Application du titane et des alliages de titane dans les équipements marins
Le titane est le matériau le plus idéal dans l'environnement marin. L'utilisation du titane peut grandement améliorer l'efficacité au combat des navires et des équipements de la marine, réduire les coûts de maintenance, prolonger la durée de vie et améliorer la dissimulation. Les marines russe, américaine et chinoise ont largement utilisé le titane dans les coques sous pression, les systèmes de canalisations d'eau de mer, les superstructures et autres composants des submersibles, des sous-marins sous-marins, des navires de surface, des navires et d'autres équipements.
1. Coque sous pression
Français Les nuances de titane utilisées pour les sphères habitées des submersibles sous-marins en Chine et à l'étranger sont principalement Ti-6Al-4V et Ti-6Al-4VELI (correspondant aux nuances nationales TC4 et TC4ELI). De nombreuses sphères habitées des submersibles sous-marins étaient fabriquées en acier au début, mais le titane a été utilisé à la place dans les étapes ultérieures, ce qui peut réduire le poids, augmenter la profondeur de plongée et améliorer la durée de vie. Par exemple : ① Le submersible américain Alvin a été construit en 1964 en utilisant de l'acier haute résistance HYl00 (épaisseur de la plaque 33,8 mm) avec une profondeur de plongée de 2 000 m. Lors de sa reconstruction en 1973, la coque sous pression a été remplacée par un alliage de titane (épaisseur de la plaque 49 mm) et la profondeur de plongée a été augmentée à 3 600 m. Son boîtier auxiliaire et son générateur de gaz haute pression utilisaient également du Ti-6Al-4VELI ; ② La coque sphérique habitée « Deepsea 2000 » du Japon était en acier, et du titane a été utilisé pour préparer la coque sphérique habitée lorsque le « Deepsea 6500 » a été construit pour augmenter la profondeur de plongée.
En ce qui concerne l'application des coques sous-marines, la Russie a été la première à utiliser le titane. C'est actuellement le pays qui possède la technologie la plus avancée et la plus mature au monde pour utiliser le titane dans la fabrication de coques sous-marines. La seule nuance de titane utilisée dans sa fabrication de sous-marins nucléaires entièrement en titane est l'alliage de titane IIT-3B (correspondant à la nuance nationale TA17). Ces dernières années, la Chine a également préféré utiliser des matériaux en titane pour la construction de sous-marins, et les nuances sont principalement concentrées dans les catégories TA17, TC4, TC4ELI, TC11, titane pur, etc.
En outre, de nombreux pays construisent actuellement des submersibles habités en haute mer et des armes et équipements en titane pour les profondeurs. Le submersible habité en haute mer « Struggler » construit en Chine a défié avec succès la partie la plus profonde de l'océan du monde, la fosse des Mariannes, le 10 novembre 2020, à une profondeur de 10 909 m, réalisant ainsi le rêve des Chinois en haute mer. Le matériau de la coque sphérique habitée du submersible est un alliage de titane à haute résistance et à haute ténacité résistant aux dommages fabriqué par Baoti Co., Ltd. ; la Chine a commencé à construire des équipements en haute mer entièrement en titane.
2. Système de canalisation d'eau de mer
Le système de canalisation d'eau de mer est complexe et présente de nombreuses spécifications de diamètre. Les matériaux sélectionnés doivent présenter les caractéristiques de résistance à la corrosion de l'eau de mer, de résistance élevée et de bonne tenue à la fatigue. Le titane peut répondre à toutes ces exigences. Les tuyaux en alliage de titane présentent des avantages significatifs par rapport aux matériaux traditionnels (acier au carbone, acier inoxydable, alliage de cuivre).
(1) Améliorer la durée de vie, jusqu'à la même durée de vie que le navire lui-même. La Russie a comparé la durée de vie des systèmes de canalisations en matériaux traditionnels et en titane. Les résultats montrent que le titane a la même durée de vie que le navire, n'a besoin d'être investi qu'une seule fois et ne nécessite qu'un entretien simple pendant l'utilisation ; la durée de vie des matériaux traditionnels est d'environ 2 à 10 ans et doit être régulièrement réparée ou même remplacée pendant la durée de vie, en particulier sous l'influence d'un environnement de conduite à grande vitesse, divers joints produiront une corrosion locale. Selon les données d'application des navires de la marine américaine, la durée de vie des canalisations en titane est de 40 ans et la durée de vie des canalisations en alliage cuivre-nickel n'est que de 6 à 8 ans.
La Chine a procédé à des tests de vérification et d'évaluation sur l'utilisation d'« alliage de titane » pour remplacer « l'alliage de cuivre » dans la fabrication de systèmes de canalisations d'eau de mer. Après que les tubes sans soudure en titane TA2, les raccords de tuyauterie de soutien et les brides en titane fournis par Baoti ont fonctionné pendant près de 3 ans, les canalisations et les matériaux de soutien ont été démontés et inspectés, et aucune condition anormale telle que des fissures, des trous et de la corrosion n'a été trouvée.
(2) Réduire les coûts. Bien que le coût d'investissement unique des pièces en alliage de titane soit plus élevé, l'investissement unique peut couvrir l'utilisation complète de la durée de vie, et seul un entretien simple est requis pendant l'utilisation, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de réparation et d'entretien. Les tubes en alliage de cuivre-nickel utilisés dans les échangeurs de chaleur des navires de la marine américaine doivent être remplacés environ 97 km par an, tandis que les tubes en titane pur Gr.2 sont sélectionnés pour les deux principaux systèmes de tuyauterie d'eau de mer du navire de transport de quai amphibie LPD17, avec environ 1 800 tuyaux et une longueur totale de plus de 3 350 m, permettant d'économiser jusqu'à 17 millions de dollars de coûts sur l'ensemble du cycle de vie. En résumé, l'utilisation du titane dans les systèmes de tuyauterie peut non seulement réduire le poids, mais également atteindre la même durée de vie que le corps principal, tout en réduisant les coûts. Ces dernières années, il a été appliqué par lots sur de nombreux types d'équipements marins tels que le bateau 022 en Chine.
3. Superstructure
Actuellement, il existe également des exemples d'application du titane dans la superstructure des navires nationaux, comme le Ti70 (TA23) pour les mâts, les barres TA5 et TA7 pour les antennes radar et les plaques TA2 et TA5 pour les revêtements de hangar et les structures de cadre. La marine américaine a également utilisé une grande quantité de titane dans la zone clé de la superstructure du navire de transport de quai amphibie LPD17, ce qui a réduit sa masse d'environ 50 % et amélioré considérablement la stabilité du navire.
4. Application dans d'autres domaines
Outre les coques à pression, les systèmes de tuyauterie et les superstructures mentionnés ci-dessus qui utilisent une grande quantité de titane, d'autres pièces d'équipements marins nationaux et étrangers utilisent également du titane.
