Die Anwendung von Titan im Schiffsbereich

1. Atom-U-BooteRussland steht an der Spitze der internationalen Forschungs- und Fertigungstechnologie für Atom-U-Boote aus Titanlegierungen und war auch das erste Land, das Titanlegierungen zum Bau druckfester Granaten verwendete. In Spitzenzeiten erreichte die jährliche Produktion von dicken Blechen und Rohren aus Titanlegierungen für U-Boote 10.000 Tonnen, was 30 bis 50 % der jährlichen Produktion von verarbeiteten Materialien aus Titanlegierungen ausmacht. Ein typisches Beispiel für die Verwendung von Titan auf Schiffen ist das russische Atom-U-Boot der Typhoon-Klasse, dessen Außenhülle aus Titan besteht. Aufgrund militärischer Anforderungen wird eine Doppelschalenstruktur übernommen, und die Doppelschichtschale besteht aus 9.000 Tonnen Titan, wodurch sie nicht-magnetisch, tief tauchend, schnell und geräuscharm ist und weniger Wartungszeiten erfordert. Das Boot ist 172,8 m lang, bei einer maximalen Breite von 23,3 m und einer Höhe von 42,7 m. Es hat eine Wasserverdrängung von 23.200 Tonnen und eine Tauchverdrängung von 33.800 Tonnen. Die Tauchgeschwindigkeit beträgt 50 km pro Stunde und die maximale Tauchtiefe beträgt 500 m. Die kontinuierliche Tauchzeit beträgt 120 Tage. Der Bau des Schiffes begann 1977 und wurde 1981 in Dienst gestellt. Es spielte eine entscheidende Rolle in der russischen Marine.

2. Komplett aus Titan gefertigtes Schiff
1985 bauten die japanische Toho Titanium Company und Fujinobu Shipbuilding gemeinsam das Volltitan-Schnellboot „Mori Zhi Tian I“, das eine Zeit lang in den Vereinigten Staaten sehr beliebt war. 1997 lief das von der Nippon Kogyo Corporation hergestellte Schnellboot „Titan Rapid“ vom Stapel und stach in See. Es ist etwa 12 Meter lang und hat eine schöne dreidimensionale Kurve, die den Navigationswiderstand minimieren kann. Die Jiangteng Shipyard stellte 1998 und 1999 zwei Schiffe aus Titan her, die „Second Asahi Maru“ und die „Akimaru“. Die Vorteile sind geringes Gewicht, hohe Geschwindigkeit, kleiner Motor, niedrige Kraftstoffkosten, geringe Kohlendioxidemissionen, keine Notwendigkeit einer Oberflächenbeschichtung und einfache Reinigung der Anbaugeräte. Die Nachteile sind hohe Materialkosten, schwierige Verarbeitungs- und Fertigungstechnik sowie strenge Schutzanforderungen. Die Ergebnisse des Versuchsschiffs zeigen eine gute Leistung in Bezug auf Geschwindigkeitsstabilität, Vibration und Lärm.

3. Tieftauchfahrzeuge, Rettungsboote und Schiffskomponenten
Die Vereinigten Staaten, Japan und Frankreich haben alle Tiefsee-Tauchboote gebaut, bei denen Titan und Titanlegierungen zur Herstellung druckfester Gehäuse verwendet wurden. Unter anderem wird die Legierung Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo zur Herstellung der Schalen der amerikanischen Tiefsee-Tauchboote Aivin und Sea Cliff verwendet; Die Ti-6Al-4V ELI-Legierung wird für Auftriebskugeln auf den Granaten und Auftriebskugeln der französischen SM97, der amerikanischen Aivin, der japanischen Deep Sea 2000 und des Deep Sea Rescue Vessel (DSRV) der US Navy verwendet.

4. Tauchboot „Jiaolong“.
Das erste unabhängig entworfene und integrierte bemannte Tauchboot in China, die Jiaolong, ist in Abbildung 2-1 dargestellt. Der 3759 m tiefe Seetest wurde im Juli 2010 abgeschlossen und am 1. August 2011 begann die „Jiaolong“ offiziell ihren Unterwasserbetrieb in einer Tiefe von 5180 m. Diese Tauchtiefe bedeutet, dass der Jiaolong über 70 % des Meeresbodens der Welt erreichen kann. Die Raumsonde Jiaolong ist für eine Tiefe von 7000 m ausgelegt und damit die größte der Welt. Es wird erwartet, dass im Jahr 2012 ein Meeresversuch auf 7.000 m Tiefe durchgeführt wird. Der Arbeitsumfang deckt 99,8 % der globalen Meeresregionen ab. Chinas bemanntes Tiefseetauchprogramm schreitet derzeit stetig voran. Das Tiefseetauchboot ist der Höhepunkt der Entwicklung der Meerestechnologie, ähnlich der bemannten Raumfahrttechnik, und spiegelt die umfassende technologische Stärke eines Landes wider. Die Aktivitäten bemannter Tiefsee-Tauchboote decken den Kontinentalhang, Berggipfel, Vulkankrater, ozeanische Rücken und den Meeresboden ab und haben zu zahlreichen Forschungsergebnissen in der Geochemie, Geophysik und Meeresbiologie geführt.

5. Sonarverkleidung
Die Sonarverkleidung aus Titanlegierung weist eine überlegene Gesamtleistung auf und wurde in den Sonarsystemen russischer Schiffe wie Kursk, Minsk und Kiew eingesetzt. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen für Unterwasser- und Oberflächenanwendungen werden derzeit zwei Arten von Schalenplatten-Akustikmaterialien für Sonardeflektoren auf chinesischen Marineschiffen verwendet: Edelstahl und faserverstärktes Fiberglas. Während des Zeitraums des Neunten Fünfjahresplans führte China Forschungen zur Anwendung von Titanlegierungen in Sonardeflektoren für Schiffe durch.

6. Propeller
Das Propellermaterial erfordert eine hohe Festigkeit, ein gutes Ermüdungsverhalten im Meerwassermedium sowie Beständigkeit gegen Erosion und Kavitationskorrosion, und eine Titanlegierung kann die oben genannten umfassenden Leistungsanforderungen erfüllen. Die US-Marine verwendete erstmals einen vierflügeligen, abnehmbaren Superkavitationspropeller aus Titanlegierung mit 1500 mm Durchmesser auf Tragflügelbooten. China entwickelte 1972 Schnellbootpropeller für Tragflächenboote und produziert seitdem verschiedene Arten von Propellern aus Titanlegierung mit Durchmessern von 450 mm bis 1100 mm. Der maximal herstellbare Durchmesser beträgt 1200 mm, bei einer Masse von 130 kg für Festpropeller aus Titanlegierung. Langfristiger Einsatz hat gezeigt, dass die Lebensdauer von Propellern aus Titanlegierung mehr als fünfmal so hoch ist wie die von Propellern aus Kupferlegierung.

7. Schiffspumpen, Ventile und Rohrleitungssysteme
Die Pumpen, Ventile und Rohre auf Schiffen haben aufgrund der extrem rauen Arbeitsbedingungen bei Rohrleitungen aus Kupfer und Edelstahl nur eine Lebensdauer von 2-5 Jahren. Nach dem Austausch funktioniert die Titanlegierung gut und ist für Hochgeschwindigkeits-Meerwasserleitungen geeignet. Der Lebensdauerstandard für russische Schiffspipelines legt drei Altersanforderungen fest, nämlich den Zeitraum für die erste Dockreparatur (8–9 Jahre); Die Lebensdauer sollte 15 Jahre nicht unterschreiten; Von Schiffen aller Leistungsstufen wird erwartet, dass sie während ihrer gesamten Lebensdauer 25 bis 30 Jahre lang zuverlässig funktionieren.

8. Atomgetriebenes Schiff
Russland verwendet Titanlegierungen anstelle von Edelstahl, um Dampfmaschinen, Wärmetauscher und Kühler für Schiffe herzustellen und so Korrosionsschäden zu vermeiden. Das Triebwerk der bestehenden Eisbrecher mit Atomantrieb in Russland nutzt in großem Umfang Titan-Dampfmaschinen.