Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ως υλικά υψηλής αξιοπιστίας για τη μεταφορά γεννητριών ατμού σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Οι συμπυκνωτές και οι εναλλάκτες θερμότητας χάλυβα για διαφορετικούς λειτουργικούς σκοπούς άρχισαν να χρησιμοποιούνται ευρέως στα τέλη της δεκαετίας του 1950, όταν το Central Structural Materials Research Institute of Prometheus ανέλαβε την πρωτοβουλία της αντικατάστασης υλικών χαμηλής διάρκειας ζωής για θαλάσσιες συνθήκες με ανθεκτικά στη διάβρωση κράματα τιτανίου. Ένα ιδιαίτερα οξύ πρόβλημα εκείνη την εποχή ήταν οι ατμογεννήτριες για θαλάσσιους πυρηνικούς σταθμούς. Η λειτουργία πυρηνοκίνητων υποβρυχίων από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 και μετά έδειξε ότι οι σωληνώσεις της γεννήτριας ατμού από ανοξείδωτο χάλυβα 18-8 δεν μπορούσαν να παρέχουν την απαιτούμενη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Ο λόγος για αυτό ήταν η διάβρωση λόγω καταπόνησης του χάλυβα στο περιβάλλον λειτουργίας της γεννήτριας ατμού.
Ήταν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου που το Κεντρικό Ινστιτούτο Δομικών Υλικών Προμηθέας άρχισε τη δημιουργική χρήση κραμάτων τιτανίου στην κατασκευή γεννητριών ατμού για θαλάσσιους ατομικούς αντιδραστήρες. Αυτή η πρωτοβουλία βασίστηκε στα αποτελέσματα νέας επιστημονικής έρευνας για ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα τιτανίου με μοναδικές υπηρεσίες και τεχνολογικές ιδιότητες, τα κράματα τιτανίου ПТ-7М και ПТ-3В. Οι δοκιμές που έγιναν στο εργαστήριο και στον πάγκο απέδειξαν ότι αυτά τα κράματα και οι συγκολλήσεις τους είναι ανθεκτικά σε ρωγμές από διάβρωση τάσης σε υδατικά διαλύματα στα κυκλώματα εργασίας του συστήματος σωληνώσεων της γεννήτριας ατμού.
Η ορθολογική πρωτοβουλία του Ινστιτούτου για χρήση κραμάτων τιτανίου για ατμογεννήτριες υποστηρίχθηκε από μια ειδικά συσταθείσα Κρατική Επιτροπή για τα προβλήματα μεταφοράς πυρηνικών σταθμών, με επικεφαλής τον ακαδημαϊκό AP Александров. Η παραγωγή σωλήνων για ατμογεννήτριες ПТ{{0}}Μ τίθεται σε λειτουργία στο εξειδικευμένο συνεργείο του εργοστασίου Southern Tube. Ένας μεγάλος αριθμός επιστημονικών ερευνών αντικατοπτρίστηκε στην τεκμηρίωση της παραγωγικής διαδικασίας στη Βαλτική και σε ορισμένα άλλα εργοστάσια, συμπεριλαμβανομένης της μελέτης της σχέσης μεταξύ των δομικών και παραμορφωτικών χαρακτηριστικών των συγκολλημένων αρμών των σωλήνων από κράμα τιτανίου ПТ-7Μ και ο θερμικός κύκλος της συγκόλλησης. Τα ληφθέντα αποτελέσματα μας επέτρεψαν να επιλέξουμε σωστά και να τελειοποιήσουμε τον εξοπλισμό συγκόλλησης για τη συγκόλληση αρμών σωλήνων και να εξασφαλίσουμε αξιόπιστη περιέλιξη πηνίων κατασκευασμένων από εξαιρετικά μεγάλους σωλήνες από συγκολλημένους σωλήνες. Εκτός από αυτήν την επιστημονική εργασία, δόθηκε προσοχή στην κατασκευή μεταβατικών αρμών τιτανίου-χάλυβα (αρμούς με χαλκογραφία με σπείρωμα) για τη σύνδεση κράματος τιτανίου ПТ-3В με χάλυβες 0Х18Н10ТВД και 20ВД. Στην πορεία αυτής της εξέλιξης, προσδιορίστηκαν η δομή και οι ιδιότητες των αρμών συγκόλλησης των αναφερθέντων υλικών σε σχέση με τη σύνθεση συγκόλλησης και τον θερμικό κύκλο συγκόλλησης.
Οι πρώτες γεννήτριες ατμού με συστήματα σωλήνων τιτανίου σχεδιάστηκαν στο Κοινό Κέντρο Ελέγχου των Ναυπηγείων της Βαλτικής με την ενεργό δημιουργική συμμετοχή ειδικών του Κεντρικού Ινστιτούτου Έρευνας Δομικών Υλικών Προμηθέας (PRISM), όπου ο κύριος ρόλος του PRISM ήταν η διασφάλιση της κατασκευαστικής ικανότητας. των δομών. Ως εκ τούτου, όλα τα σχέδια για τις γεννήτριες ατμού ζητήθηκαν από το Ινστιτούτο. Με την άμεση συμμετοχή του Ινστιτούτου πραγματοποιήθηκε επίσης η παραγωγή των πρώτων γεννητριών ατμού τιτανίου ПТ-14T στο εργοστάσιο της Βαλτικής. Τα αποτελέσματα της έρευνας του Ινστιτούτου σε μια σειρά διεργασιών διεργασιών - συγκόλληση πολύ μακρών σωλήνων για κουλουριασμένα πηνία, κατασκευή μεταβατικών αρμών τιτανίου-χάλυβα, κουλουριασμένα πηνία και θερμική επεξεργασία τους, καθώς και έλεγχος των λειτουργιών ελέγχου - παρουσιάστηκαν στο εργαστήρια του εργοστασίου. Το πρώτο πλοίο εξοπλισμένο με πρωτότυπη γεννήτρια ατμού τιτανίου ПТ-14Τ αναγκάστηκε να λειτουργήσει για 10,000 ώρες από την καθορισμένη διάρκεια ζωής του. Δεν εντοπίστηκαν αστοχίες ή δυσλειτουργίες κατά τη λειτουργία της μονάδας, γεγονός που επιβεβαιώνει την υψηλή αξιοπιστία της γεννήτριας ατμού από κράμα τιτανίου. (Οι γεννήτριες ατμού από 18-8 χάλυβα απέτυχαν κατά τη διάρκεια 2000-3000 ωρών λειτουργίας. Η χρήση κραμάτων τιτανίου έλυσε ένα από τα κύρια προβλήματα μεταφοράς πυρηνικών μονάδων στον υποβρύχιο στόλο - αξιοπιστία, μακροζωία και αυτονομία για μεγάλο χρονικό διάστημα ταξίδια). Μεταγενέστερες μελέτες ενός από τους αποσυναρμολογημένους θαλάμους γεννήτριας ατμού έδειξαν ότι δεν υπήρξε ζημιά στους σωλήνες και τους συγκολλημένους συνδέσμους και οι αρχικές μηχανικές ιδιότητες του μετάλλου του σωλήνα και η αντοχή των συγκολλημένων αρμών παρέμειναν αμετάβλητες.
Η επιτυχής εφαρμογή κραμάτων τιτανίου στην κατασκευή ατμογεννητριών καθορίζει την περαιτέρω ευρεία χρήση αυτών των κραμάτων σε όλα τα έργα πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής για υποβρύχια, πλοία επιφανείας - καταδρομικά και παγοθραυστικά. Μέχρι στιγμής, έχει αποκτηθεί μεγάλη εμπειρία στη λειτουργία ατμογεννητριών από κράματα τιτανίου ПТ-7Μ (σωλήνες) και ПТ-3В (σωλήνες θηλής, πλέγματα σωλήνων, μειωτήρες). Ο μεγαλύτερος χρόνος λειτουργίας των γεννητριών ατμού των μοντέλων ПГ-18Т και ПГ-28Τ στο παγοθραυστικό ήταν 150,000 ώρες.
Νέα εγχώρια παραγωγή τιτανίου και κραμάτων του -μεταλλουργία- καθώς και υψηλής τεχνολογίας παραγωγή διαφόρων πλινθωμάτων και ημικατεργασμένων προϊόντων για διαφορετικούς σκοπούς ναυπηγικής και πυρηνικής ενέργειας καθιερώθηκε το συντομότερο δυνατό, δημιουργώντας έτσι ένα νέο μοντέλο βαθιάς θαλάσσια τεχνολογία. Τα προβλήματα μακροζωίας και αξιοπιστίας του στόλου πυρηνικών υποβρυχίων έχουν λυθεί, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού πυρηνικής ενέργειας επί του πλοίου (γεννήτριες ατμού, εναλλάκτες θερμότητας, συμπυκνωτές κ.λπ.) κατά δέκα φορές.
Το Κεντρικό Ινστιτούτο Ερευνών για Δομικά Υλικά Προμηθέας είναι ένας από τους εμπνευστές και άμεσους συμμετέχοντες στη βιομηχανία τιτανίου.
Από την αρχή της βιομηχανίας τιτανίου, η ναυπηγική ήταν ένας από τους κύριους τομείς κατανάλωσης κραμάτων τιτανίου. Η ναυπηγική βιομηχανία καταναλώνει το 20 τοις εκατό της παραγωγής τιτανίου, που αντιστοιχεί σε 10-12,000 τόνους διαφορετικών ημικατεργασμένων προϊόντων. Σχεδόν όλο το τιτάνιο έχει απελευθερωθεί από τη ναυπηγική βιομηχανία, κυρίως για την κατασκευή τεχνολογίας βαθέων υδάτων για διάφορους σκοπούς. Αυτό μας επέτρεψε να κατασκευάσουμε το πρώτο πυρηνικό υποβρύχιο Κ-162 από τιτάνιο, το πρώτο πλήρως αυτοματοποιημένο πυρηνικό υποβρύχιο Type 705, τα επανδρωμένα βαθιά υποβρύχια "Русь" και "Консул", καθώς και μια σειρά από άλλες παραγγελίες. Έχουμε επιτύχει μια σημαντική ανακάλυψη και ένα ποιοτικό άλμα στην εγχώρια ναυπηγική υποβρύχια ναυπηγεία μπροστά από τους ομολόγους του εξωτερικού.
Προηγμένη εφαρμογή κράματος τιτανίου σε πυρηνικούς σταθμούς. Σχεδόν 50 χρόνια κραμάτων τιτανίου στη μεταφορά πυρηνικής ενέργειας πεδίου θετικής εμπειρίας εφαρμογής, υπάρχει μια σειρά από έρευνες πυρηνικής φυσικής, η ακτινοβολία, η διάβρωση και άλλες επιδόσεις υπηρεσιών δείχνουν ότι ένα ευρύ φάσμα κραμάτων τιτανίου σε πυρηνικούς σταθμούς είναι ωφέλιμο, τόσο για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής, αλλά και για το κέλυφος του αντιδραστήρα (η νέα κατεύθυνση) και μια ποικιλία σύνθετου εξοπλισμού που χρησιμοποιεί κράματα τιτανίου, αυτές οι συσκευές σε συνθήκες λειτουργίας ισχυρής ακτινοβολίας νετρονίων, ροές έως 10 ʌ 22 νετρόνια/cm2 ή περισσότερο. Σε σύγκριση με τα συμβατικά υλικά, τα κράματα τιτανίου έχουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές.
Ενεργοποίηση και αντίσταση στην ακτινοβολία των κραμάτων τιτανίου. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των κραμάτων τιτανίου, σε αντίθεση με άλλα δομικά υλικά, είναι η υψηλή αντοχή τους στην ακτινοβολία υπό συνθήκες ακτινοβολίας αντιδραστήρα, η χαμηλή δραστηριότητα, η εξαιρετική ταχεία μείωση της επαγόμενης ραδιενέργειας. Όσον αφορά το επίπεδο της επαγόμενης ραδιενέργειας και το ρυθμό μείωσης της με την πάροδο του χρόνου, τα κράματα τιτανίου είναι τα καταλληλότερα δομικά υλικά για τη βελτίωση του περιβάλλοντος ακτινοβολίας κατά τη λειτουργία, επισκευή και αποσυναρμολόγηση πυρηνικών σταθμών, για τη μείωση της ακτινοβόλησης του προσωπικού συντήρησης και επίλυση του προβλήματος της διάθεσης ραδιενεργών αποβλήτων.
Ως αποτέλεσμα, σε θερμοκρασίες έως 250 μοίρες, η σκλήρυνση από την ακτινοβολία και η υποβάθμιση της πλαστικότητας των υλικών που μελετήθηκαν είναι πιο σοβαρές από ό,τι σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η εξάρτηση από τη δόση της σκλήρυνσης και της υποβάθμισης της πλαστικότητας του κράματος ПΤ-7Μ σε δείγματα που ακτινοβολήθηκαν σε νερό στο πρώτο κύκλωμα του καναλιού του αντιδραστήρα των πυρηνικών παγοθραυστικών "Arctic" και "Siberia" αντιστοιχεί πολύ καλά στην αποτελέσματα προηγούμενης ακτινοβολίας στον αέρα. Ο χαρακτηρισμός της σχέσης δόσης-θερμοκρασίας υποδεικνύει την ύπαρξη διαφορετικών μηχανισμών επιρροής της ακτινοβολίας στις περιοχές χαμηλής και υψηλής θερμοκρασίας. Οι φυσικομηχανικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου και των συγκολλημένων ενώσεων τους αρχίζουν να αλλάζουν σε -50 βαθμό σε εγχύσεις υψηλότερες από 10ʌ18 νετρόνια/cm2. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση των χάλυβων κύτους, η αλλαγή στις ιδιότητες συμβαίνει ήδη με ρυθμό έγχυσης 5 × 10ʌ17 νετρονίων/cm2 και το επιτρεπόμενο επίπεδο ακτινοβόλησης συγκολλημένων κατασκευών από κράματα τιτανίου και η συσσώρευσή τους έχει προσδιοριστεί στις τη βάση όλων των ερευνών, λαμβάνοντας υπόψη τη φόρτιση του διαβρωτικού μέσου και άλλες συνθήκες εφαρμογής.
Ιδιαίτερα αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι δεν ανιχνεύθηκε ευθραυστότητα ακτινοβολίας σε δείγματα κράματος τιτανίου υπό στατική και δυναμική φόρτωση υπό όλες τις συνθήκες ακτινοβολίας σπόρων που μελετήθηκαν, συμπεριλαμβανομένου ενός παγοθραυστικού με πυρηνική ενέργεια. Λόγω της διατήρησης της υψηλής πλαστικότητας μετά την ακτινοβολία νετρονίων, του χαμηλού ρυθμού μείωσης της έγχυσης νετρονίων και της απουσίας εύθραυστης θραύσης, τα κράματα τιτανίου μπορούν να ανταγωνιστούν επιτυχώς τους χάλυβες διαφόρων συστημάτων που κυμαίνονται από χαμηλά κράματα έως ωστενιτικά.
Στο εγγύς μέλλον, η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας και η ανταγωνιστικότητά της θα εξαρτηθούν από την ανάπτυξη και χρήση νέων δομικών υλικών που χαρακτηρίζονται από ταυτόχρονα υψηλή αντίσταση στην ακτινοβολία, χαμηλά επίπεδα επαγόμενης ραδιενέργειας στο πεδίο νετρονίων και την ικανότητα να αποικοδομούνται γρήγορα εντός {{ 0}} έτη. Τα κράματα τιτανίου θεωρούνται το καλύτερο και πολλά υποσχόμενο υλικό για αντιδραστήρες νερού-νερού που λειτουργούν κάτω από 400 βαθμούς.
Προμηθέας Κεντρικό Ερευνητικό Ινστιτούτο Δομικών Υλικών σε συνδυασμό με το Ινστιτούτο Kurchak, Ινστιτούτο Έρευνας και Σχεδιασμού Ηλεκτρικής Μηχανικής, Ινστιτούτο Ανόργανων Υλικών Υψηλής Τεχνολογίας, Ινστιτούτο Πυρηνικών Αντιδραστήρων, Γραφείο Πειραματικού Σχεδιασμού Μηχανολόγων Μηχανικών, Ινστιτούτο Μηχανικής Φυσικής της Μόσχας και άλλα έχουν πραγματοποιήσει μεγάλο αριθμό ολοκληρωμένων μελετών για την καταλληλότητα και τη διάρκεια ζωής των κραμάτων τιτανίου, οι οποίες έχουν δείξει ότι:
Ανάλογα με την επαγόμενη ραδιενέργεια των κραμάτων τιτανίου και τον ρυθμό αποδόμησής τους, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση των κύριων κραμάτων (Al, V, Zr, κ.λπ.) και των στοιχείων ακαθαρσίας, τα κράματα τιτανίου είναι τα πιο ευνοϊκά δομικά υλικά για την παροχή υψηλής περιβαλλοντικής ασφάλειας και επίλυση των προβλημάτων διαχείρισης ραδιενεργών αποβλήτων στη μακροχρόνια λειτουργία των πυρηνικών σταθμών.
Σύμφωνα με τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες, τη σταθερότητα στη διάβρωση και την ακτινοβολία και άλλα ολοκληρωμένα χαρακτηριστικά, τα κράματα τιτανίου όπως ΠΤ-3Β, ПТ-7Μ, РΚ-20 και οι συγκολλημένες δομές τους είναι ίσα ή ανώτεροι από τους εγχώριους και ξένους παραγόμενους χάλυβες περιβλήματος αντιδραστήρων, ωστενιτικούς χάλυβες και κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο.
Σε αντίθεση με τους παραδοσιακά χρησιμοποιούμενους χάλυβες, οι οποίοι, για να επιτύχουν το καθορισμένο επίπεδο ιδιοτήτων του προϊόντος, πρέπει να υποβληθούν σε συγκόλληση με επικάλυψη ανθεκτική στη διάβρωση, πολυβάθμια, μακρά και δαπανηρή θερμική επεξεργασία, συμπεριλαμβανομένης της ανόπτησης συγκολλημένων αρμών, οι ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου καθορίζονται μόνο από τη χημική τους σύνθεση. -Τα κράματα τιτανίου ως δομικό υλικό μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή περιβλημάτων αντιδραστήρων, πυρήνων αντιδραστήρων για διαφορετικές εφαρμογές πυρηνικών σταθμών με θερμοκρασίες λειτουργίας έως 400 βαθμούς C, γεννήτριες ατμού, εναλλάκτες θερμότητας και άλλα υλικά. γεννήτριες, εναλλάκτες θερμότητας και άλλος εξοπλισμός.
Σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, οι κοινές προσπάθειες επιστημόνων και μηχανικών από διάφορους βιομηχανικούς κλάδους της Avisma Corporation οδήγησαν στην ανάπτυξη επιστημονικά αποδεδειγμένης και τελειοποιημένης τεχνολογίας παραγωγής πλινθωμάτων, η οποία υπερβαίνει το προηγούμενο επίπεδο σε μια σειρά παραμέτρων. Έχει δημιουργηθεί μια ισχυρή μεταλλουργική βιομηχανία κραμάτων τιτανίου, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής σφουγγαριού τιτανίου, συνθέσεων κραμάτων, πλινθωμάτων τιτανίου, νέων κραμάτων, καθώς και ποικιλίας ημικατεργασμένων προϊόντων που κατασκευάζονται από αυτά. Η επιστημονική και τεχνολογική βάση της παραγωγής σπόγγου τιτανίου, που αναπτύχθηκε με κοινές προσπάθειες παραγωγών και καταναλωτών, εγγυάται υψηλή ποιότητα σπόγγου τιτανίου, η οποία δεν είναι κατώτερη από το σπόγγο τιτανίου που παράγεται στο εξωτερικό όσον αφορά τη σκληρότητα και την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες. Έχουν οργανωθεί συνεχείς παραδόσεις πλινθωμάτων διαμέτρου 1000 mm και βάρους έως 10 τόνων για την παραγωγή ημικατεργασμένων προϊόντων από κράματα τιτανίου διαφόρων ποικιλιών και εφαρμογών. Πολλά ανεπτυγμένα κράματα τιτανίου και ημικατεργασμένα προϊόντα διαφόρων τύπων χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική βιομηχανία βαθέων υδάτων, την πυρηνική ενέργεια και άλλες βιομηχανίες.
