Los buques de guerra son el equipo más importante de la marina, así como las plataformas para el transporte marítimo y las batallas. Los materiales utilizados para construir buques de guerra deben ser capaces de soportar la corrosión del agua de mar y la atmósfera oceánica, tener alta resistencia específica, plasticidad y tenacidad, así como excelente tecnología de procesamiento. Debido a que la estructura general del barco es complicada, la cantidad de material utilizado es grande con muchas variedades y especificaciones. Seleccionar materiales con excelente rendimiento para fabricar buques de guerra es la base para asegurar la integridad y el avance del equipo naval.

La aleación de titanio que se utiliza en la construcción de buques y buques de guerra, se basa principalmente en las siguientes características de la aleación de titanio: la amplia gama de resistencia, excelentes propiedades mecánicas, las propiedades físicas únicas (incluidas las magnéticas), alta resistencia específica y validez estructural, excelente resistencia a la corrosión y resistencia a la erosión, buena resistencia al impacto, buena maquinabilidad y capacidad de soldadura, costo razonable y alta efectividad. La experiencia en el uso de una gran cantidad de material de tuberías marinas confirmó que la vida útil del sistema de tuberías en el material tradicional es limitada, entre ellos, la corrosión puede producirse en el sistema de tuberías de acero cuando se usa de 1 a 2 años, la vida útil del sistema de tuberías de CuNi es de aproximadamente 6 a 8 años, y las tuberías de aleación de titanio en el sistema de tuberías, bombas, válvulas, intercambiadores de calor y otros equipos pueden servir más de 40 años. Como la aleación de titanio marino debe usarse en un entorno marino durante mucho tiempo, la resistencia, la tenacidad a la fractura por corrosión bajo tensión y la capacidad de soldadura de la aleación deben tenerse en cuenta al diseñar la aleación de titanio marino.

Rusia es el primer país del mundo en desarrollar y utilizar aleación de titanio marino. También es el primer país con la gama más amplia y la mayor cantidad de aleación de titanio marino, que incluye principalmente aleación de titanio pt-7m, pt-1m, pt-3v, 37, 5V y sus correspondientes alambres de soldadura. Ha formado productos de aleación de titanio marino de diferentes niveles de resistencia como 490, 585, 686, 785 MPa. La aleación de titanio se ha aplicado con éxito en las siguientes partes del barco y el equipo, como el tubo ascendente de aguas profundas, la tubería de suministro, la bomba, los filtros, la línea marítima, la tubería de agua potable, la tubería de perforación y el agua subterránea, el intercambiador de calor, la bomba contra incendios del motor diésel independiente y el sistema de extinción de incendios, la carcasa del equipo de aguas profundas, la tubería flexible del sistema exterior del pozo, el recipiente a presión, la plataforma de la pieza de estiramiento flexible de la junta de sujeción de alta resistencia, la solución de proceso de tuberías y recipientes, etc., y sucesivamente en la serie de rompehielos atómicos de la ex Unión Soviética "Lenin", "Polo Norte", "Rusia", "La Unión Soviética" y otros tipos de buques de guerra. El generador de vapor de titanio en una serie de ha sido utilizado de forma segura durante 20 a 40 años sin ningún daño grave.

La aleación de titanio utilizada por los EE. UU. se basa en el material de la aviación mediante la selección de las aleaciones de titanio con resistencia a la corrosión, capacidad de soldadura y resistencia a la corrosión por tensión en el entorno corrosivo del agua de mar. Se seleccionan titanio puro, ti-0.3mo-0.8ni, ti-3al-2.5v, ti-6al-4v, ti-6al-4v ELI, ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr. Además, también se han desarrollado otras aleaciones de titanio marino como ti-5al-1zr-1sn-1v-0.8mo-0.1si y ti-6al-2nb-1ta-0.8mo según las características de la aleación de titanio marino. El uso de aleación de titanio de alto rendimiento en el barco tiene un efecto significativo en la mejora de la movilidad, la estabilidad y la eficacia del barco y en la reducción de la masa del casco. Las pruebas de certificación se llevaron a cabo por la Armada de los EE. UU. en la década de 1990 para los siguientes barcos, incluido el portaaviones de propulsión nuclear (CVN), el crucero de misiles guiados (CG - 47), el barco de escudo de misiles (FFG - 7), el detector de agentes, el barco de dos hábitats (MCM), el agua y la tierra, el barco de tierra (LSD41CV), los barcos, el aerodeslizador lu (LVCA), el buque de desembarco de asalto anfibio (LHD), los buques de reabastecimiento de munición de combate rápido (AOE - 6), el buque de vigilancia de doble casco T - AGOS19 (SWATH), embarcaciones costeras (MHC - 51), destructor de misiles, el DDG - 51). Las piezas de aleación de titanio que se fabrican en sistemas de refrigeración marina, sistemas de agua marina y sistemas de extinción de incendios, piezas estructurales, hélices, sistemas de tratamiento de aguas residuales, componentes eléctricos, sujetadores, etc. se aplican en estos barcos o pronto se utilizarán como aleación de titanio de alto rendimiento.

La investigación y aplicación de la aleación de titanio marina de China comenzó en la década de 1960. Después de décadas de desarrollo, se ha formado un sistema de aleación de titanio marina relativamente completo, que puede cumplir con los requisitos de diferentes niveles de resistencia para barcos, submarinos y sumergibles de aguas profundas. Los campos de aplicación incluyen la estructura del casco, el sistema de propulsión, el sistema de energía, el sistema de información electrónica, el sistema auxiliar, el dispositivo especial, etc. Según el grado de límite elástico, el límite elástico por debajo de 490 MPa es una aleación de titanio de baja resistencia, con excelente plasticidad; 490 ~ 790 MPa es una aleación de titanio de resistencia media, superior a 790 MPa es una aleación de titanio de alta resistencia, utilizada principalmente en piezas resistentes al calor y la corrosión de ingeniería energética de barcos y maquinaria especial para barcos.

Las aleaciones de titanio marinas japonesas incluyen principalmente titanio puro, ti-6al-4v y ti-6al-4v ELI, que se utilizan principalmente en la carcasa resistente a la presión de sumergibles profundos y varios cruceros civiles y barcos de pesca.

Problemas existentes y soluciones en uso

3.1 Corrosión por grietas

Problema de corrosión: hay pequeñas grietas en las juntas desmontables (bridas, juntas roscadas, etc.) utilizadas en los barcos. Habrá una alta concentración de iones de cloruro e iones de flúor con erosión en estas grietas, lo que requiere que la aleación de titanio tenga buena resistencia a la corrosión por grietas a alta temperatura en el entorno de agua de mar. En intercambiadores de calor de aleación de titanio y equipos de desalinización de agua de mar, el entorno de trabajo es de 90 ~ 250 ℃ y el valor de pH medio es de 1,5 ~ 4,0 (especialmente en depósitos de sal y queroseno), y la corrosión por grietas es muy fatal.

Medidas anticorrosión:

 (1) Al agregar Pd y Ru a la aleación de titanio se puede mejorar de manera efectiva la resistencia a la corrosión por grietas de la aleación de titanio.

(2) Para realizar un tratamiento de superficie que contenga Ru/Pd en la superficie de la aleación de titanio, como la infiltración de elementos Ru/Pd en la superficie de la aleación de titanio o la oxidación por microarco para formar óxidos que contengan elementos Ru/Pd en la superficie de la aleación de titanio. Para reducir el costo del tratamiento de la superficie, también se pueden preparar recubrimientos de gradiente que contienen elementos Ru/Pd en la superficie de las aleaciones de titanio.

(3) Para evitar la higrosaturación de hidrógeno y el agrietamiento por hidrógeno de la aleación de titanio cuando se utiliza tecnología de protección catódica para proteger la estructura de acero, el potencial está entre -800 mV y -1050 mV. 

Corrosión galvánica

Cuando el titanio se conecta con acero y cobre, es fácil que se produzca corrosión galvánica. Las medidas de protección incluyen:

1. Realizar oxidación térmica, oxidación por microarco y oxidación anódica de la tubería, y formar una capa de oxidación o una capa cerámica sobre la superficie del metal para lograr el aislamiento. La película de óxido formada por el tratamiento de oxidación del tubo de titanio puede reducir el efecto de polarización del cátodo de la aleación de titanio en un 80% ~ 90%, y la vida útil de la película de óxido es la misma que la del tubo de titanio.

2. Utilice caucho de asfalteno para el tratamiento de aislamiento en la interfaz donde la tubería, la boquilla de la válvula y el equipo de acero y cobre entran en contacto;

3. Proteja la brida intermedia en la conexión entre el tubo de titanio y la boquilla de acero inoxidable.

Corrosión por soldadura de piezas estructurales grandes

Las medidas de protección incluyen:

1. La carcasa, el recipiente a presión de alta presión, las piezas de tracción y otras piezas estructurales grandes utilizadas en el barco deben utilizar aleación de titanio de alta resistencia según los requisitos de rendimiento de resistencia a la presión, y la conexión de las piezas de soldadura de pared gruesa de aleación de titanio de alta resistencia debe tener una excelente operabilidad en agua de mar, y no se requiere tratamiento térmico después de la soldadura.

2. La aleación de titanio TC4 y la aleación de titanio TC4 de bajo espacio se utilizan en Estados Unidos y Europa (el contenido de oxígeno se controla dentro del 0,13%); la aleación de titanio marino pt-3v, 37, 5V fue desarrollada por el instituto central de investigación de material estructural Prometheus en Rusia. China ha desarrollado aleaciones de titanio TA24 y TA31.

3. Para piezas estructurales grandes, no se puede realizar un tratamiento térmico después de la soldadura y existe tensión de tracción en la superficie, lo que reduce en gran medida la resistencia a la corrosión y la resistencia a la fatiga de los componentes de aleación de titanio. La superficie de las piezas de soldadura se puede tratar mediante choque ultrasónico, y la tensión de tracción en la superficie de las piezas de soldadura se puede cambiar a tensión de compresión, para mejorar el rendimiento de fatiga.

Perspectiva de desarrollo de la aleación de titanio marina de China

Para la investigación de materiales, la investigación del rendimiento de la aleación de titanio en el entorno marino debe ser realizada por China en aleación de titanio marina, incluyendo:

(1) La influencia de las condiciones de trabajo (temperatura, valor de pH, composición de la solución), el modo de tensión (estado libre, flexión inversa, torsión) y la carga alterna en la fatiga por corrosión, la tasa de crecimiento de grietas por fatiga y la tenacidad a la fractura por corrosión bajo tensión de la aleación de titanio en aire y agua de mar;

(2) La influencia de la tecnología de procesamiento en el tipo de textura (textura radial, textura axial) y el tipo de textura en las propiedades de la tecnología de procesamiento de tuberías (abocardado, aplanamiento, granallado) de Tubo de aleación de titanio;

(3) El estudio del mecanismo de resistencia a la corrosión de la aleación de titanio por los elementos traza Pd y Ru en un entorno de H2S y Cl-;

(4) La evaluación del rendimiento de tracción y fatiga de la aleación de titanio en un entorno de irradiación;

(5) La investigación sobre el control y la corrección de la deformación de la soldadura de diferentes formas de soldadura de aleación de titanio resistente a la corrosión.