Zliatiny titánu sa používajú ako vysoko spoľahlivé materiály na prepravu parných generátorov v jadrových elektrárňach. Oceľové kondenzátory a výmenníky tepla na rôzne funkčné účely sa začali vo veľkej miere používať koncom 50. rokov 20. storočia, keď Centrálny inštitút pre výskum konštrukčných materiálov Prometheus prevzal iniciatívu nahradiť materiály s nízkou životnosťou pre námorné podmienky zliatinami titánu odolnými voči korózii. Zvlášť akútnym problémom v tom čase boli parogenerátory pre námorné jadrové elektrárne. Prevádzka ponoriek s jadrovým pohonom od konca 50. rokov 20. storočia ukázala, že potrubie parného generátora vyrobené z nehrdzavejúcej ocele 18-8 nemohlo poskytnúť požadovanú životnosť produktu. Dôvodom bolo korózne praskanie ocele v prevádzkovom prostredí parogenerátora.
Práve v tomto období začal Prometheus Central Institute for Structural Materials kreatívne využitie titánových zliatin pri konštrukcii parných generátorov pre námorné atómové reaktory. Táto iniciatíva bola založená na výsledkoch nového vedeckého výskumu žiaruvzdorných zliatin titánu s jedinečnými servisnými a technologickými vlastnosťami, zliatin titánu ПТ-7М a ПТ-3В. Laboratórne a laboratórne testy preukázali, že tieto zliatiny a ich zvary sú odolné voči koróznemu praskaniu pod napätím vo vodných roztokoch v pracovných okruhoch potrubného systému parogenerátora.
Racionálnu iniciatívu Ústavu použiť zliatiny titánu pre parogenerátory podporila špeciálne zriadená Štátna komisia pre problémy prepravy jadrových elektrární, ktorú viedol akademik AP Александров. Výroba rúr pre parné generátory ПТ{0}}М je uvedená do prevádzky v špecializovanej dielni závodu Southern Tube Plant. Veľký počet vedeckých výskumov sa premietol do dokumentácie výrobného procesu v pobaltských a niektorých ďalších závodoch, vrátane štúdia vzťahu medzi štrukturálnymi a deformačnými charakteristikami zvarových spojov rúr z titánových zliatin ПТ-7М a tepelný cyklus zvárania. Získané výsledky nám umožnili správne vybrať a zdokonaliť zváracie zariadenie na zváranie potrubných spojov a zabezpečiť spoľahlivé navíjanie zvitkov z ultra dlhých rúrok zo zváraných rúr. Popri tejto vedeckej práci sa pozornosť venovala výrobe prechodových spojov titán-oceľ (spájkované závitové spoje) na spájanie zliatiny titánu ПТ-3В s oceľami 0Х18Н10ТВД a 20ВД. V priebehu tohto vývoja bola zisťovaná štruktúra a vlastnosti zvarových spojov uvedených materiálov vo vzťahu k zloženiu spájky a tepelnému cyklu zvárania.
Prvé parné generátory s titánovými rúrovými systémami boli navrhnuté v Spoločnom riadiacom centre Baltských lodeníc za aktívnej tvorivej účasti špecialistov Centrálneho výskumného ústavu konštrukčných materiálov Prometheus (PRISM), kde hlavnou úlohou PRISM bolo zabezpečiť vyrobiteľnosť štruktúr. Preto boli všetky výkresy parogenerátorov konzultované s ústavom. Výroba prvých titánových parogenerátorov ПТ-14Т v závode v Baltskom mori bola tiež realizovaná za priamej účasti inštitútu. Výsledky výskumu ústavu v celom rade procesných operácií - zváranie extra dlhých rúr pre vinuté zvitky, výroba titánovo-oceľových prechodových spojov, vinutých zvitkov a ich tepelné spracovanie, ako aj zvládnutie riadiacich operácií - boli prezentované v dielne závodu. Prvá loď vybavená prototypom titánového generátora pary ПТ-14Т bola nútená bežať 10,000 hodín svojej špecifikovanej životnosti. Počas prevádzky jednotky neboli zistené žiadne poruchy ani poruchy, čo potvrdzuje vysokú spoľahlivosť generátora pary z titánovej zliatiny. (Parné generátory vyrobené z 18-8 ocele zlyhali počas 2000-3000 hodín prevádzky. Použitie titánových zliatin vyriešilo jeden z hlavných problémov prepravy jadrových energetických jednotiek v ponorkovej flotile – spoľahlivosť, životnosť a dlhodobú autonómiu plavby). Následné štúdie jednej z demontovaných komôr parogenerátora ukázali, že nedošlo k poškodeniu rúr a zvarových spojov a počiatočné mechanické vlastnosti rúrkového kovu a pevnosť zvarových spojov zostali nezmenené.
Úspešná aplikácia titánových zliatin pri výrobe parných generátorov predurčuje ďalšie široké využitie týchto zliatin vo všetkých projektoch jadrových elektrární pre ponorky, hladinové lode – krížniky a ľadoborce. Doposiaľ boli získané veľké skúsenosti s prevádzkou parných generátorov zo zliatin titánu ПТ-7М (rúrky) a ПТ-3В (vsuvkové rúrky, rúrkové mriežky, redukcie). Najdlhšia prevádzková doba parogenerátorov modelov ПГ-18Т a ПГ-28Т na ľadoborec bola 150,000 hodín.
V najkratšom možnom čase vznikla nová domáca výroba titánu a jeho zliatin - metalurgia, ako aj high-tech výroba rôznych ingotov a polotovarov pre rôzne účely stavby lodí a jadrovej energetiky, čím sa vytvoril nový model hlbinnej výroby. morská technológia. Problémy so životnosťou a spoľahlivosťou flotily jadrových ponoriek boli vyriešené, desaťnásobne sa zvýšila životnosť palubných jadrových energetických zariadení (parogenerátory, výmenníky tepla, kondenzátory atď.).
Centrálny výskumný ústav konštrukčných materiálov Prometheus je jedným z iniciátorov a priamych účastníkov titánového priemyslu.
Od samého začiatku titánového priemyslu bolo lodiarstvo jednou z hlavných oblastí spotreby titánových zliatin. Lodiarsky priemysel spotrebuje 20 percent produkcie titánu, čo zodpovedá 10-12,000 tonám rôznych polotovarov. Takmer všetok titán bol uvoľnený lodiarskym priemyslom, hlavne na stavbu hlbokomorskej technológie na rôzne účely. To nám umožnilo postaviť prvú celotitánovú jadrovú ponorku K-162, prvú plne automatizovanú jadrovú ponorku Typ 705, hĺbkové ponorky s posádkou „Русь“ a „Консул“, ako aj množstvo ďalších objednávok. Dosiahli sme prelom a kvalitatívny skok v stavbe domácich ponoriek pred zahraničnými partnermi.
Pokročilá aplikácia titánovej zliatiny v jadrovej elektrárni. Takmer 50 rokov zliatin titánu v oblasti dopravy v oblasti jadrovej energie s pozitívnymi aplikačnými skúsenosťami, existuje séria výskumu jadrovej fyziky, ožarovania, korózie a iných služieb, ktoré ukazujú, že široká škála zliatin titánu v jadrových elektrárňach je prospešná. pre zlepšenie životnosti, ale aj pre plášť reaktora (nový smer) a rôzne zložité zariadenia využívajúce zliatiny titánu, tieto zariadenia v prevádzke v podmienkach silného ožiarenia neutrónmi, toky až 10 ʌ 22 neutrónov/cm2 alebo viac. V porovnaní s konvenčnými materiálmi majú zliatiny titánu sľubné aplikácie.
Aktivácia a odolnosť zliatin titánu voči žiareniu.ПТ-3В, ПТ-7М, ПТ-5В a ďalšie zliatiny titánu sú dobre študované a široko používané v lodiarstve a námorných jadrových elektrárňach. Najdôležitejšou vlastnosťou zliatin titánu, na rozdiel od iných konštrukčných materiálov, je ich vysoká odolnosť voči žiareniu v podmienkach ožarovania reaktora, nízka aktivita, výborný rýchly pokles indukovanej rádioaktivity. Z hľadiska úrovne indukovanej rádioaktivity a jej rýchlosti poklesu v čase sú zliatiny titánu najvhodnejšími konštrukčnými materiálmi na zlepšenie radiačného prostredia pri prevádzke, opravách a demontáži jadrových elektrární, na zníženie ožiarenia personálu údržby a na riešenie problému likvidácie rádioaktívneho odpadu.
Výsledkom je, že pri teplotách do 250 stupňov je radiačné vytvrdzovanie a degradácia plasticity študovaných materiálov závažnejšie ako pri vyšších teplotách. Dávková závislosť tvrdnutia a degradácie plasticity zliatiny ПТ-7М na vzorkách ožiarených vo vode v prvom okruhu reaktorového kanála ľadoborcov s jadrovým pohonom „Arktída“ a „Sibír“ veľmi dobre zodpovedá výsledky skoršieho ožiarenia vo vzduchu. Charakterizácia vzťahu dávka-teplota naznačuje existenciu rôznych mechanizmov ovplyvňovania žiarenia v oblastiach s nízkou a vysokou teplotou. Fyzikálno-mechanické vlastnosti titánových zliatin a ich zvarových spojov sa začínajú meniť pri -50 stupňoch pri vstrekovaní vyšších ako 10ʌ18 neutrónov/cm2. Treba poznamenať, že v prípade trupových ocelí nastáva zmena vlastností už pri rýchlosti vstrekovania 5 × 10ʌ17 neutrónov/cm2 a prípustná úroveň ožiarenia zváraných konštrukcií z titánových zliatin a ich nánosov bola stanovená na základom všetkých výskumov, berúc do úvahy zaťaženie korozívnym médiom a ďalšie podmienky aplikácie.
Pozoruhodná je najmä skutočnosť, že vo vzorkách titánovej zliatiny pri statickom a dynamickom zaťažení za všetkých študovaných podmienok ožarovania semien, vrátane ľadoborca s jadrovým pohonom, nebolo zistené žiadne radiačné skrehnutie. Vďaka zachovaniu vysokej plasticity po ožiarení neutrónmi, nízkej rýchlosti redukcie vstrekovania neutrónov a absencii krehkého lomu môžu zliatiny titánu úspešne konkurovať oceliam rôznych systémov od nízkolegovaných po austenitické.
V blízkej budúcnosti bude rozvoj jadrovej energetiky a jej konkurencieschopnosť závisieť od vývoja a používania nových konštrukčných materiálov charakterizovaných súčasne vysokou radiačnou odolnosťou, nízkou úrovňou indukovanej rádioaktivity v neutrónovom poli a schopnosťou rýchlej degradácie v rámci {{ 0}} rokov. Zliatiny titánu sa považujú za najlepší a najsľubnejší materiál pre vodno-vodné reaktory pracujúce pod 400 stupňov.
Centrálny výskumný ústav konštrukčných materiálov Prometheus v spojení s Kurchakovým inštitútom, Výskumným a konštrukčným ústavom elektroenergetiky, High-Tech Institute of Anorganic Materials, Institute of Nuclear Reactors, Experimental Design Bureau of Mechanical Engineering, Moskovským inštitútom inžinierskej fyziky a ďalšími vykonali veľké množstvo komplexných štúdií vhodnosti a životnosti zliatin titánu, ktoré preukázali, že:
V závislosti od indukovanej rádioaktivity zliatin titánu a rýchlosti ich degradácie, berúc do úvahy vplyv hlavných zliatin (Al, V, Zr, atď.) a nečistôt, sú zliatiny titánu najvýhodnejšími konštrukčnými materiálmi na zabezpečenie vysokej environmentálnej bezpečnosti. a riešenie problémov nakladania s rádioaktívnymi odpadmi v dlhodobej prevádzke jadrových elektrární.
Podľa fyzikálnych a mechanických vlastností, koróznej a radiačnej stability a iných komplexných charakteristík sú -zliatiny titánu ako ПТ-3В, ПТ-7М, РК-20 a ich zvárané štruktúry rovnaké v porovnaní s domácimi a zahraničnými vyrábanými oceľovými plášťami reaktorov, austenitickými oceľami a zliatinami s vysokým obsahom niklu alebo ich predčí.
Na rozdiel od tradične používaných ocelí, ktoré na dosiahnutie špecifikovanej úrovne vlastností produktu musia prejsť naváraním na korózii odolným navarením, viacstupňovým, dlhým a nákladným tepelným spracovaním vrátane žíhania zvarových spojov, vlastnosti zliatin titánu sú určené iba ich chemické zloženie. -Zliatiny titánu ako konštrukčný materiál možno použiť na výrobu plášťov reaktorov, jadier reaktorov pre rôzne aplikácie jadrových elektrární s prevádzkovými teplotami do 400°C, parných generátorov, výmenníkov tepla a iných materiálov. generátory, výmenníky tepla a iné zariadenia.
Spoločné úsilie vedcov a inžinierov z rôznych priemyselných odvetví korporácie Avisma viedlo vo veľmi krátkom čase k vývoju vedecky overenej a zdokonalenej technológie výroby ingotov, ktorá v mnohých parametroch prevyšuje doterajšiu úroveň. Vznikol silný metalurgický priemysel titánových zliatin, vrátane výroby titánových húb, zliatinových kompozícií, titánových ingotov, nových zliatin, ako aj rôznych polotovarov z nich vyrobených. Vedecký a technologický základ výroby titánovej špongie, vyvinutý spoločným úsilím výrobcov a spotrebiteľov, zaručuje vysokú kvalitu titánovej špongie, ktorá z hľadiska tvrdosti a obsahu nečistôt nie je horšia ako titánová špongia vyrábaná v zahraničí. Na výrobu polotovarov zo zliatin titánu rôznych druhov a aplikácií sú zorganizované kontinuálne dodávky ingotov s priemerom 1000 mm a hmotnosťou do 10 ton. Mnoho vyvinutých titánových zliatin a polotovarov rôznych typov sa používa v hlbokomorskom stavbe lodí, jadrovej energetike a iných odvetviach.
