יישום של טיטניום וסגסוגות טיטניום בציוד ימי

טיטניום הוא החומר האידיאלי ביותר בסביבה הימית. השימוש בטיטניום יכול לשפר מאוד את יעילות הלחימה של ספינות וציוד ימי, להפחית את עלויות התחזוקה, להאריך את חיי השירות ולשפר את ההסתרה. הצי הרוסי, האמריקני והסיני השתמשו באופן נרחב בטיטניום בגוף לחץ, מערכות צינורות מי ים, מבני על ורכיבים אחרים של צוללות, צוללות תת ימיות, ספינות עיליות, ספינות וציוד אחר.

1. גוף לחץ
דרגות הטיטניום המשמשות לכדורים מאוישים של צוללות בים עמוק בבית ומחוצה לה הן בעיקר Ti-6Al-4V ו-Ti-6Al-4VELI (המקבילות לדרגות ביתיות TC4 ו-TC4ELI). כדורים מאוישים רבים של צוללות בים עמוק היו עשויים מפלדה בשלב המוקדם, אך במקום זאת נעשה שימוש בטיטניום בשלב מאוחר יותר, מה שיכול להפחית משקל, להגדיל את עומק הצלילה ולשפר את חיי השירות. לדוגמה: ① הצוללת Alvin האמריקאית נבנתה בשנת 1964 באמצעות פלדה HYl00 בעלת חוזק גבוה (עובי לוח 33.8 מ"מ) עם עומק צלילה של 2000 מ'. כאשר נבנה מחדש ב-1973, הוחלף גוף הלחץ בסגסוגת טיטניום (עובי צלחת 49 מ"מ), ועומק הצלילה גדל ל-3600 מ'. תיבת העזר שלו ומחולל הגז בלחץ גבוה השתמשו גם ב-Ti-6Al-4VELI; ② הפגז הכדורי המאוייש "Deepsea 2000" של יפן היה עשוי מפלדה, וטיטניום שימש להכנת הפגז הכדורי המאויש כאשר "Deepsea 6500" נבנה כדי להגדיל את עומק הצלילה.

מבחינת היישום של גופי לחץ תת ימיים, רוסיה הייתה הראשונה להשתמש בטיטניום. כיום היא המדינה עם הטכנולוגיה המתקדמת והבוגרת ביותר בעולם להשתמש בטיטניום לייצור גופי לחץ. דרגת הטיטניום היחידה המשמשת בייצור הצוללות הגרעיניות הכוללות טיטניום שלה היא סגסוגת טיטניום IIT-3B (המקבילה לדרגה המקומית TA17). בשנים האחרונות העדיפה סין להשתמש בחומרי טיטניום גם בבניית צוללות, והציונים מתרכזים בעיקר ב-TA17, TC4, TC4ELI, TC11, טיטניום טהור וכו'.

בנוסף, מדינות רבות בונות כיום צוללות מאוישות בים עמוק ונשק וציוד מטיטניום בעומק הים. הצוללת המאוישת הים המלאה "הנאבקת" שנבנתה בסין אתגרה בהצלחה את החלק העמוק ביותר של האוקיינוס ​​בעולם - תעלת מריאנה ב-10 בנובמבר 2020, עם עומק של 10,909 מ', והגשימה את החלום של העם הסיני בעומק הים. חומר המעטפת הכדורי המאויש של הצוללת הוא סגסוגת טיטניום בעלת חוזק גבוה ועמידות בפני נזקים גבוהה המיוצרת על ידי Baoti Co., Ltd.; סין החלה לבנות ציוד ים עמוק עשוי טיטניום.

2. מערכת צינורות מי ים
מערכת צינורות מי הים מורכבת ובעלת מפרטי קוטר רבים. החומרים הנבחרים נדרשים להיות בעלי מאפיינים של עמידות בפני קורוזיה של מי ים, חוזק גבוה וביצועי עייפות טובים. טיטניום יכול לעמוד בכל הדרישות הללו. לצינורות העשויים מסגסוגת טיטניום יתרונות משמעותיים על פני חומרים מסורתיים (פלדת פחמן, נירוסטה, סגסוגת נחושת).

(1) שפר את חיי השירות, לאותם חיים כמו הספינה עצמה. רוסיה השוותה את חיי השירות של מערכות צינור העשויות מחומרים מסורתיים וטיטניום. התוצאות מראות שלטיטניום יש את אותם חיי שירות כמו הספינה, צריך להשקיע רק פעם אחת, ורק דורש תחזוקה פשוטה במהלך השימוש; חיי השירות של חומרים מסורתיים הם כשנתיים עד 10 שנים, ויש לתקן אותם באופן קבוע או אפילו להחליפו במהלך חיי השירות, במיוחד בהשפעת סביבת נהיגה במהירות גבוהה, מפרקים שונים יפיקו קורוזיה מקומית. על פי נתוני היישום של ספינות הצי האמריקאי, חיי השירות של צנרת טיטניום הם 40 שנים, וחיי השירות של צנרת סגסוגת נחושת-ניקל הם רק 6 עד 8 שנים.
סין ביצעה בדיקות אימות והערכה על השימוש ב"סגסוגת טיטניום" להחלפת "סגסוגת נחושת" לייצור מערכות צינורות מי ים. לאחר שהצינורות הבלתי תפרים מטיטניום TA2, אביזרי הצינור התומכים ואוגני הטיטניום שסופקו על ידי Baoti הופעלו במשך כמעט 3 שנים, הצינורות והחומרים התומכים פורקו ונבדקו, ולא נמצאו תנאים חריגים כגון סדקים, חורים וקורוזיה.

(2) להפחית עלויות. למרות שעלות ההשקעה החד-פעמית של חלקי סגסוגת טיטניום גבוהה יותר, ההשקעה החד-פעמית יכולה לעמוד בשימוש החיים המלא, ונדרשת רק תחזוקה פשוטה במהלך השימוש, מה שחוסך מאוד בעלויות תיקון ותחזוקה. יש להחליף את צינורות סגסוגת הנחושת-ניקל המשמשים במחלפי החום של ספינות הצי האמריקני כ-97 ק"מ בשנה, בעוד שצינורות טיטניום טהור Gr.2 נבחרים לשתי מערכות הצנרת העיקריות של מי הים של ספינת התובלה לרציף אמפיבי LPD17, עם כ-1,000 צינורות ואורך כולל של יותר מ-3,350 מ', חיסכון של עד 17 מיליון דולר בעלויות לאורך כל מחזור החיים. לסיכום, השימוש בטיטניום במערכות צנרת יכול לא רק להפחית משקל, אלא גם להגיע לאותו אורך חיים כמו הגוף הראשי, תוך הפחתת עלויות. בשנים האחרונות הוא מיושם בקבוצות על סוגים רבים של ציוד ימי כמו סירת 022 בסין.

3. מבנה על
נכון להיום, קיימות גם דוגמאות ליישום טיטניום במבנה העל של ספינות ביתיות, כגון Ti70 (TA23) לתרנים, מוטות TA5 ו-TA7 לאנטנות מכ"ם וצלחות TA2 ו-TA5 לעורות האנגרים ומבני מסגרת. הצי האמריקני השתמש גם בכמות גדולה של טיטניום באזור המבנה המרכזי של ספינת התובלה של הרציף האמפיבי LPD17, מה שהפחית את המסה שלה בכ-50% ושיפר מאוד את יציבות הספינה.

4. יישום בתחומים אחרים
מלבד גופי הלחץ הנ"ל, מערכות הצנרת ומבני העל המשתמשים בכמות גדולה של טיטניום, ישנם חלקים נוספים של ציוד ימי מקומי וזר המשתמשים גם הם בטיטניום.