Aplicación de titanio y aleaciones de titanio en equipos marinos

El titanio es el material más idóneo para el entorno marino. El uso de titanio puede mejorar en gran medida la eficacia de combate de los buques y equipos navales, reducir los costes de mantenimiento, prolongar la vida útil y mejorar la ocultación. Las armadas rusa, estadounidense y china han utilizado ampliamente el titanio en cascos de presión, sistemas de tuberías de agua de mar, superestructuras y otros componentes de sumergibles, submarinos submarinos, buques de superficie, barcos y otros equipos.

1. Casco de presión
Los grados de titanio utilizados para esferas tripuladas de sumergibles de aguas profundas en el país y en el extranjero son principalmente Ti-6Al-4V y Ti-6Al-4VELI (correspondientes a los grados nacionales TC4 y TC4ELI). Muchas esferas tripuladas de sumergibles de aguas profundas estaban hechas de acero en la etapa inicial, pero se utilizó titanio en su lugar en la etapa posterior, lo que puede reducir el peso, aumentar la profundidad de inmersión y mejorar la vida útil. Por ejemplo: ① El sumergible estadounidense Alvin se construyó en 1964 utilizando acero de alta resistencia HYl00 (espesor de placa 33,8 mm) con una profundidad de inmersión de 2000 m. Cuando se reconstruyó en 1973, el casco de presión se reemplazó con aleación de titanio (espesor de placa 49 mm) y la profundidad de inmersión aumentó a 3600 m. Su caja auxiliar y generador de gas de alta presión también utilizaron Ti-6Al-4VELI; ② La carcasa esférica tripulada "Deepsea 2000" de Japón estaba hecha de acero, y se utilizó titanio para preparar la carcasa esférica tripulada cuando se construyó el "Deepsea 6500" para aumentar la profundidad de buceo.

En cuanto a la aplicación de los cascos de presión de los submarinos, Rusia fue el primero en utilizar titanio. Actualmente es el país con la tecnología más avanzada y madura del mundo en el uso de titanio para fabricar cascos de presión. El único grado de titanio utilizado en la fabricación de submarinos nucleares totalmente de titanio es la aleación de titanio IIT-3B (que corresponde al grado nacional TA17). En los últimos años, China también ha preferido utilizar materiales de titanio en la construcción de submarinos, y los grados se concentran principalmente en TA17, TC4, TC4ELI, TC11, titanio puro, etc.

Además, muchos países están construyendo actualmente sumergibles tripulados para aguas profundas y armas y equipos de titanio para aguas profundas. El sumergible tripulado para aguas profundas "Struggler", construido en China, desafió con éxito la parte más profunda del océano del mundo, la Fosa de las Marianas, el 10 de noviembre de 2020, con una profundidad de 10.909 m, haciendo realidad el sueño de aguas profundas del pueblo chino. El material de la carcasa esférica tripulada del sumergible es una aleación de titanio de alta resistencia y alta tenacidad, tolerante a los daños, fabricada por Baoti Co., Ltd.; China ha comenzado a construir equipos para aguas profundas totalmente de titanio.

2. Sistema de tuberías de agua de mar
El sistema de tuberías de agua de mar es complejo y tiene muchas especificaciones de diámetro. Se requiere que los materiales seleccionados tengan las características de resistencia a la corrosión del agua de mar, alta resistencia y buen rendimiento de fatiga. El titanio puede cumplir con todos estos requisitos. Las tuberías hechas de aleación de titanio tienen ventajas significativas sobre los materiales tradicionales (acero al carbono, acero inoxidable, aleación de cobre).

(1) Mejorar la vida útil, hasta alcanzar la misma vida útil que el propio barco. Rusia comparó la vida útil de los sistemas de tuberías fabricados con materiales tradicionales y titanio. Los resultados muestran que el titanio tiene la misma vida útil que el barco, solo necesita invertirse una vez y solo requiere un mantenimiento simple durante el uso; la vida útil de los materiales tradicionales es de aproximadamente 2 a 10 años y debe repararse o incluso reemplazarse regularmente durante la vida útil, especialmente bajo la influencia del entorno de conducción a alta velocidad, varias juntas producirán corrosión local. Según los datos de aplicación de los barcos de la Armada de EE. UU., la vida útil de las tuberías de titanio es de 40 años y la vida útil de las tuberías de aleación de cobre y níquel es de solo 6 a 8 años.
China ha llevado a cabo pruebas de verificación y evaluación sobre el uso de "aleaciones de titanio" para reemplazar las "aleaciones de cobre" en la fabricación de sistemas de tuberías de agua de mar. Después de que los tubos sin costura de titanio TA2, los accesorios de soporte para tubos y las bridas de titanio proporcionados por Baoti estuvieron en funcionamiento durante casi 3 años, se desmontaron e inspeccionaron las tuberías y los materiales de soporte y no se encontraron condiciones anormales como grietas, agujeros y corrosión.

(2) Reducir costos. Aunque el costo de inversión única de las piezas de aleación de titanio es más alto, la inversión única puede cumplir con el uso de vida útil completa, y solo se requiere un mantenimiento simple durante el uso, lo que ahorra en gran medida los costos de reparación y mantenimiento. Los tubos de aleación de cobre y níquel utilizados en los intercambiadores de calor de los barcos de la Armada de los EE. UU. Deben reemplazarse aproximadamente 97 km por año, mientras que los tubos de titanio puro Gr.2 se seleccionan para los dos sistemas principales de tuberías de agua de mar del buque de transporte de muelle anfibio LPD17, con aproximadamente 1,000 tuberías y una longitud total de más de 3.350 m, ahorrando hasta $ 17 millones en costos durante todo el ciclo de vida. En resumen, el uso de titanio en sistemas de tuberías no solo puede reducir el peso, sino también lograr la misma vida útil que el cuerpo principal, al tiempo que reduce los costos. En los últimos años, se ha aplicado en lotes en muchos tipos de equipos marinos, como el barco 022 en China.

3. Superestructura
En la actualidad, también existen ejemplos de aplicación de titanio en la superestructura de los buques nacionales, como Ti70 (TA23) para mástiles, barras TA5 y TA7 para antenas de radar y placas TA2 y TA5 para revestimientos de hangares y estructuras de armazón. La Armada de los EE. UU. también utilizó una gran cantidad de titanio en el área clave de la superestructura del buque de transporte anfibio LPD17, lo que redujo su masa en aproximadamente un 50% y mejoró en gran medida la estabilidad del buque.

4. Aplicación en otros campos
Además de los cascos de presión, sistemas de tuberías y superestructuras mencionados anteriormente que utilizan una gran cantidad de titanio, hay otras partes de equipos marinos nacionales y extranjeros que también utilizan titanio.