Marino Nuevos Materiales: Metal marino: aleación de titanio

Los materiales utilizados en la ingeniería marina deben poseer alta resistencia, resistencia a la corrosión hidrotérmica del agua de mar, la corrosión de sulfuro, la unión microbiana y exhibir la alta tenacidad. Titanio, siendo ligero, fuerte y resistente a la corrosión, especialmente inmune a los efectos corrosivos del agua salada, el agua de mar y el entorno atmosférico marino, es un excelente material estructural liviano. Conocido como el "metal marino", el titanio es un material estratégico crítico. Se usa ampliamente en ingeniería marina y es particularmente adecuado para equipos livianos en alta mar, lo que lo convierte en uno de los nuevos materiales clave en el campo. Por lo tanto, utilizar completamente las aleaciones de titanio y titanio como materiales marinos contribuirá significativamente al desarrollo de estrategias marinas nacionales.

Aplicaciones de aleaciones de titanio en ingeniería marina

1. Aplicaciones en barcos navales

La aplicación de aleaciones de titanio en la construcción naval comenzó en la década de 1960, aproximadamente una década más tarde que en la industria aeroespacial. Estados Unidos, Rusia, Japón y China estuvieron entre los primeros países en investigar las aplicaciones de titanio en embarcaciones navales.

A. Materiales estructurales del casco
Los cascos de titanio, en comparación con los materiales tradicionales, como los plásticos reforzados con fibra, las aleaciones de aluminio y el acero, son más ligeros, permiten una mayor capacidad de carga útil, tienen vidas de servicio más largas, requieren un mantenimiento mínimo y son resistentes a la bioincrustación marina. Por ejemplo, los buques de pesca de titanio construidos por el acero Nippon de Japón, la tecnología Toho y la construcción naval ETO cuentan con cascos, cubiertas y componentes estructurales completamente hechos de titanio. La lancha rápida "Titan Fast", construida por la industria de Nissei, tiene aproximadamente 12 metros de largo con un casco aerodinámico que minimiza la resistencia.

B. bombas, válvulas, tuberías y otros componentes
En recipientes navales, bombas, válvulas y tuberías a menudo operan en condiciones duras. La tubería tradicional de cobre o acero inoxidable dura solo de 2 a 5 años. El titanio ofrece resistencia de corrosión y erosión superiores, buena resistencia al rendimiento y baja densidad, lo que lo hace ideal para tuberías y accesorios de paredes delgadas y de diámetro pequeño. Los sistemas de tuberías de titanio reducen significativamente el peso, extienden la vida útil y mejoran la confiabilidad. Por ejemplo, los tubos de condensador de titanio pesan aproximadamente la mitad de los tubos B30 de cobre-níquel. El uso militar ha demostrado que los sistemas de tuberías de aleación de titanio tienen una excelente resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, con una vida útil del servicio superior a 120, 000 horas (más de 40 años), componentes de cobre o acero inoxidable que se convierte en mucho.

C. Sistemas de propulsión de potencia
El uso de aleaciones de titanio para hélices y ejes mejora la velocidad de propulsión y la vida útil. La Marina de los EE. UU. Emplea hélices de titanio en varios buques, incluidas las hélices supercavitantes de cuatro palas desmontables de 1,500 mm de diámetro para los hidrofoils. Las aleaciones de titanio también se usan en sistemas de propulsión de chorro de agua, como el sistema Ti -6 al -4 V en el bote de torpedo "PT -10}" de Japón, que redujo el peso del eje en 600 kg. Los rompehielos de propagación nuclear de Rusia también cuentan con máquinas de vapor de titanio. Los sistemas de propulsión de titanio reducen las corrientes inducidas y evitan desencadenar minas magnéticas, un problema con las aleaciones de cobre.

China comenzó la investigación de hélices en la década de 1960 y, en 1972, desarrolló hélices de aleación de titanio para botes de hidrofoil. Hoy, China puede fabricar hélices de aleación de titanio fijas de hasta 1,200 mm de diámetro y con un peso de 130 kg. En los barcos de torpedos tipo 25, las aleaciones de titanio reemplazaron a AK -27 aleaciones de acero y cobre, reduciendo el peso en un 30–40%, extendiendo la vida útil del servicio, eliminando la necesidad de recubrimientos, la eliminación de la biocepturde y el mantenimiento simplificante.

Domos de sonar
Los carenados de sonar son cubiertas simplificadas que reducen el ruido hidrodinámico y protegen los equipos de sonar. Estos deben exhibir una excelente transparencia acústica. Actualmente, los buques navales chinos usan acero inoxidable o cúpulas de sonar de plástico reforzadas con fibra de vidrio. Si bien Rusia una vez usó fibra de vidrio, ahora emplea principalmente cúpulas de aleación de titanio. Estos se usan en embarcaciones como los portaaviones rusos "Kursk", "Minsk" y "Kiev".

2. Sumerables de aguas profundas

Como parte del programa "863} de China, el Instituto 702 de la Industria de la Industria de la Industria de China desarrolló un metro 7, {3}} submersible con aleaciones especiales de titanio. Mediendo 8 metros de largo, 3.4 metros de alto y 3 metros de ancho, puede soportar 710 toneladas de presión e integra tecnologías de vanguardia. La cabina esférica tripulada, capaz de soportar 700 atmósferas de presión, respalda un sistema de soporte vital comparable a los utilizados en las misiones espaciales.

3. Condensadores

Según la UNESCO, la capacidad de energía oceánica global alcanza 76.6 mil millones de kW. En las centrales costeras y nucleares, los condensadores son componentes vitales que usan el agua de mar como refrigerante. Los condensadores de aleación de acero y cobre tradicionales sufren de baja resistencia a la corrosión de agua de mar. La durabilidad y la resistencia a la corrosión del titanio lo hacen ideal para estas aplicaciones. Aproximadamente el 3 a 4% de las centrales térmicas e hidroeléctricas del mundo usan condensadores de titanio, y el 30% de las centrales nucleares sí. En China, plantas como Taizhou, Zhenhai, Qinshan y Daya Bay usan condensadores de titanio debido a su excelente resistencia a la corrosión, una larga vida útil, una alta eficiencia de transferencia de calor, seguridad y necesidades de mantenimiento reducidas.

4. Submarinos nucleares

Rusia lidera la tecnología submarina nuclear de aleación de titanio. Fue el primero en usar la aleación de titanio para los cascos de presión, a partir de la década de 1960. El primer submarino nuclear todo titanio del mundo, K -162, lanzado en 1968, ha operado más de 30 años sin incidentes. Los submarinos de clase alfa, construidos en los años setenta y décadas de 1980, usaron aproximadamente 3, 000 toneladas de titanio cada una y podían bucear a 914 metros. Los submarinos de clase Typhoon de Rusia cuentan con cascos dobles hechos de aproximadamente 9, 000 toneladas de titanio, que ofrecen propiedades no magnéticas, capacidades de buceo profundo, alta velocidad, bajo ruido y mantenimiento reducido.

El Southwest Research Institute (SWRI) en los EE. UU. Desarrolló un sumergible de aguas profundas tripuladas usando la aleación de titanio Eliti -64. La cabina esférica de 2. 1- medidor de diámetro se adapta a tres personas y puede sumergirse en profundidades de 6.500 metros.

5. Estaciones de aguas profundas

Las estaciones espaciales móviles de aguas profundas, a menudo llamadas "tiangong" del océano, se utilizan para la exploración científica marina. Desde la década de 1960, los Estados Unidos y la Unión Soviética han avanzado los sistemas de estaciones de aguas profundas. El diseño de Rusia 2 000 se dirigió a la extracción de aceite del océano ártico. China propuso el concepto en la década de 1990 para el desarrollo de recursos marinos pacíficos. Estas estaciones dependen en gran medida de los materiales de aleación de titanio. El "13 ° plan quinquenal" y "2030 proyectos de innovación de ciencias y tecnología principales" enfatizan la construcción de la estación de aguas profundas, estimando más de 4,000 toneladas de materiales de titanio por estación principal.

6. Desalinización del agua de mar

La desalinización del agua de mar es crucial en regiones áridas como el Medio Oriente. El método más confiable y ampliamente utilizado es la destilación de flash de varias etapas (MSF), que incluye componentes como calentadores de agua de mar, unidades de recuperación de calor y varios condensadores. Originalmente hechos con aleaciones de cobre, estos componentes ahora se hacen comúnmente con titanio debido a su resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes de alta temperatura, alta salinidad y clorados. El titanio es ahora el material preferido para los intercambiadores de calor en los sistemas de desalinización.

Con un rápido crecimiento en las industrias petroquímicas y eléctricas costeras, el agua de mar está reemplazando cada vez más al agua dulce como un medio de enfriamiento. Debido a la corrosividad de Seawater, el acero al carbono tradicional o el tubo de acero inoxidable se degrada rápidamente, causando falla del equipo, paradas frecuentes y pérdidas económicas. La actualización al tubo de titanio extiende significativamente la vida del intercambiador de calor y mejora la eficiencia.

7. Plataformas de perforación en alta mar

Las aleaciones de titanio son ideales para los sistemas de perforación marina debido a su alta resistencia, baja densidad, excelente resistencia a la corrosión y resistencia. Los componentes como los elevadores, las tuberías de perforación y las articulaciones de estrés se benefician de los compuestos de titanio o acero de titanio, mejorando el rendimiento y reduciendo los costos.

(1) Risers de perforación marina
Los elevadores de titanio son livianos, tolerantes al daño y se inspeccionan fácilmente. Primero se utiliza ampliamente en el Mar del Norte, la mayoría de las aplicaciones prácticas utilizan acero inoxidable\/titanio o elevadores híbridos compuestos\/titanio debido a consideraciones de costos.

(2) Tubas de perforación
En la perforación de radio corta (menos de 18 m), las tuberías convencionales de perforación de acero inoxidable sufren de fatiga temprana. RTI con sede en Estados Unidos desarrolló tuberías de titanio que combinan titanio de grado 5 con articulaciones de acero CR-Mo, reduciendo la adhesiva y el desgaste mientras mantienen la tenacidad. En 1999, 10 pozos de radio corto se perforaron con éxito utilizando tuberías de titanio 73 mm. Más tarde, tuberías tan pequeñas como 63.5 mm perforaron incluso pozos de radio más apretados. La naturaleza no magnética del titanio también beneficia a la exploración. El titanio extiende la profundidad de perforación verticalmente a 9.1 km (vs. 6.1 km para acero) y horizontalmente a 9.1 km. Las tuberías de mayor diámetro reducen la fuerza de elevación y el par en un 30-40% y superan las limitaciones de transmisión hidráulica.