estructurales del casco, cascos resistentes a la presión de submarinos y sumergibles, tuberías, válvulas y accesorios, etc., hélices y ejes de hélice en dispositivos de propulsión, condensadores, refrigeradores, intercambiadores de calor, etc., domos de sonar de barcos, hélices, etc.

Por lo tanto, la exploración profunda y el uso completo de materiales marinos tales como el titanio y sus aleaciones tienen una gran importancia para promover el desarrollo de la estrategia marina nacional. A continuación, este artículo se centrará en la aplicación de las aleaciones de titanio en ingeniería marina e interpretará profundamente el misterio de este material marino furtivo.

Aplicación del titanio y sus aleaciones en ingeniería marina

Desalinización: La desalinización es una forma importante de resolver la escasez de recursos hídricos. En las plantas de desalinización por evaporación rápida multietapa, las tuberías en la parte de calentamiento están mayormente fabricadas de titanio. Debido a que el titanio tiene una resistencia extremadamente alta a la corrosión por agua de mar y puede soportar la erosión del agua de mar bajo condiciones de alta temperatura y alto flujo, puede garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del equipo de desalinización del agua de mar y prolongar la vida útil del equipo.

Perforación de petróleo offshore: En plataformas offshore, el titanio puede utilizarse para fabricar condensadores y tubos de intercambio de calor, bombas, válvulas, accesorios de tuberías, etc., para motores de ciclo cerrado. En la perforación y extracción en alta mar de petróleo submarino, el titanio se utiliza como tuberías de elevación, uniones de tuberías preesforzadas, abrazaderas y accesorios. Su resistencia a la corrosión y alta resistencia pueden garantizar el funcionamiento seguro y confiable del equipo en entornos marinos adversos y condiciones de alta presión.

Proyecto de conversión de energía térmica marina: En centrales de conversión de energía térmica marina, el titanio es un material ideal para intercambiadores de calor. Debido a su resistencia a la corrosión por agua de mar, gases que contienen azufre, cloruros, etc., así como a su alta resistencia específica, el titanio puede soportar corrosión y esfuerzo térmico en el entorno marino, mejorar eficazmente la eficiencia de conversión de energía y reducir los costos de mantenimiento.

Casos de aplicación del titanio y sus aleaciones en ingeniería marina

El submarino tripulado "Struggler" de China (2020): La cabina tripulada utiliza la aleación Ti-6Al-4V ELI y tiene una profundidad de inmersión de 10,909 metros.

Campo de gas natural submarino noruego: Sistema de tuberías flexibles de aleación de titanio, vida útil aumentada a 30 años.

Titanio para embarcaciones japonesas: Mitsubishi Heavy Industries desarrolla tuberías de agua de mar totalmente de titanio para barcos pesqueros, reduciendo el peso en un 40% y los costos de mantenimiento en un 70%.

Aplicaciones y tipos de titanio y sus aleaciones en ingeniería marina

En ingeniería marina, las aleaciones de titanio comúnmente utilizadas pueden clasificarse según su resistencia de fluencia, e incluyen principalmente aleaciones de baja, media y alta resistencia.

Aleación de titanio de baja resistencia

La resistencia de fluencia de la aleación de titanio de baja resistencia está por debajo de 490MPa, e incluye las siguientes aleaciones importantes:

Ti31: Es un nuevo tipo de aleación de titanio resistente a altas temperaturas, a la corrosión y a la fragilidad por hidrógeno desarrollado por el Instituto Noroeste de Metales No Ferrosos. Tiene un buen desempeño en entornos de alta temperatura de 300-400℃ y es fácil de procesar en productos tales como placas, barras y tubos. Se utiliza a menudo en los campos de petróleo y gas offshore y desalinización del agua de mar, tales como intercambiadores de calor de placas, tuberías, condensadores, válvulas, etc.

TA10: Aleación de titanio de baja resistencia tipo cercano-α, con excelente resistencia a la corrosión, puede reemplazar la aleación más cara Ti-0.2Pd, y es adecuada para equipos de ingeniería marina.

Aleación de titanio de resistencia media

La resistencia de fluencia de la aleación de titanio de resistencia media está entre 490-790MPa, e incluye principalmente las siguientes:

Ti70: Aleación de titanio tipo cercano-α, con buena resistencia a la corrosión, permeabilidad acústica y propiedades no magnéticas. Su procesabilidad en frío y soldabilidad también son bastante excelentes, con una resistencia a la tracción superior a 700MPa y una elongación superior al 20%. Se utiliza a menudo para fabricar componentes clave tales como carenados, cascos de submarinos y válvulas esféricas marinas de cuatro vías.

TA17: Aleación de titanio tipo cercano-α, conocida por su excelente rendimiento de soldadura, resistencia a la corrosión marina, alta resistencia estática y resistencia a cargas cíclicas.

Aleación de titanio de alta resistencia

La resistencia de fluencia de la aleación de titanio de alta resistencia está por encima de 790MPa, e incluye principalmente:

TC4: Una aleación de titanio de alta resistencia ampliamente utilizada en equipos de ingeniería marina. Se utiliza a menudo para preparar piezas estructurales resistentes a la presión tales como tubos de perforación, cápsulas esféricas resistentes a la presión de sumergibles y elementos de fijación.

TC4 ELI: Comparado con la aleación TC4 de titanio equigranular, tiene una mejor resistencia al crecimiento de grietas por fatiga.

Ti80: Aleación de titanio tipo α+β de grado 875MPa desarrollada independientemente por el Instituto de Investigación del Acero de Shanghái. Tiene alta resistencia, alta tenacidad y excelente resistencia a la corrosión, y se utiliza a menudo en partes estructurales clave en ingeniería marina.

La aleación de titanio no solo permite que el equipo marino se desarrolle en la dirección de "profundo, grande, lejano, alto y bajo", sino que también puede lograr plenamente la misma vida útil que el cuerpo del equipo marino, y es el mejor material para equipos marinos.

Actualmente, mi país está prestando cada vez más atención a la aplicación del titanio en equipos marinos, y la cantidad de titanio utilizada también está aumentando. Los cascos resistentes a la presión en alta mar, las tuberías de agua de mar, los cilindros de gas, las superestructuras, los marcos, etc., se convertirán en la dirección clave de desarrollo de titanio marino.

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