Alliages de titane pour l'ingénierie océanique

Avantages du titane et des alliages de titane

Le titaneprésente une série d'avantages tels que légèreté, haute résistance spécifique, haute résistance aux chocs, excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer, bonne ténacité à la rupture, haute résistance à la fatigue, bonne performance de soudage, non magnétique, bonne perméabilité sonore, excellente résistance au froid et à la chaleur, anti-radiation, absorption des chocs et résistance au bruit.

Il est connu comme le "métal marin" et constitue un matériau structurel idéal et prometteur pour les équipements d'ingénierie marine.

L'ingénierie marine a des exigences extrêmement strictes en matière de matériaux. Ceux-ci doivent non seulement posséder de multiples caractéristiques telles qu'une haute résistance, une résistance à la corrosion hydrothermale de l'eau de mer, une résistance à la corrosion par sulfuration, une résistance à l'attachement microbien et une grande ténacité, mais aussi maintenir des performances stables dans des environnements marins difficiles.

Les matériaux d'ingénierie marine doivent avoir des caractéristiques telles que la résistance à la corrosion. Les alliages de titane sont devenus des matériaux clés en raison de leur excellente résistance à l'eau de mer.

Le titane est largement utilisé dans le domaine des équipements d'ingénierie marine, tels que les pièces structurelles de la coque, les coques sous pression des sous-marins et des submersibles, les tuyaux, les vannes et les accessoires, etc., les hélices et les arbres d'hélice dans les dispositifs de propulsion, les condensateurs, les refroidisseurs, les échangeurs de chaleur, etc., les dômes de sonar de navire, les hélices, etc.

Par conséquent, l'exploration approfondie et l'utilisation complète de matériaux marins tels que le titane et les alliages de titane revêtent une grande importance pour promouvoir le développement de la stratégie marine nationale. Ensuite, cet article se concentrera sur l'application des alliages de titane dans l'ingénierie marine et interprétera en profondeur le mystère de ce matériau furtif marin pour tout le monde.

Application du titane et des alliages de titane dans l'ingénierie marine

Désalinisation : La désalinisation est un moyen important de résoudre la pénurie de ressources en eau. Dans les usines de désalinisation par évaporation rapide à plusieurs étapes, les tuyaux dans la partie chauffage sont principalement en titane. Parce que le titane a une résistance à la corrosion de l'eau de mer extrêmement élevée et peut supporter l'érosion de l'eau de mer dans des conditions de haute température et de fort débit, il peut garantir le fonctionnement stable à long terme des équipements de désalinisation de l'eau de mer et prolonger la durée de vie des équipements.

Forage pétrolier en mer : Sur les plateformes offshore, le titane peut être utilisé pour fabriquer des condenseurs et des tubes d'échange de chaleur, des pompes, des vannes, des accessoires de tuyauterie, etc. pour les moteurs à cycle fermé. Dans le forage en haute mer et l'extraction de pétrole sous-marin, le titane est utilisé comme tuyaux de levage, joints de tuyaux précontraints, pinces et accessoires. Sa résistance à la corrosion et sa haute résistance peuvent garantir le fonctionnement sûr et fiable des équipements dans des environnements marins difficiles et des conditions de haute pression.

Projet de conversion d'énergie thermique marine : Dans les centrales électriques de conversion d'énergie thermique marine, le titane est un matériau idéal pour les échangeurs de chaleur. En raison de sa résistance à la corrosion de l'eau de mer, des gaz contenant du soufre, des chlorures, etc., ainsi que de sa haute résistance spécifique, le titane peut résister à la corrosion et au stress thermique dans l'environnement marin, améliorer efficacement l'efficacité de conversion d'énergie et réduire les coûts de maintenance.

Cas d'applications de titane et d'alliages de titane dans l'ingénierie marine

Sous-marin habité "Struggler" de la Chine (2020) : La cabine habitable utilise un alliage Ti-6Al-4V ELI et a une profondeur de plongée de 10 909 mètres.

Champ de gaz naturel sous-marin norvégien : Système de tube flexible en alliage de titane, durée de vie augmentée à 30 ans.

Titane pour les navires japonais : Mitsubishi Heavy Industries développe des pipelines en titane pour les bateaux de pêche, réduisant le poids de 40 % et les coûts de maintenance de 70 %.

Applications et types de titane et d'alliages de titane dans l'ingénierie marine

Dans le génie maritime, les alliages de titane couramment utilisés peuvent être classés en fonction de la résistance à la traction, comprenant principalement la faible résistance, la résistance moyenne et la haute résistance.

Alliage de titane à faible résistance

La résistance à la traction de l'alliage de titane à faible résistance est inférieure à 490MPa, comprenant les alliages importants suivants :

Ti31 : C'est un nouveau type d'alliage de titane résistant à haute température, à la corrosion et à l'embrittlement par hydrogène développé par l'Institut du Nord-Ouest des Métaux Non Ferreux. Il fonctionne bien dans des environnements à haute température de 300-400℃ et est facile à transformer en produits tels que des plaques, des tiges et des tubes. Il est souvent utilisé dans les domaines du pétrole et du gaz offshore et de la désalinisation de l'eau de mer, tels que les échangeurs de chaleur à plaques, les pipelines, les condensateurs, les vannes, etc.

TA10 : Alliage de titane à faible résistance de type près-α, avec une excellente résistance à la corrosion, peut remplacer l'alliage plus coûteux Ti-0.2Pd, et est adapté pour les équipements de génie maritime.

Alliage de titane à résistance moyenne

La résistance à la traction de l'alliage de titane à résistance moyenne se situe entre 490-790MPa, comprenant principalement ce qui suit :

Ti70 : Alliage de titane de type près-α, avec une bonne résistance à la corrosion, une perméabilité acoustique et des propriétés non magnétiques. Sa capacité de formage à froid et sa soudabilité sont également assez excellentes, avec une résistance à la traction de plus de 700MPa et une allongement de plus de 20 %. Il est souvent utilisé pour fabriquer des composants clés tels que des carénages, des coques de sous-marins et des vannes à billes à eau de mer à quatre voies.

TA17 : Alliage de titane de type près-α, connu pour ses excellentes performances de soudage, sa résistance à la corrosion de l'eau de mer, sa haute résistance statique et sa résistance à la charge cyclique.

Alliage de titane à haute résistance

La résistance à la traction de l'alliage de titane à haute résistance est supérieure à 790MPa, comprenant principalement :

TC4 : Un alliage de titane à haute résistance largement utilisé dans les équipements de génie maritime. Il est souvent utilisé pour préparer des pièces structurelles résistantes à la pression telles que des tuyaux de forage, des coques sphériques submersibles et des fixations.

TC4 ELI : Comparé à l'alliage de titane TC4 équiaxe, il présente une meilleure résistance à la croissance des fissures de fatigue.

Ti80 : alliage de titane de grade 875MPa de type α+β développé indépendamment par l'Institut de recherche en acier de Shanghai. Il possède une haute résistance, une grande ténacité et une excellente résistance à la corrosion, et est souvent utilisé dans des pièces structurelles clés en ingénierie marine.

L'alliage de titane permet non seulement aux équipements marins de se développer dans la direction de "profond, grand, loin, haut et bas", mais peut également atteindre pleinement la même durée de vie que le corps des équipements marins, et est le meilleur matériau pour les équipements marins.

Actuellement, mon pays accorde de plus en plus d'attention à l'application du titane dans les équipements marins, et la quantité de titane utilisée augmente également. Les coques de pression en eaux profondes, les pipelines d'eau de mer, les cylindres de gaz, les superstructures, les cadres, etc. deviendront la direction clé de développement du titane marin.

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