Сайты предприятия  ▼

x
Виртуальный музей истории института

История института, галерея фотографий, виртуальная панорама музея

Сайт ЦКП института

Сайт центра коллективного пользования уникальным оборудованием "Состав структура и свойства конструкционных и функциональных материалов" ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей"

Сайт по конструкционным наноматериалам и нанотехнологиям

Конструкционные наноматериаллы и нанотехнологии ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей"

 
 

Титановые сплавы - Буклет

Титановые сплавы для морской техники и энергетики

   

 

Skip Navigation LinksГлавнаяОб институтеДеятельностьНПК - Титановые сплавы

Научно-производственный комплекс
«Титановые сплавы»

 

 

Леонов Валерий Петрович

 

Заместитель генерального директора по научной работе

Начальник научно-производственного комплекса “Титановые сплавы”

Доктор технических наук, старший научный сотрудник

 

 

ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей" первым в мире инициировал применение титановых сплавов в корпусном судостроении.  Институтом были созданы морские титановые сплавы, технологии их   промышленного производства, сварки, что обеспечило развитие новой подотрасли конструкционных титановых сплавов, сформировало направление высокопрочных морских титановых сплавов, которые обеспечили строительство серии глубоководных технических средств (ГТС), не имеющих аналогов в мире.  У истоков направления "Морские титановые сплавы" стояли известные учёные  И.В. Горынин, Л. С. Мороз, Б. Б. Чечулин, С. С. Ушков, Полин И.В.

 

Научно-производственный комплекс «Титановые сплавы» более 60 лет проводит исследования в области разработки и создания коррозионностойких свариваемых титановых сплавов для конструкций, используемых в судостроении, атомной энергетике, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

 

В состав научно-производственного комплекса «Титановые сплавы» входят четыре лаборатории, которые выполняют работы по следующим направлениям:

 

  • Создание титановых сплавов и технологий их производства для глубоководных технических средств, судостроения, шельфовых сооружений и специзделий.
  • Разработка технологий сварки титановых сплавов и конструктивно-технологического сопровождения строительства и эксплуатации конструкций.
  • Разработка и внедрение  титановых сплавов и методов модификации поверхности  для судового машиностроения и теплообменного оборудования.
  • Разработка, исследование и внедрение титановых сплавов для атомных энергетических установок,  мониторинг технического состояния АЭУ.

 

Научно-производственный  комплекс «Титановые сплавы»  проводит  научно-исследовательские и производственные работы в соответствии со стратегиями развития отраслей,  с которыми  работает  ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей»,  и исходя  из требований к параметрам создаваемой техники.

 

 

Научно-исследовательские работы

 

 

  • разработка составов и исследование конструкционных  титановых сплавов с целью создания материалов с необходимым уровнем физико-механических свойств;
  • моделирование технологических процессов производства титановых сплавов;
  • разработка новых прогрессивных технологических процессов в металлургии первичных материалов, горячей и холодной пластической обработки при получении полуфабрикатов, термической обработки, сварки конструкций и создания сварочного оборудования;
  • исследование работоспособности основного материала и сварных соединений с определением гарантированных ресурсных характеристик эксплуатации;
  • материаловедческое обеспечение проектирования, изготовления и ремонта оборудования и конструкций всех классов и назначений из титановых сплавов;
  • разработка и внедрение титановых сплавов для конструкций глубоководной техники, судов, освоения шельфа и специального назначения;
  • разработка и внедрение титановых сплавов для конструкций машиностроения и тепловой энергетики;
  • разработка и внедрение титановых сплавов для атомных энергетических установок;
  • разработка специальных покрытий для модификации поверхности,  наноматериалов и нанотехнологий на основе титановых сплавов;
  • разработка и выдача (передача) заводам-изготовителям принципиальных положений по организации производства, технологии изготовления и контролю качества продукции, учитывающих условия эксплуатации производимых изделий;
  • проведение экспертиз по организационно-технической готовности предприятий к осуществлению определенных видов деятельности, программ, методик испытаний и контроля состояния материалов и объектов;
  • разработка методик расчетной оценки и прогнозирование прочностных характеристик конструкций из титановых сплавов под действием повреждающих факторов за период эксплуатации изделий.

 

 

 Производственные работы

 

 

Нанесение  функциональных покрытий на поверхность деталей из титановых сплавов и конструкционных материалов, с целью повышения  антифрикционных, антикоррозионных, механических и электроизолирующих свойств.

 

 

 

Испытания

 

 

  • определение трещиностойкости титановых сплавов и их сварных соединений при статических и циклических нагрузках при нормальных и повышенных температурах;
  • исследование кинетики роста усталостной трещины по основному металлу и зонам сварного соединения;
  • определение длительной прочности в условиях повышенных температур;
  • испытания на малоцикловую усталость;
  • проведение испытаний и определение триботехнических свойств пар трения из различных конструкционных материалов;
  • выбор пар трения  для работы в различных условиях эксплуатации.

 

 

Научно-производственным  комплексом «Титановые сплавы» разработаны конструкционные свариваемые титановые сплавы  средней прочности и высокопрочные,  в том числе:

 

  • корпусные;
  • сплавы для машиностроения;
  • сплавы для энергетики.

 

 

Свариваемые титановые сплавы  имеют следующие преимущества:

 

 

  • высокая удельная прочность;
  • немагнитность;
  • высокие коррозионная стойкость и коррозионно-механическая прочность в морской воде и в агрессивных средах;
  • сплавы хорошо свариваются в одноименном сочетании и с другими титановыми сплавами;
  • сварные соединения в широком диапазоне толщин равнопрочны основному металлу;
  • крупногабаритные сварные конструкции не требуют термической обработки после сварки, вследствие которой в других материалах могут образовываться холодные трещины;
  • значительное повышение ресурса эксплуатации оборудования из титановых сплавов, снижение эксплуатационных расходов и общей массы оборудования.

 

Перечисленные особенности зависят не только от состава сплава, но и от технологии изготовления полуфабрикатов и конструкций.

 

Высокая  удельная прочность, коррозионная стойкость в морской воде и других агрессивных средах, хладостойкость, хорошая  свариваемость, усталостная  прочность при высоких температурах, малый коэффициент линейного расширения конструкции из титановых сплавов позволяют  работать в любых природных условиях без ограничения ресурса.

 

Разработанные титановые сплавы для энергетики в очень малой степени подвержены радиационному  охрупчиванию.  в них полностью отсутствуют радиационно-стимулированная ползучесть и опасность вторичного излучения, быстро снимается наведенная активность.

 

Из  титановых сплавов, созданных ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»,  изготавливаются ответственные конструкции, работающие в морской воде, экстремальных условиях  и агрессивных средах:

 

 

  • в судостроении  - глубоководная  техника  (в т.ч. в цельнотитановом исполнении), сварные конструкции особо ответственного назначения,   высоконагруженные узлы и детали оборудования  (движительные комплексы,  рулевые устройства,  валы, подшипники) и другое;
  • в энергомашиностроении – теплообменное  оборудование (парогенераторы, конденсаторы), трубные системы (трубы, проходная арматура, клапаны, задвижки, фильтры),  поршневые и центробежные насосы, погружные  электродвигатели и гидравлические приводы, а также  системы и оборудование, работающее в условиях  нейтронного  облучения для малогабаритных  АЭУ;
  • в  нефте - газодобыче - морские инженерные сооружения для добычи и средств  транспортировки углеводородов и других полезных ископаемых из недр океана (в т.ч. для  оффшорной техники арктического исполнения),  наземные и морские трубопроводы и  другое;
  • в химическом машиностроении - для деталей и узлов оборудования, работающего в экстремальных условиях (повышенные температура и давление);
  • в пищевой промышленности;
  • в медицине и др.

 

В настоящее время Россия остается лидером в области создания корпусных титановых сплавов и крупногабаритных деформированных полуфабрикатов из них для глубоководных  технических средств. В России были изготовлены несколько глубоководных аппаратов  не уступающие зарубежным аналогам. При строительстве были  использованы корпусные титановые сплавы ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».

 

 

Глубоководный  аппарат «Русь»

 

Глубоководный  аппарат «Русь»

 

 

 

О высокой надежности этих конструкций свидетельствует тот факт, что большинство единиц оборудования при эксплуатации в течение длительного времени, более 30 лет, не выработало своего естественного физического ресурса.

 

 

Теплообменный аппарат из титанового сплава

 

Теплообменный аппарат из титанового сплава

 

 

Использование разработок ЦНИИ КМ «Прометей» весьма эффективно при создании оборудования для нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности в наземном и особенно морском исполнении.

 

Кран для оборудования для нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности

 

Краны для оборудования для нефтеперерабатывающей (нефтедобывающей) промышленности

 

 

Создание легких титановых стационарных и плавучих буровых нефтедобывающих платформ для работы в условиях Заполярья и северных морей позволит снизить транспортные расходы. Благодаря высокой надежности этих конструкций резко уменьшаются эксплуатационные расходы.

 

Целесообразно использование титана взамен традиционных материалов для повышения надежности и экономичности АЭС при изготовлении и модернизации штатного оборудования.

 

Титан может быть использован также при проектировании и создании малогабаритных АЭУ (масса до 25 т, мощность до 400 кВт), которые могут доставляться любым видом транспорта в отдаленные районы страны для обеспечения электроэнергией поселков, рудников, шахт.

 

ЦНИИ КМ «Прометей» разработаны технические решения проблемы хранения, транспортировки и захоронения радиоактивных и токсичных продуктов и отходов.

 

Предложена технология изготовления герметичных цилиндрических емкостей для транспортировки и хранения различных радиоактивных и сопутствующих веществ в любых природных условиях (морской или болотной воде, соляных шахтах, в море на глубине до 7 км) со сроком сохранения герметичности более 500 лет. Крупные наземные хранилища-могильники могут изготавливаться в литосварном исполнении с таким же сроком хранения.

 

 

Водо-водяной реактор (ВВР ) из сплава титана   Диплом "Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам" за технологию "Титановый сплав для теплообменного оборудования атомной и термоядерной энергетики"
  Золотая медаль и диплом за разработку "Титановый сплав для теплообменного оборудования атомной и термоядерной энергетики"



Водо-водяной реактор (ВВР ) из сплава титана 

 

 

Одним из новых перспективных направлений деятельности является разработка, исследование и внедрение малоактивных радиационно-коррозионностойких сплавов на основе титана для корпусных конструкций водо-водяных реакторов и перспективных парогенераторов АЭУ.

 

На XI МОСКОВСКОМ МЕЖДУНАРОДНОМ САЛОНЕ ИННОВАЦИЙ И ИНВЕСТИЦИЙ, (26 - 29 августа 2009 г., Москва, ВВЦ ) ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей" награжден: Золотой медалью и дипломами за разработку и технологию "Титановый сплав для теплообменного оборудования атомной и термоядерной энергетики".

 

Освоение современных технологий производства полуфабрикатов из этих сплавов,  применение их в составе корпусов энергетических реакторных установок,  повысит срок службы АЭУ, экологическую безопасность, а также обеспечит быстрый спад наведенной радиоактивности и возможность более дешевой утилизации оборудования, выводимого из строя.

 

Эффективно применение титана для изготовления морских и авиационных газотурбинных двигателей, паровых турбин. Проблемы снижения вибрации и шума могут быть решены благодаря уменьшению массы быстродвижущихся и несбалансированных деталей (шатунов, поршней, клапанов и др.). Для этой цели созданы легко обрабатываемые горячей объемной штамповкой титановые сплавы, обладающие высокой усталостной  прочностью и термической стабильностью.

 

В ЦНИИ КМ «Прометей» разработана технология производства титановых крыльевых устройств  для судов с динамическими принципами поддержания типа «Комета» и «Олимпия».

 

Перспективными направлениями применения титановых материалов в атомной энергетике, отвечающими современным тенденциям рынка являются:

 

 

  • изготовление полуфабрикатов для теплообменного оборудования, в т.ч. биметаллических листов, плакированных титаном;
  • изготовление  корпусного  оборудования АЭУ;
  • изготовление  рабочих  лопаток  турбоустановок.

 

Как показали прогнозные исследования ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», применение титановых сплавов, равнопрочных с корпусными сталями при изготовлении АЭУ может обеспечить увеличение срока их службы до 60 и более лет, а также снижение до 30 лет времени распада радионуклидов  до безопасного уровня и возможность  рециклинга металла  в производстве.

 

Рассматривая перспективу применения титановых материалов для  изготовления корпусного оборудования АЭУ, прежде всего,  следует иметь в виду накопленный опыт проектирования и создания подобного оборудования предприятиями России, а именно:

 

 

  • проектирование теплообменного  и парогенерирующего оборудования из титановых сплавов для  паро-производящих установок (ППУ)  и  отлаженное производство на территории Российской Федерации этого оборудования;
  • проектирование вспомогательного оборудования  типа баков МВЗ из титановых сплавов для среднемощных АЭУ и их изготовления на заводах России;

 

В настоящее время,  отсутствуют  зарубежные аналоги корпусных устройств для мало и среднемощных АЭУ и малогабаритных атомных энергоагрегатов  различного назначения из титановых сплавов.

 

В ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработаны конкурентоспособные биметаллические и функциональные многослойные неразъемные  соединения разнородных материалов с использованием титановых сплавов методом сварки взрывом с высокими характеристиками величины сцепления слоев, за счет формирования или использования наноструктурированных состояний в зоне сцепления.

 

В настоящее время проводятся работы по созданию высокопрочного титанового сплава для крупногабаритных рабочих лопаток турбоустановок  высокоэкономичных стационарных  АЭС, что отвечает современным тенденциям создания турбоагрегатов АЭС повышенной мощности при значительном снижении капитальных и эксплуатационных затрат. Решение этой задачи приведет к усилению конкурентных позиций отечественных производителей турбоустановок на мировом рынке энергетического оборудования.

 

Разработаны технологии нанесения покрытий на поверхность титановых деталей, позволяющие повысить антифрикционные, антикоррозионные, механические и электроизолирующие свойства.

 

Стратегия  деятельности  научно-производственного комплекса  «Титановые сплавы»  на ближайшие годы состоит в создании новых и развитии существующих направлений в разработке конструкционных и функциональных материалов, совершенствовании технологий  производства полуфабрикатов,  технологий  сварки и сварочных материалов для изготовления конструкций из титановых сплавов.

 

Создание нового направления судового машиностроения – элементов гидросистем из титановых сплавов, работающих в среде морской воды и использующих в качестве рабочего тела морскую воду, позволит получить экологически чистое оборудование с увеличенным ресурсом эксплуатации. Для реализации такого проекта понадобиться разработка новых композиций металлокерамических покрытий на титановые сплавы, обеспечивающие практическое отсутствие изнашивание поверхности пар трения в течение всего ресурса эксплуатации оборудования.

 

Для повышения роли конструкционных материалов на основе титана требуется разработка концепции и нормативных документов, соответствующих международным стандартам, а также заинтересованность проектантов и промышленников в инновационных проектах отечественного судостроения, судового машиностроения и атомной энергетики.

 

Создание новых и развитие существующих направлений титановых сплавов для современной техники должно сопровождаться подготовкой специалистов и научных кадров соответствующих специальностей.