船舶におけるチタン合金の主な応用分野には、耐圧シェル、海水パイプラインシステム、熱交換器、冷却器、各種パイプ継手、エンジン部品、昇降装置、発射装置などがあります。ロシアと米国は船舶用チタン合金の研究に最も早くから取り組んだ国であり、独自の船舶用チタン合金システムを形成しました。ロシアは船舶用チタンの開発・実用化において世界の最前線にあり、船舶用チタン合金には強度の異なるものがあり、用途に応じて分類されています。現在、すべてチタン潜水艦を保有している唯一の国です。中国は 1960 年代に船舶用チタン合金の開発を開始し、現在では強度範囲 320-1250 MPa の一連の船舶用チタン合金を形成しています。主なグレードには、TA2 や Ti31 などの低強度合金、Ti70、Ti75、Ti91 などの中強度合金、TC4、Ti80、TC11、Ti62A、Ti-B19、Ti-B25 などの高強度合金-が含まれます。合金の種類の観点から見ると、船舶用の低強度および中強度のチタン合金は通常、アルファおよびニアアルファチタン合金ですが、船舶用の高強度チタン合金はアルファ+ベータまたはニアベータチタン合金です。低強度チタン合金は、高い可塑性と良好な溶接性の特性を備えているため、薄肉管への加工が容易であり、さまざまな熱交換器、冷却器、その他のパイプ材料の製造に適しています。中強度チタン合金は、総合的な性能に優れており、大型の厚肉部品や海上パイプラインなどに適しています。高強度チタン合金は、高強度かつ低塑性という特性を持ち、耐圧殻、高圧容器、船舶の特殊部品などに適しています。
一般的な船舶用チタン合金構造部品では、材料の強度と靱性のマッチング、応力腐食破壊靱性、溶接性などを考慮し、材料の強度レベルが高すぎず、可能な限り成熟したニアアルファチタン合金を選択する必要があります。ただし、特別な強度要件がある構造コンポーネントの場合は、高強度のチタン合金を選択する必要があります。-ディープブルーを目指した海洋機器の開発に伴い、深海潜水艦や深宇宙ステーションなどの耐圧構造物に使用されるチタン材料の性能に対する要求が高まっており、海洋用途向けの高強度チタン合金の開発が促進されています。-材料の強度を向上させると、コンポーネントの断面厚さと耐圧構造の重量を減らすことができます。-ただし、強度を高めると、材料の靭性が犠牲になることがよくあります。したがって、優れた靱性を持ちながら高強度を維持することが、高強度チタン合金を船舶に適用する鍵となります。-高強度および高靱性のチタン合金は、近年、さまざまな研究機関やチタン企業にとって研究の注目の的となっています。研究アプローチは 2 つの側面から実行されます。一方で、主要な国家プロジェクトの緊急のニーズに応えて、設計部門はより成熟したチタン合金材料を選択する傾向があります。合金組成と部品の準備プロセスを最適化することで、材料の潜在的な性能を探求し、合金の強度と靱性のマッチングを向上させることができます。多くの研究が、成熟した TC4 および Ti80 合金の設計の最適化に焦点を当ててきました。一方、当社は航空宇宙用の高強度で靱性の高いチタン合金の開発コンセプトを活用し、海洋工学用の新しいタイプの高強度で靱性の高いチタン合金を開発しています。-
第 13 次 5 か年計画期間中、北西非鉄金属研究所 (ノースウェスト研究所) は、高強度を維持しながら合金の靭性を向上させることを目的として、Ti80 合金をベースとした合金組成最適化設計の研究を実施しました。 Ti80 合金の強度と靭性に及ぼす - 安定元素、- 安定元素、および格子間元素の影響は、Yu Rui 理論計算と実験を組み合わせて系統的に研究されました。合金の強度と靱性に及ぼす元素の影響のミクロメカニズムがYu Rui理論計算を通じて明らかになりました。 MoとNb元素を添加した後のTi-6Al合金の強度と靭性の変化について詳細な研究が行われました。 Mo および Nb 元素は合金の室温引張特性にはほとんど影響を与えませんが、合金の衝撃靱性を大幅に向上させることができることがわかりました。これは主に、安定化元素の添加によるもので、微細構造内の相組成を変化させ、衝撃荷重下でより多くの転位と変形双晶を励起し、より多くの衝撃荷重を消費し、それによって亀裂の伝播に抵抗する合金の能力を向上させ、より高い衝撃性能を達成します。異なる微細構造を有する Ti80 合金棒の衝撃性能に及ぼす O 元素含有量の影響を研究したところ、衝撃性能は合金中の O 元素含有量により敏感であることが判明しました。各元素の含有量と熱処理システムを調整することにより、Ti80 合金は焼きなまし状態で最適な強度・靭性を備えていることがわかりました。その微細構造は、図1に示すように、等軸初晶アルファ相とベータ転移相からなる二峰性構造です。
図 2 は、二重微細構造を持つ Ti80 合金の降伏強度と衝撃エネルギーに対する O 含有量の影響を示しています。 O 含有量が 0.1% (質量分率) の場合、合金の降伏強度は 800 MPa に達し、衝撃エネルギーは 72 J に達する可能性があると結論付けることができます (試験規格 GB/T229-2020)。深海潜水艇の耐圧シェルは、深海機器に使用される高強度で強靱なチタン合金の代表的な素材です。{{10}{17}}潜水艇の潜水深度は、素材の比強度と密接に関係しています。米国のアルビン潜水艦は、耐圧殻の材質を鋼鉄からチタンに変更することで、最大潜水深度を1868メートルから4500メートルに拡大した。チタン合金を使用してさらに改良を加えた後、設計深さは 6000 メートルに増加しました。各国の深海潜水艇の耐圧シェルの材質選択を見ると、チタン材質の主なグレードはTi-6Al-4V（TC4）とTi-6Al-4VELI（TC4ELI）であり、これら2つの合金で作られた3人乗り潜水艇の潜水深度は7000メートル以下であることがわかります。 2017年、中国は独自にTC4ELI合金有人球殻とTi80合金有人球殻の開発・建造に成功し、最大潜水深度7000メートル以下の深海ウォリアー潜水艦にTC4ELI有人球殻を設置することに成功した。ロシアから輸入されたメロンの花びらのような形をした有人球殻「TC4ELI」の最大潜水深度は7000メートル。 Ti62A 合金製の 3 人乗り潜水艇「Striver」は、潜水深度 10909 メートルに到達できます。 この合金は、中国科学院金属研究所と宝鶏チタン工業有限公司が共同開発した高強度、高靱性の損傷耐性チタン合金です。 この合金の強度は、良好な靱性と溶接性を維持しながら、TC4 合金と比較して大幅に向上しています。
日市工業株式会社およびその他の部門は、Ti62A 合金の性能最適化研究を実施し、Ti542222 チタン合金を開発しました。このチタン合金の降伏強さ指数は1000MPa、衝撃エネルギーは40Jです。 2回の焼鈍処理後、最高の強度、塑性、靱性のマッチングを実現します。
関連する国家プロジェクトの支援を受けて、西北研究所と中国造船工業集団公司（CSIC）の第725研究院は、降伏強度800900および1000MPaのチタン合金の開発に成功した。 Northwest Institute は、高強度と優れた冷間加工性能を備えた高強度 - タイプのチタン合金 Ti{6}B25 を独自に開発し、船舶通信システムに広く使用されています。中国科学院金属研究所は、海洋工学で使用されるチタン用に 1000 MPa と 1200MPa の高強度および高靱性のチタン合金を開発し、アビス現場科学実験ステーションとアビス グライダー用のチタン合金シェルを少量ずつ準備し、基本的に Ti64 合金を置き換えました。-
近年、中国は深海機器の製造にも積層造形技術を導入しています。{0}中国造船工業公司のフェンシー重工業有限公司は、西安ボーライト社と協力し、レーザー溶融堆積（LMD）技術を使用してチタン合金プロペラや中空シェルなどを試作しました。中国科学院金属研究所は、上海科学技術大学と協力し、積層造形や粉末熱間静水圧プレスプロセスを使用して、さまざまな深海工学用チタン合金部品を開発しました。-高過冷却組成の設計思想と高強度チタン合金の強化および靱化方法に基づいて、積層造形プロセスに適した弱集合組織の等軸結晶チタン合金組成系が開発され、添加剤を使用して製造されたチタン合金が優れた強度、塑性適合性、および機械的特性の等方性を達成できるようになりました。
第14次5カ年計画期間中、ノースウェスト研究所は国家重点研究開発プログラムのサブプロジェクト「深海極限サービス環境向けの高強度で靱性の高いチタン合金組成の最適化と調製」に依存し、高強度で靱性の高いチタン合金Ti1300とTi5321をベースに、深海機器用の超高強度チタン合金Ti1300Gと深海機器積層造形用の高強度で靱性の高いチタン合金Ti5321Gを開発した。 Ti1300G 合金耐圧シェルの降伏強度は 1250MPa、伸びは 9% 以上、衝撃エネルギーは 24J 以上、破壊靱性は 60MPa・m1/2 以上に達します。 Ti5321G 合金積層造形部品の降伏強度は 1050MPa に達し、伸び率は 9% 以上です。深海グライダー用の耐圧シェル部品は Ti1300G 合金を使用して作成され、深海用 ROV スラスター プロペラと実験用マニピュレータ アームは Ti5321G 合金を使用して作成されました。-現在、耐圧シェルは設置後のテストを待っており、ROVは南シナ海での海上試験に成功しました。
見積もりを依頼する
電子メール:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
