Le leghe di titanio sono utilizzate come materiali altamente affidabili per il trasporto di generatori di vapore nelle centrali nucleari. Condensatori e scambiatori di calore in acciaio per diversi scopi funzionali iniziarono ad essere ampiamente utilizzati alla fine degli anni '50, quando l'Istituto centrale di ricerca sui materiali strutturali di Prometheus prese l'iniziativa di sostituire i materiali a bassa vita per le condizioni marine con leghe di titanio resistenti alla corrosione. Un problema particolarmente acuto a quel tempo erano i generatori di vapore per le centrali nucleari marine. Il funzionamento dei sottomarini a propulsione nucleare dalla fine degli anni '50 in poi ha dimostrato che le tubazioni del generatore di vapore in acciaio inossidabile 18-8 non potevano garantire la durata operativa richiesta del prodotto. La ragione di ciò è stata la tensocorrosione dell'acciaio nell'ambiente operativo del generatore di vapore.
Fu durante questo periodo che il Prometheus Central Institute for Structural Materials iniziò l'uso creativo delle leghe di titanio nella costruzione di generatori di vapore per reattori atomici marini. Questa iniziativa si basava sui risultati di una nuova ricerca scientifica sulle leghe di titanio resistenti al calore con proprietà tecnologiche e di servizio uniche, le leghe di titanio ПТ-7М e ПТ-3В. Prove condotte in laboratorio e al banco hanno dimostrato che queste leghe e le loro saldature sono resistenti alla tensocorrosione in soluzioni acquose nei circuiti di lavoro del sistema di tubazioni del generatore di vapore.
L'iniziativa razionale dell'Istituto di utilizzare leghe di titanio per i generatori di vapore è stata sostenuta da una Commissione statale appositamente istituita sui problemi del trasporto delle centrali nucleari, guidata dall'accademico AP Александров. La produzione di tubi per generatori di vapore ПТ{0}}М viene messa in funzione nell'officina specializzata della Southern Tube Plant. Un gran numero di ricerche scientifiche si sono riflesse nella documentazione del processo di produzione nel Baltico e in alcuni altri stabilimenti, compreso lo studio della relazione tra le caratteristiche strutturali e di deformazione dei giunti saldati dei tubi in lega di titanio ПТ-7М e il ciclo termico di saldatura. I risultati ottenuti ci hanno permesso di selezionare e perfezionare correttamente l'attrezzatura di saldatura per saldare i giunti dei tubi e di garantire un avvolgimento affidabile di bobine costituite da tubi ultralunghi da tubi saldati. Oltre a questo lavoro scientifico, l'attenzione è stata prestata alla realizzazione di giunti di transizione titanio-acciaio (giunti brasati filettati) per unire la lega di titanio ПТ-3В con acciai 0Х18Н10ТВД e 20ВД. Nel corso di questo sviluppo sono state determinate la struttura e le proprietà dei giunti di saldatura dei materiali citati in relazione alla composizione della lega saldante e al ciclo termico di saldatura.
I primi generatori di vapore con sistemi di tubi in titanio sono stati progettati presso il Centro di controllo congiunto del cantiere navale baltico con la partecipazione creativa attiva di specialisti del Prometheus Central Research Institute for Structural Materials (PRISM), dove il ruolo principale di PRISM era quello di garantire la producibilità delle strutture. Pertanto tutti i disegni dei generatori di vapore sono stati consultati con l'Istituto. Anche la produzione dei primi generatori di vapore in titanio ПТ-14Т nello stabilimento del Baltico è stata effettuata con la partecipazione diretta dell'Istituto. I risultati della ricerca dell'istituto in una serie di operazioni di processo - saldatura di tubi extra lunghi per bobine a spirale, produzione di giunti di transizione titanio-acciaio, bobine a spirale e loro trattamento termico, nonché padronanza delle operazioni di controllo - sono stati presentati alla conferenza officine dello stabilimento. La prima nave dotata di un prototipo di generatore di vapore in titanio ПТ-14Т è stata costretta a funzionare per 10,000 ore della sua vita specificata. Non sono stati rilevati guasti o malfunzionamenti durante il funzionamento dell'unità, il che conferma l'elevata affidabilità del generatore di vapore in lega di titanio. (I generatori di vapore in acciaio 18-8 si sono guastati durante 2000-3000 ore di funzionamento. L'uso di leghe di titanio ha risolto uno dei principali problemi del trasporto di unità nucleari nella flotta sottomarina: affidabilità, longevità e autonomia per lunghi periodi viaggi). Studi successivi su una delle camere del generatore di vapore smontate hanno dimostrato che non vi erano danni ai tubi e ai giunti saldati e che le proprietà meccaniche iniziali del metallo del tubo e la resistenza dei giunti saldati sono rimaste invariate.
L'applicazione di successo delle leghe di titanio nella produzione di generatori di vapore determina un'ulteriore diffusione dell'uso di queste leghe in tutti i progetti di centrali nucleari per sottomarini, navi di superficie, incrociatori e rompighiaccio. Finora è stata acquisita una grande esperienza nell'utilizzo di generatori di vapore in leghe di titanio ПТ-7М (tubi) e ПТ-3В (tubi con nipplo, griglie di tubi, riduttori). Il tempo di funzionamento più lungo dei generatori di vapore dei modelli ПГ-18Т e ПГ-28Т sul rompighiaccio è stato di 150,000 ore.
Nel più breve tempo possibile è stata istituita una nuova produzione nazionale di titanio e delle sue leghe - metallurgia - nonché una produzione ad alta tecnologia di vari lingotti e semilavorati per diversi scopi della costruzione navale e dell'energia nucleare, creando così un nuovo modello di profondo- tecnologia del mare. I problemi di longevità e affidabilità della flotta di sottomarini nucleari sono stati risolti, aumentando di dieci volte la durata delle apparecchiature nucleari di bordo (generatori di vapore, scambiatori di calore, condensatori, ecc.).
Prometheus Central Research Institute for Structural Materials è uno dei promotori e partecipanti diretti dell'industria del titanio.
Fin dall'inizio dell'industria del titanio, la costruzione navale è stata una delle principali aree di consumo delle leghe di titanio. L'industria della costruzione navale consuma il 20% della produzione di titanio, che corrisponde a 10-12,000 tonnellate di diversi prodotti semilavorati. Quasi tutto il titanio è stato rilasciato dall'industria della costruzione navale, principalmente per la costruzione di tecnologie per acque profonde per vari scopi. Ciò ci ha permesso di costruire il primo sottomarino nucleare interamente in titanio K-162, il primo sottomarino nucleare completamente automatizzato Type 705, i sottomarini di profondità con equipaggio "Русь" e "Консул", nonché una serie di altri ordini. Abbiamo ottenuto una svolta e un salto di qualità nella costruzione navale sottomarina nazionale davanti alle controparti straniere.
Applicazione avanzata della lega di titanio nelle centrali nucleari. Quasi 50 anni di esperienza applicativa positiva delle leghe di titanio nel settore del trasporto dell'energia nucleare, una serie di ricerche sulla fisica nucleare, l'irradiazione, la corrosione e altre prestazioni di servizio dimostrano che un'ampia gamma di leghe di titanio nelle centrali nucleari è vantaggiosa, sia per migliorare la durata, ma anche per l'involucro del reattore (la nuova direzione) e una varietà di apparecchiature complesse che utilizzano leghe di titanio, questi dispositivi funzionano in condizioni di forte irradiazione neutronica, flussi fino a 10 ʌ 22 neutroni/cm2 o più. Rispetto ai materiali convenzionali, le leghe di titanio hanno applicazioni promettenti.
Attivazione e resistenza alle radiazioni delle leghe di titanio.ПТ-3В, ПТ-7М, ПТ-5В e altre leghe di titanio sono ben studiate e ampiamente utilizzate nella costruzione navale e nelle centrali nucleari marine. La caratteristica più importante delle leghe di titanio, a differenza di altri materiali strutturali, è la loro elevata resistenza alle radiazioni in condizioni di irradiazione del reattore, bassa attività, eccellente rapida diminuzione della radioattività indotta. In termini di livello di radioattività indotta e di velocità di diminuzione nel tempo, le leghe di titanio sono i materiali strutturali più adatti per migliorare l'ambiente radioattivo durante il funzionamento, la riparazione e lo smantellamento delle centrali nucleari, per ridurre l'irradiazione del personale di manutenzione e per risolvere il problema dello smaltimento dei rifiuti radioattivi.
Di conseguenza, a temperature fino a 250 gradi, l’indurimento da radiazione e il degrado della plasticità dei materiali studiati sono più gravi rispetto a temperature più elevate. La dipendenza dalla dose dell'indurimento e della degradazione della plasticità della lega ПТ-7М su campioni irradiati in acqua nel primo circuito del canale del reattore delle navi rompighiaccio a propulsione nucleare "Artico" e "Siberia" corrisponde molto bene alla risultati di precedente irradiazione in aria. La caratterizzazione della relazione dose-temperatura indica l'esistenza di diversi meccanismi di influenza delle radiazioni nelle regioni a bassa e alta temperatura. Le proprietà fisico-meccaniche delle leghe di titanio e dei loro giunti saldati iniziano a cambiare di -50 grado con iniezioni superiori a 10ʌ18 neutroni/cm2. Va notato che nel caso degli acciai dello scafo, il cambiamento delle proprietà avviene già con una velocità di iniezione di 5 × 10ʌ17 neutroni/cm2, e il livello ammissibile di irradiazione delle strutture saldate in leghe di titanio e dei loro accumuli è stato determinato su la base di tutte le ricerche, tenendo conto del carico del mezzo corrosivo e di altre condizioni di applicazione.
Particolarmente degno di nota è il fatto che non è stato rilevato alcun infragilimento da radiazioni nei campioni di lega di titanio sottoposti a carico statico e dinamico in tutte le condizioni di irradiazione dei semi studiate, incluso su un rompighiaccio a propulsione nucleare. A causa del mantenimento di un'elevata plasticità dopo l'irradiazione di neutroni, del basso tasso di riduzione dell'iniezione di neutroni e dell'assenza di fratture fragili, le leghe di titanio possono competere con successo con acciai di vari sistemi che vanno da quelli bassolegati a quelli austenitici.
Nel prossimo futuro, lo sviluppo dell'energia nucleare e la sua competitività dipenderanno dallo sviluppo e dall'uso di nuovi materiali strutturali caratterizzati da un'elevata resistenza alle radiazioni, da bassi livelli di radioattività indotta nel campo di neutroni e dalla capacità di degradarsi rapidamente entro {{ 0}} anni. Le leghe di titanio sono considerate il materiale migliore e più promettente per i reattori acqua-acqua che operano al di sotto dei 400 gradi.
Istituto centrale di ricerca sui materiali strutturali Prometheus in collaborazione con l'Istituto Kurchak, l'Istituto di ricerca e progettazione di ingegneria dell'energia elettrica, l'Istituto di alta tecnologia dei materiali inorganici, l'Istituto di reattori nucleari, l'Ufficio di progettazione sperimentale di ingegneria meccanica, l'Istituto di ingegneria fisica di Mosca e altri hanno condotto un gran numero di studi completi sull'idoneità e sulla durata delle leghe di titanio, che hanno dimostrato che:
A seconda della radioattività indotta dalle leghe di titanio e della loro velocità di degradazione, tenendo conto dell'influenza delle leghe principali (Al, V, Zr, ecc.) e degli elementi impuri, le leghe di titanio sono i materiali strutturali più favorevoli per garantire un'elevata sicurezza ambientale e risolvere i problemi della gestione dei rifiuti radioattivi nel funzionamento a lungo termine delle centrali nucleari.
Secondo le proprietà fisiche e meccaniche, la stabilità alla corrosione e all'irradiazione e altre caratteristiche generali, le leghe di titanio come ПТ-3В, ПТ-7М, РК-20 e le loro strutture saldate sono uguali pari o superiori agli acciai per involucri di reattori, agli acciai austenitici e alle leghe ad alto contenuto di nichel di produzione nazionale ed estera.
A differenza degli acciai utilizzati tradizionalmente, che, per raggiungere il livello specificato di proprietà del prodotto, devono essere sottoposti a saldature sovrapposte resistenti alla corrosione, trattamenti termici multistadio, lunghi e costosi, compresa la ricottura dei giunti saldati, le proprietà delle leghe di titanio sono determinate solo da la loro composizione chimica. -Le leghe di titanio come materiale strutturale possono essere utilizzate per la produzione di involucri di reattori, nuclei di reattori per diverse applicazioni di centrali nucleari con temperature di esercizio fino a 400 gradi C, generatori di vapore, scambiatori di calore e altri materiali. generatori, scambiatori di calore e altre apparecchiature.
In un periodo di tempo molto breve, gli sforzi congiunti di scienziati e ingegneri di vari settori industriali della Avisma Corporation hanno portato allo sviluppo di una tecnologia scientificamente provata e perfezionata per la produzione di lingotti, che supera il livello precedente in una serie di parametri. È stata creata una forte industria metallurgica delle leghe di titanio, compresa la produzione di spugne di titanio, composizioni di leghe, lingotti di titanio, nuove leghe, nonché una varietà di prodotti semilavorati da esse ricavati. La base scientifica e tecnologica della produzione della spugna di titanio, sviluppata dagli sforzi congiunti di produttori e consumatori, garantisce l'alta qualità della spugna di titanio, che non è inferiore alla spugna di titanio prodotta all'estero in termini di durezza e contenuto di impurità. Sono state organizzate consegne continue di lingotti con un diametro di 1000 mm e un peso fino a 10 tonnellate per la produzione di semilavorati di leghe di titanio di varie varietà e applicazioni. Molte leghe di titanio sviluppate e prodotti semilavorati di vario tipo vengono utilizzati nella costruzione navale di acque profonde, nell'energia nucleare e in altri settori.
