Le navi militari sono l'equipaggiamento più importante della marina, nonché le piattaforme per il trasporto marittimo e le battaglie. I materiali utilizzati per costruire le navi militari devono essere in grado di resistere alla corrosione dell'acqua di mare e dell'atmosfera oceanica, avere elevata resistenza specifica, plasticità e tenacità, nonché un'eccellente tecnologia di lavorazione. A causa della complessità della struttura complessiva della nave, la quantità di materiale utilizzato è elevata con molte varietà e specifiche. La selezione di materiali con prestazioni eccellenti per realizzare navi da guerra è la base per garantire l'integrità e l'avanzamento dell'equipaggiamento navale.

Lega di titanio utilizzata nella costruzione di imbarcazioni e navi da guerra, basata principalmente sulle seguenti caratteristiche della lega di titanio: ampia gamma di resistenza, eccellenti proprietà meccaniche, proprietà fisiche uniche (incluse quelle magnetiche), elevata resistenza specifica e validità della struttura, eccellente resistenza alla corrosione e all'erosione, buona resistenza agli urti, buona lavorabilità e capacità di saldatura, costi ragionevoli ed elevata efficacia. L'esperienza nell'uso di un gran numero di materiali per tubazioni marine ha confermato che la durata del sistema di tubazioni nel materiale tradizionale è limitata, tra cui la corrosione può essere prodotta nel sistema di tubazioni in acciaio quando si utilizza 1 ~ 2 anni, la durata del sistema di tubazioni CuNi è di circa 6 ~ 8 anni e il tubo in lega di titanio nel sistema di tubazioni, pompe, valvole, scambiatori di calore e altre apparecchiature possono durare più di 40 anni. Poiché la lega di titanio marino deve essere utilizzata in ambiente marino per lungo tempo, la resistenza, la tenacità alla frattura da corrosione sotto sforzo e la capacità di saldatura della lega devono essere prese in considerazione quando si progetta la lega di titanio marino.

La Russia è il primo paese al mondo a sviluppare e utilizzare la lega di titanio marino. È anche il primo paese con la gamma più ampia e la più grande quantità di lega di titanio marino, include principalmente pt-7m, pt-1m, pt-3v, 37, lega di titanio 5V e i suoi corrispondenti fili di saldatura. Ha formato prodotti in lega di titanio marino con diversi livelli di resistenza, ad esempio 490, 585, 686, 785 MPa. La lega di titanio è stata applicata con successo nella seguente parte della nave e dell'attrezzatura, come il riser per acque profonde, il tubo di alimentazione, la pompa, i filtri, la linea di mare, il tubo dell'acqua potabile, il tubo di perforazione e le acque sotterranee, lo scambiatore di calore, la pompa antincendio del motore diesel indipendente e il sistema di estinzione incendi, il guscio dell'attrezzatura per acque profonde, il tubo flessibile esterno al sistema, il recipiente a pressione, la piattaforma della parte flessibile di allungamento del giunto di fissaggio ad alta resistenza, la soluzione di processo di tubazioni e recipiente ecc. e successivamente nell'ex rompighiaccio atomico della serie sovietica "Lenin", "Polo Nord", "Russia", "Unione Sovietica" e altri tipi di navi da guerra. Il generatore di vapore in titanio su una serie di è stato utilizzato in sicurezza per 20-40 anni senza gravi danni.

La lega di titanio utilizzata dagli Stati Uniti si basa sul materiale aeronautico selezionando le leghe di titanio con resistenza alla corrosione, capacità di saldatura e resistenza alla corrosione sotto sforzo nell'ambiente corrosivo dell'acqua di mare sono selezionate, tra cui titanio puro, ti-0.3mo-0.8ni, ti-3al-2.5v, ti-6al-4v, ti-6al-4v ELI, ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr. Inoltre, altre leghe di titanio marino come ti-5al-1zr-1sn-1v-0.8mo-0.1si e ti-6al-2nb-1ta-0.8mo sono state sviluppate anche in base alle caratteristiche della lega di titanio marino. L'uso di una lega di titanio ad alte prestazioni sulla nave ha un effetto significativo sul miglioramento della mobilità, della stabilità e dell'efficacia della nave e sulla riduzione della massa dello scafo. I test di certificazione furono condotti dalla Marina degli Stati Uniti negli anni '90 per le seguenti navi, tra cui la portaerei a propulsione nucleare (CVN), l'incrociatore lanciamissili (CG - 47), la nave scudo missilistico (FFG - 7), la nave di rilevamento degli agenti, la nave due habitat (MCM), l'acqua e la terra, la nave terrestre (LSD41CV), le barche, l'hovercraft LU (LVCA), la nave da sbarco d'assalto anfibio (LHD), le navi di rifornimento di munizioni da combattimento veloce (AOE - 6), la nave di sorveglianza a doppio scafo T - AGOS19 (SWATH), l'imbarcazione costiera (MHC - 51), il cacciatorpediniere missilistico, The DDG - 51). Le parti in lega di titanio prodotte nei sistemi di raffreddamento marino, nei sistemi di acqua di mare e nei sistemi antincendio, le parti strutturali, le eliche, i sistemi di trattamento delle acque reflue, i componenti elettrici, gli elementi di fissaggio, ecc. sono applicate in queste navi o saranno presto utilizzate in lega di titanio ad alte prestazioni.

La ricerca e l'applicazione della lega di titanio marina cinese sono iniziate negli anni '60. Dopo decenni di sviluppo, è stato formato un sistema di lega di titanio marina relativamente completo, in grado di soddisfare i requisiti di diversi livelli di resistenza per navi, sottomarini e sommergibili d'altura. I campi di applicazione includono la struttura dello scafo, il sistema di propulsione, il sistema di alimentazione, il sistema di informazioni elettroniche, il sistema ausiliario, il dispositivo speciale, ecc. In base al grado di limite di snervamento, il limite di snervamento inferiore a 490 MPa è una lega di titanio a bassa resistenza, con eccellente plasticità; 490 ~ 790 MPa è una lega di titanio a media resistenza, superiore a 790 MPa è una lega di titanio ad alta resistenza, utilizzata principalmente nell'ingegneria energetica navale per parti resistenti al calore e alla corrosione e macchinari speciali per navi.

Le leghe di titanio per uso marino giapponese includono principalmente titanio puro, ti-6al-4v e ti-6al-4v ELI, che sono utilizzati principalmente nello scafo resistente alla pressione di sommergibili di profondità e varie navi da crociera civili e pescherecci.

Problemi esistenti e soluzioni in uso

Corrosione interstiziale 3.1

Problema di corrosione: ci sono piccole crepe nei giunti smontabili (flange, giunti filettati, ecc.) utilizzati nelle navi. Ci sarà un'elevata concentrazione di ioni cloruro e ioni fluoro con erosione in queste crepe, che richiede che la lega di titanio abbia una buona resistenza alla corrosione da crepe ad alta temperatura nell'ambiente dell'acqua di mare. Negli scambiatori di calore in lega di titanio e nelle apparecchiature di desalinizzazione dell'acqua di mare, l'ambiente di lavoro è di 90 ~ 250 ℃ e il valore del pH medio è di 1,5 ~ 4,0 (specialmente nei depositi di sale e cherosene), e la corrosione delle fessure è molto fatale.

Misure anticorrosione:

 (1) Aggiungendo Pd e Ru alla lega di titanio è possibile migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione da crepe della lega di titanio.

(2) Per eseguire un trattamento superficiale contenente Ru/Pd sulla superficie della lega di titanio, come l'infiltrazione di elementi Ru/Pd sulla superficie della lega di titanio o l'ossidazione micro-arco per formare ossidi contenenti elementi Ru/Pd sulla superficie della lega di titanio. Per ridurre i costi del trattamento superficiale, è possibile preparare anche rivestimenti a gradiente contenenti elementi Ru/Pd sulla superficie delle leghe di titanio.

(3) Per evitare l'igrosaturazione da idrogeno e la rottura da idrogeno della lega di titanio quando si utilizza la tecnologia di protezione catodica per proteggere la struttura in acciaio, il potenziale è compreso tra -800 mV e -1050 mV. 

corrosione galvanica

Quando il titanio è collegato ad acciaio e rame, è facile che si verifichi corrosione galvanica. Le misure di protezione includono:

1. Eseguire l'ossidazione termica, l'ossidazione micro-arco e l'ossidazione anodica del tubo e formare uno strato di ossidazione o uno strato ceramico sulla superficie metallica per ottenere l'isolamento. La pellicola di ossido formata dal trattamento di ossidazione del tubo in titanio può ridurre l'effetto di polarizzazione catodica della lega di titanio dell'80% ~ 90% e la durata della pellicola di ossido è la stessa di quella del tubo in titanio.

2. Utilizzare gomma asfaltenica per il trattamento di isolamento all'interfaccia in cui il tubo, l'ugello della valvola e l'attrezzatura in acciaio e rame entrano in contatto;

3. Proteggere la flangia centrale nel collegamento tra il tubo in titanio e l'ugello in acciaio inossidabile.

corrosione da saldatura di grandi parti strutturali

Le misure protettive includono:

1. Il guscio, il recipiente a pressione ad alta pressione, le parti di trazione e altre grandi parti strutturali utilizzate sulla nave devono utilizzare una lega di titanio ad alta resistenza in base ai requisiti di prestazioni di resistenza alla pressione e la connessione delle parti di saldatura a parete spessa in lega di titanio ad alta resistenza deve avere un'eccellente operabilità in acqua di mare e non è richiesto alcun trattamento termico dopo la saldatura.

2. La lega di titanio TC4 e la lega di titanio TC4 a basso gap sono utilizzate negli Stati Uniti e in Europa (il contenuto di ossigeno è controllato entro lo 0,13%); La lega di titanio marino pt-3v, 37, 5V è stata sviluppata dall'istituto di ricerca centrale del materiale strutturale Prometheus in Russia. La Cina ha sviluppato le leghe di titanio TA24 e TA31.

3. Per le grandi parti strutturali, il trattamento termico non può essere eseguito dopo la saldatura e sulla superficie esiste una sollecitazione di trazione, che riduce notevolmente la resistenza alla corrosione e la resistenza alla fatica dei componenti in lega di titanio. La superficie delle parti saldate può essere trattata con shock ultrasonico e lo stress di trazione sulla superficie delle parti saldate può essere trasformato in stress di compressione, in modo da migliorare le prestazioni di fatica.

Prospettive di sviluppo della lega di titanio cinese per uso marino

Per la ricerca sui materiali, la ricerca sulle prestazioni della lega di titanio in ambiente marino deve essere effettuata dalla Cina nella lega di titanio marina, tra cui:

(1) L'influenza delle condizioni di lavoro (temperatura, valore pH, composizione della soluzione), modalità di stress (stato libero, flessione inversa, torsione) e carico alternato sulla fatica da corrosione, velocità di crescita delle crepe da fatica e tenacità alla frattura da corrosione sotto sforzo della lega di titanio in aria e acqua di mare;

(2) L'influenza della tecnologia di lavorazione sul tipo di trama (trama radiale, trama assiale) e sul tipo di trama sulle proprietà della tecnologia di lavorazione dei tubi (svasatura, appiattimento, sabbiatura) della lega di titanio tubo;

(3) Lo studio sul meccanismo di resistenza alla corrosione della lega di titanio da parte di elementi traccia Pd e Ru in ambiente H2S e Cl-;

(4) La valutazione delle prestazioni di trazione e fatica della lega di titanio in ambiente di irradiazione;

(5) La ricerca sul controllo della deformazione della saldatura e sulla correzione di diverse forme di saldatura di lega di titanio resistente alla corrosione.