Application et développement de tuyaux en alliage de titane de grand diamètre à usage marin

Application et développement de tuyaux en alliage de titane de grand diamètre pour la marine

La demande de divers types de tuyaux métalliques à haute résistance et résistant à la corrosion utilisés dans les équipements à grande échelle sur le terrain montre une augmentation substantielle. Parce que les tuyaux métalliques doivent être utilisés dans des environnements marins complexes et difficiles (forte corrosion, typhon, forte convection, haute température, haute pression, adhérence biologique), ils ont des exigences extrêmement élevées en matière de résistance à la corrosion. Le titane et les alliages de titane ont une ténacité élevée, des avantages non magnétiques, tels qu'une faible densité et une excellente résistance à la corrosion, sont devenus le matériau le plus idéal pour les équipements à grande échelle dans les domaines mentionnés ci-dessus. De nombreuses expériences ont confirmé que la durée de vie du système de tuyauterie en acier faiblement allié est de 1 à 2 ans et que la durée de vie du système de tuyauterie Cu/Ni n'est que de 6 à 8 ans, ce qui est bien en deçà des exigences de durée de vie de conception. de canalisations d'eau de mer. Le titane a les caractéristiques d'une résistance élevée, d'une ténacité élevée, d'une résistance spécifique élevée, d'un poids léger, non magnétique, d'une résistance à la corrosion de l'eau de mer et de la corrosion atmosphérique marine. La durée de vie contre la corrosion des canalisations en titane et en alliage de titane est de plus de 120 000 heures et la durée de vie de plus de 60 ans. Dans des conditions de travail, la durée de vie complète du matériau en alliage de titane est inégalée par les autres matériaux métalliques, et il peut être recyclé à 100 % sans danger après la fin de la durée de vie de l'équipement. Par conséquent, c'est le meilleur matériau pour les équipements marins.

Caractéristiques des équipements marins

L'équipement marin est un grand bâtiment métallique avec un tonnage important, un coût d'investissement élevé et des pertes de dommages importantes.

Le système a une structure complexe, des fonctions complètes, des conditions de travail complexes et difficiles, des exigences de fiabilité élevées et des techniques de construction difficiles.

La prolongation de la durée de vie des matériaux est d'une grande importance pour assurer l'intégrité, la fiabilité et la sécurité des équipements et des structures marines, et pour promouvoir la protection des ressources et le développement durable.

L'amélioration des performances des équipements marins implique principalement l'amélioration de la résistance à la corrosion, de la légèreté, de l'application de matériaux à haute résistance et haute ténacité, de la fiabilité et de l'économie du produit tout au long du cycle de vie.

Les avantages detuyaux en alliage de titane

L'alliage de titane présente une série de caractéristiques importantes telles qu'un point de fusion élevé, une faible densité, une résistance élevée, une résistance à la corrosion, une supraconductivité, une mémoire de forme et un stockage d'hydrogène. Il est largement utilisé dans l'aviation, l'aérospatiale, les navires, l'énergie nucléaire, le médical, la chimie, la métallurgie, l'électronique, les sports Les domaines des loisirs et de la construction sont connus sous le nom de"troisième métal"," ;air métal" et"océan métal". Les tuyaux sont utilisés pour les canaux de transmission de fluides gazeux et liquides. Ce sont des produits de base dans divers domaines de l'économie nationale. Les tuyaux en alliage de titane sont utilisés dans les moteurs d'aviation, les véhicules aérospatiaux et les oléoducs en raison de leur légèreté et de leur excellente résistance à la corrosion. , L'équipement chimique, la construction de l'environnement marin et diverses plates-formes d'exploitation offshore ont un large éventail d'applications, telles que les centrales électriques côtières, l'exploration et le transport de pétrole et de gaz en mer, le dessalement de l'eau de mer, la production de produits chimiques marins, la production de sel alcalin, l'équipement de raffinage du pétrole, etc. ., et les perspectives sont très larges.

La promotion et l'application de matériaux en titane est l'une des directions de développement technologique les plus importantes pour les équipements de construction navale et de génie maritime. Les tuyaux en alliage de titane ont été largement utilisés dans les navires et les équipements de génie maritime dans les pays développés. Un grand nombre de matériaux en titane sont utilisés pour améliorer la sécurité et la fiabilité de l'équipement, réduire le volume de l'équipement, réduire la qualité et réduire considérablement les accidents et les temps de maintenance. Prolongez considérablement la durée de vie.

Caractéristiques de performance de traitement des tuyaux en alliage de titane

L'alliage de titane a une faible plasticité à température ambiante et une grande résistance à la déformation, mais il a une bonne plasticité et une faible résistance à la déformation dans la zone à deux phases α+β et la zone à phase . Par conséquent, le formage et la fabrication de matériaux en alliage de titane ou la préparation de divers profilés (plaques, tiges, tubes, etc.) doivent être chauffés à proximité du point de transition de phase.

Étant donné que les alliages de titane sont susceptibles de réagir chimiquement avec l'oxygène, l'azote, le carbone, etc. à des températures élevées et sont faciles à absorber l'hydrogène, les performances de déformation des alliages de titane sont considérablement réduites et les performances de service du matériau sont affectées. De plus, la faible conductivité thermique des alliages de titane provoque souvent l'échauffement de grandes ébauches. Il en résulte une grande différence de température en section transversale, qui peut facilement conduire à des fissures pendant le processus de déformation ; de plus, la plage de température de la zone de déformation de l'alliage de titane est étroite, et la vitesse de déformation est plus sensible, et doit généralement être déformée à une vitesse plus faible ; en même temps, la vitesse de refroidissement après déformation affecte directement sa température ambiante La structure d'équilibre et les performances de service des composants, par conséquent, la température de déformation doit être maintenue constante pendant le processus de déformation ou des mesures doivent être prises pour réduire la vitesse de température déposer pour lui faire avoir une plasticité suffisante.

analyse de la technologie de préparation de tuyaux en alliage de titane de grand diamètre de mon pays'

Le processus traditionnel de production de tubes sans soudure en alliage de titane est le perçage par extrusion, le perçage par laminage transversal +, le laminage à froid multi-passes, le perçage et l'alésage. À l'heure actuelle, l'utilisation domestique de la technologie traditionnelle peut préparer des tuyaux en alliage de titane de petite taille, et ils sont utilisés dans les domaines de l'aviation, de l'aérospatiale, de la construction navale et de la pétrochimie, ce qui soutient fortement le développement de l'armement et de l'économie nationale.

(1) Processus de perçage et d'alésage et d'extrusion traditionnels : le traitement de forage et d'alésage consiste à utiliser directement des barres en alliage de titane pour le traitement de perçage et d'alésage, sans processus de chauffage ni de calandrage, et le taux d'utilisation du matériau est extrêmement faible, généralement inférieur à 50 %, donc , le coût global Très élevé. En même temps, il ne convient pas au traitement de tuyaux de grand diamètre et à paroi mince.

La technologie de moulage par extrusion peut obtenir une grande quantité de déformation, des grains fins, et il est difficile de contrôler l'uniformité de l'épaisseur de la paroi capillaire. Le moulage par extrusion utilise généralement une lubrification à la poudre de verre ou une lubrification cuivrée. La technologie des tuyaux en alliage de titane d'extrusion lubrifiés à la poudre de verre n'est pas mature dans mon pays. L'effet de lubrification dans l'étape de post-extrusion n'est pas idéal, ce qui peut facilement causer une surface grave de la filière et du tuyau extrudé. Dommages, coût de fabrication élevé, faible efficacité de production et qualité du produit ; l'effet de lubrification du manchon cuivré est meilleur et une meilleure qualité de surface du tube en alliage de titane peut être obtenue, mais le matériau du manchon cuivré est grand et l'emballage est fixé à la surface du tube en alliage de titane est retiré. Le manchon en cuivre consomme beaucoup d'acide, ce qui est facile à polluer l'environnement.

(2) Perçage traditionnel (type Mann) + procédé de laminage à froid : il existe de nombreux procédés de laminage à froid, le rendement de production est extrêmement faible, plusieurs passes sont nécessaires, la déformation des passes est faible, la consommation d'énergie de recuit entre passe est élevé, et le décapage pollue l'environnement . Ce procédé ne convient que pour le laminage de tubes en titane pur et en alliage à faible résistance à la déformation, et ne peut pas rouler de tubes en alliage de titane à haute résistance (tels que le TC4). Le rendement de ce procédé est d'environ 75 %.

Selon les caractéristiques des matériaux en alliage de titane, en contrôlant les paramètres de processus tels que la température de laminage, le taux de réduction du diamètre total, le coefficient d'ellipticité, le taux de déformation, le taux de réduction avant et le contrôle de la cavité, etc., la stabilité du l'ensemble du processus est garanti et la qualité de surface interne et externe est garantie. , La précision dimensionnelle et divers indicateurs de performance répondent pleinement aux exigences du processus. La technologie de préparation présente les avantages suivants :

Cette technologie vise la haute résistance à la déformation des alliages de titane. Grâce à l'amélioration innovante des laminoirs à perçage à laminage croisé, des laminoirs multifonctions et des réducteurs de micro-tension à double série, la force de laminage du moteur principal est augmentée et le chauffage est effectué à travers un four annulaire. Le système de contrôle de température intelligent et le dispositif de transfert rapide sont adoptés entre les processus de perçage, de laminage à chaud, de dimensionnement et de correction pour minimiser le taux de chute de température de l'ébauche afin de garantir une plasticité suffisante et de s'adapter aux caractéristiques de la plage de température de déformation étroite de l'alliage de titane.

②Ce procédé est particulièrement adapté au laminage et au formage de tubes en alliage de titane de grand diamètre. Le diamètre extérieur peut atteindre φ530 mm, l'épaisseur de la paroi couvre 5 à 36 mm et la longueur du produit peut atteindre 12 mètres ou plus. Comparé au processus de laminage à froid + d'extrusion et au processus de perçage et de perçage, son coût de traitement est réduit de plus de 50 % ; par rapport au forage traditionnel et au traitement de forage, le taux d'utilisation des tuyaux en alliage de titane est augmenté de plus de 40 % ; par rapport au processus de moulage par extrusion traditionnel, l'efficacité de la production est doublée. Il a atteint un rendement élevé et un faible coût, et surmonte le goulot d'étranglement technique de la production de tuyaux en alliage de titane de grand diamètre par laminage oblique à deux rouleaux d'alliage de titane. Sur la base de l'avancement du procédé et de la maturité de la technologie, le taux de rendement peut atteindre jusqu'à 95%.

Les perspectives d'application et de développement des tubes en alliage de titane de grand diamètre

À l'heure actuelle, le titane utilisé dans l'équipement des navires domestiques comprend principalement : tuyauterie connexe et système de vannes de pompe, coque de pression submersible profonde et système auxiliaire. Les spécifications typiques des conduites d'eau de mer : φ308x4mm, φ285x5mm ; le système de tuyauterie d'eau de mer principal des navires : φ12,7 ~ 304,8 mm.

En raison de la faible densité, de la résistance à la corrosion et de la haute résistance du titane et des alliages de titane, le poids de l'équipement peut être considérablement réduit. Par conséquent, bien que le titane et les alliages de titane soient plus chers en termes de prix unitaire, une fois le poids global de l'équipement réduit, les alliages de titane et de titane Au contraire, l'apport sexuel ne sera pas trop supérieur aux autres matériaux, et même inférieur à autres matériaux. Les tuyaux en titane et en alliage de titane ont d'énormes perspectives d'application. Avec la maturité et la promotion d'une technologie de production à haut rendement, à faible débit et à faible coût, de nombreuses applications de tuyaux en cuivre et en alliage de cuivre peuvent être remplacées par des tuyaux en titane et en alliage de titane.

①Dans la construction navale, les tuyaux utilisés dans les navires et les grands pétroliers sont un domaine d'application important des tuyaux en alliage de cuivre. Les tuyaux en alliage de cuivre pour les navires comprennent principalement les tuyaux en cupronickel BFe30-1-1, BFe10-1-1 et les tuyaux en laiton et aluminium HAl77-2. Étant donné que la majeure partie du milieu de contact en mer est de l'eau de mer, les tuyaux doivent avoir une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer et des propriétés mécaniques et technologiques élevées. Les dispositifs d'échange de chaleur de génie maritime utilisent des tubes en cuivre et en alliage de cuivre. Par exemple, les autres tubes d'échange thermique marins comprennent principalement : les refroidisseurs d'huile, les refroidisseurs d'eau et les chauffe-eau d'alimentation pour moteurs diesel, générateurs et autres systèmes auxiliaires. Les spécifications de ces produits varient.

La construction de navires de génie maritime et de navires de grand tonnage nécessite davantage d'équipements de tuyauterie anticorrosion de haute précision et de plus grand diamètre pour augmenter la transmission et le déplacement primaires. Dans le même temps, une précision dimensionnelle élevée doit être utilisée pour assurer la haute étanchéité de l'ensemble de canalisation. Il est entendu que le diamètre maximal des tuyaux sans soudure en cuivre-nickel tels que les plates-formes de production marine et pétrolière de grand diamètre en Allemagne, en Corée du Sud et dans d'autres pays a atteint φ520 mm ou plus.

Avec l'approfondissement progressif de la stratégie d'énergie maritime de mon pays', la demande de tuyaux sans soudure de grand diamètre, à haute résistance et haute résistance à la corrosion continue d'augmenter dans les domaines des équipements offshore, du pétrole et du gaz offshore l'exploration et le développement des champs et les navires. La production à grande échelle de tuyaux sans soudure en alliage de titane de grand diamètre et la promotion industrielle et l'application d'une technologie de préparation à haut rendement, à processus court et à faible coût répondront davantage à la demande à faible coût du marché's pour les produits en titane et en alliage de titane. Dans le même temps, la concentration actuelle de l'industrie du titane n'est pas élevée. Les fabricants doivent coopérer activement avec les unités nationales de formulation et de conception de normes, les collèges et universités, les utilisateurs en aval et d'autres fabricants d'équipements de soutien connexes pour établir une plate-forme nationale de services de technologie et de réseau économique en titane. Travailler ensemble pour promouvoir le développement du marché des alliages de titane et s'efforcer pour le soutien politique et financier de l'État afin de promouvoir davantage l'application plus large des tuyaux en alliage de titane.

Nicole