Titanové slitiny se používají jako vysoce spolehlivé materiály pro přepravu parogenerátorů v jaderných elektrárnách. Ocelové kondenzátory a výměníky tepla pro různé funkční účely se začaly široce používat koncem 50. let 20. století, kdy Ústřední ústav pro výzkum konstrukčních materiálů společnosti Prometheus převzal iniciativu nahradit materiály s nízkou životností pro mořské podmínky korozivzdornými titanovými slitinami. Zvláště akutním problémem v té době byly parogenerátory pro námořní jaderné elektrárny. Provoz ponorek s jaderným pohonem od konce 50. let 20. století ukázal, že potrubí parního generátoru vyrobené z nerezové oceli 18-8 nemohlo zajistit požadovanou životnost produktu. Důvodem bylo korozní praskání oceli v provozním prostředí parogenerátoru.
Právě v tomto období začal Prometheus Central Institute for Structural Materials kreativní využití titanových slitin při konstrukci parogenerátorů pro námořní atomové reaktory. Tato iniciativa byla založena na výsledcích nového vědeckého výzkumu žáruvzdorných slitin titanu s jedinečnými provozními a technologickými vlastnostmi, slitin titanu ПТ-7М a ПТ-3В. Laboratorní i laboratorní zkoušky prokázaly, že tyto slitiny a jejich svary jsou odolné vůči koroznímu praskání pod napětím ve vodných roztocích v pracovních okruzích potrubního systému parogenerátoru.
Racionální iniciativu Ústavu použít slitiny titanu pro parogenerátory podpořila speciálně zřízená Státní komise pro problémy přepravy jaderných elektráren, vedená akademikem AP Александровem. Výroba trubek pro parogenerátory ПТ{{0}}}М je uvedena do provozu ve specializované dílně závodu Southern Tube Plant. Velké množství vědeckých výzkumů se promítlo do dokumentace výrobního procesu v Baltském moři a některých dalších závodech, včetně studia vztahu mezi strukturními a deformačními charakteristikami svarových spojů trubek ze slitin titanu ПТ-7М a tepelný cyklus svařování. Získané výsledky nám umožnily správně vybrat a zdokonalit svařovací zařízení pro svařování potrubních spojů a zajistit spolehlivé navíjení svitků z ultra dlouhých trubek ze svařovaných trubek. Kromě této vědecké práce byla pozornost věnována výrobě přechodových spojů titan-ocel (závitové pájené spoje) pro spojování slitiny titanu ПТ-3В s ocelí 0Х18Н10ТВД a 20ВД. V průběhu tohoto vývoje byla zjišťována struktura a vlastnosti svarových spojů uvedených materiálů ve vztahu ke složení pájky a tepelnému cyklu svařování.
První parogenerátory s titanovými trubkovými systémy byly navrženy ve Společném řídicím centru Baltské loděnice za aktivní tvůrčí účasti specialistů Ústředního výzkumného ústavu konstrukčních materiálů Prometheus (PRISM), kde hlavní úlohou PRISM bylo zajistit vyrobitelnost struktur. Proto byly všechny výkresy parogenerátorů konzultovány s ústavem. Za přímé účasti institutu probíhala také výroba prvních titanových parogenerátorů ПТ-14Т v baltském závodě. Výsledky výzkumu ústavu v řadě procesních operací - svařování extra dlouhých trubek pro vinuté svitky, výroba přechodových spojů titan-ocel, vinutých svitků a jejich tepelné zpracování, jakož i zvládnutí kontrolních operací - byly prezentovány v dílny závodu. První loď vybavená prototypem titanového parního generátoru ПТ-14Т byla nucena běžet 10,000 hodin své stanovené životnosti. Během provozu jednotky nebyly zjištěny žádné poruchy ani poruchy, což potvrzuje vysokou spolehlivost parogenerátoru z titanové slitiny. (Parní generátory vyrobené z 18-8 oceli selhaly během 2000-3000 hodin provozu. Použití titanových slitin vyřešilo jeden z hlavních problémů přepravy jaderných energetických jednotek v ponorkové flotile – spolehlivost, životnost a dlouhodobou autonomii plavby). Následné studie jedné z demontovaných komor parogenerátoru prokázaly, že nedošlo k poškození trubek a svarových spojů a počáteční mechanické vlastnosti trubkového kovu a pevnost svarových spojů zůstaly nezměněny.
Úspěšná aplikace titanových slitin při výrobě parogenerátorů předurčuje další široké využití těchto slitin ve všech projektech jaderných elektráren pro ponorky, hladinové lodě – křižníky a ledoborce. Doposud byly získány velké zkušenosti s provozem parogenerátorů ze slitin titanu ПТ-7М (trubky) a ПТ-3В (vsuvkové trubice, trubkové mřížky, redukce). Nejdelší doba provozu parogenerátorů modelů ПГ-18Т a ПГ-28Т na ledoborec byla 150,000 hodin.
V nejkratším možném čase byla založena nová domácí výroba titanu a jeho slitin - metalurgie - a také high-tech výroba různých ingotů a polotovarů pro různé účely stavby lodí a jaderné energetiky, čímž vznikl nový model hlubinných námořní technologie. Problémy s životností a spolehlivostí flotily jaderných ponorek byly vyřešeny desetinásobným zvýšením životnosti palubních jaderných energetických zařízení (parogenerátory, výměníky tepla, kondenzátory atd.).
Prometheus Central Research Institute for Structural Materials je jedním z iniciátorů a přímých účastníků titanového průmyslu.
Od samého počátku výroby titanu je stavba lodí jednou z hlavních oblastí spotřeby titanových slitin. Lodní průmysl spotřebuje 20 procent produkce titanu, což odpovídá 10-12,000 tunám různých polotovarů. Téměř všechen titan uvolnil lodní průmysl, hlavně pro stavbu hlubokomořských technologií pro různé účely. To nám umožnilo postavit první celotitanovou jadernou ponorku K-162, první plně automatizovanou jadernou ponorku Typ 705, hlubinné ponorky s lidskou posádkou „Русь“ a „Консул“ a řadu dalších zakázek. Dosáhli jsme průlomu a kvalitativního skoku ve stavbě domácích ponorek před zahraničními protějšky.
Pokročilá aplikace titanové slitiny v jaderných elektrárnách. Téměř 50 let titanových slitin v oblasti transportu jaderné energetiky s pozitivními aplikačními zkušenostmi, řada výzkumů jaderné fyziky, ozařování, koroze a dalších služeb ukazuje, že široká škála titanových slitin v jaderných elektrárnách je prospěšná, obojí pro zlepšení životnosti, ale i pro plášť reaktoru (nový směr) a řadu složitých zařízení využívajících slitiny titanu, tato zařízení v provozu v podmínkách silného neutronového ozařování, toky až 10ʌ22 neutronů/cm2 nebo více. Ve srovnání s konvenčními materiály mají slitiny titanu slibné aplikace.
Aktivační a radiační odolnost slitin titanu.ПТ-3В, ПТ-7М, ПТ-5В a další slitiny titanu jsou dobře studovány a široce používány ve stavbě lodí a námořních jaderných elektrárnách. Nejdůležitější vlastností titanových slitin, na rozdíl od jiných konstrukčních materiálů, je jejich vysoká odolnost vůči záření v podmínkách ozařování reaktoru, nízká aktivita, vynikající rychlý pokles indukované radioaktivity. Z hlediska úrovně indukované radioaktivity a rychlosti jejího poklesu v čase jsou slitiny titanu nejvhodnějšími konstrukčními materiály pro zlepšení radiačního prostředí při provozu, opravách a demontážích jaderných elektráren, pro snížení ozáření personálu údržby a pro řešení problému ukládání radioaktivního odpadu.
Výsledkem je, že při teplotách do 250 stupňů je radiační kalení a degradace plasticity studovaných materiálů závažnější než při vyšších teplotách. Dávková závislost kalení a degradace plasticity slitiny ПТ-7М na vzorcích ozářených ve vodě v prvním okruhu reaktorového kanálu jaderných ledoborců „Arktika“ a „Sibiř“ velmi dobře odpovídá výsledky dřívějšího ozáření ve vzduchu. Charakterizace vztahu dávka-teplota ukazuje na existenci různých mechanismů vlivu záření v oblastech nízké a vysoké teploty. Fyzikálně-mechanické vlastnosti titanových slitin a jejich svarových spojů se začínají měnit při -50 stupni při nástřikech vyšších než 10ʌ18 neutronů/cm2. Je třeba poznamenat, že v případě trupových ocelí dochází ke změně vlastností již při rychlosti vstřikování 5 × 10ʌ17 neutronů/cm2 a přípustná úroveň ozáření svařovaných konstrukcí z titanových slitin a jejich nánosů byla stanovena na základ všech výzkumů s přihlédnutím k zatížení korozním prostředím a dalším podmínkám aplikace.
Zvláště pozoruhodná je skutečnost, že ve vzorcích titanové slitiny při statickém a dynamickém zatížení za všech studovaných podmínek ozařování semen, včetně ledoborce s jaderným pohonem, nebylo zjištěno žádné radiační zkřehnutí. Díky zachování vysoké plasticity po ozáření neutrony, nízké rychlosti redukce vstřiku neutronů a absenci křehkého lomu mohou -titanové slitiny úspěšně konkurovat ocelím různých systémů od nízkolegovaných až po austenitické.
V blízké budoucnosti bude rozvoj jaderné energetiky a její konkurenceschopnost záviset na vývoji a použití nových konstrukčních materiálů vyznačujících se současně vysokou radiační odolností, nízkou úrovní indukované radioaktivity v neutronovém poli a schopností rychlé degradace během {{ 0}} let. Titanové slitiny jsou považovány za nejlepší a nejslibnější materiál pro vodní a vodní reaktory pracující pod 400 stupňů.
Prometheus Central Research Institute of Structural Materials ve spojení s Kurchak Institute, Research and Design Institute of Electric Power Engineering, High-Tech Institute of Anorganic Materials, Institute of Nuclear Reactors, Experimental Design Bureau of Mechanical Engineering, Moskevský institut technické fyziky a další provedli velké množství komplexních studií vhodnosti a životnosti slitin titanu, které prokázaly, že:
V závislosti na indukované radioaktivitě slitin titanu a rychlosti jejich degradace, s přihlédnutím k vlivu hlavních slitin (Al, V, Zr atd.) a příměsových prvků jsou slitiny titanu nejvýhodnějšími konstrukčními materiály pro zajištění vysoké environmentální bezpečnosti. a řešení problémů nakládání s radioaktivními odpady v dlouhodobém provozu jaderných elektráren.
Podle fyzikálních a mechanických vlastností, korozní a radiační stability a dalších komplexních charakteristik jsou -slitiny titanu jako ПТ-3В, ПТ-7М, РК-20 a jejich svařované struktury stejné nebo lepší než tuzemské a zahraniční vyráběné oceli na pláště reaktorů, austenitické oceli a slitiny s vysokým obsahem niklu.
Na rozdíl od tradičně používaných ocelí, které pro dosažení stanovené úrovně vlastností výrobku musí projít korozivzdorným navařováním, vícestupňovým, dlouhým a nákladným tepelným zpracováním včetně žíhání svarových spojů, jsou vlastnosti titanových slitin určeny pouze jejich chemické složení. -Slitiny titanu jako konstrukční materiál lze použít pro výrobu plášťů reaktorů, jader reaktorů pro různé aplikace jaderných elektráren s provozní teplotou do 400 °C, parogenerátorů, výměníků tepla a dalších materiálů. generátory, výměníky tepla a další zařízení.
Společné úsilí vědců a inženýrů z různých průmyslových odvětví korporace Avisma vedlo ve velmi krátké době k vývoji vědecky ověřené a zdokonalené technologie výroby ingotů, která v řadě parametrů převyšuje dosavadní úroveň. Vznikl silný metalurgický průmysl titanových slitin, včetně výroby titanové houby, slitinových kompozic, titanových ingotů, nových slitin a také různých polotovarů z nich vyrobených. Vědecký a technologický základ výroby titanové houby, vyvinutý společným úsilím výrobců a spotřebitelů, zaručuje vysokou kvalitu titanové houby, která není horší než titanová houba vyráběná v zahraničí, pokud jde o tvrdost a obsah nečistot. Pro výrobu polotovarů ze slitin titanu různých druhů a aplikací jsou organizovány kontinuální dodávky ingotů o průměru 1000 mm a hmotnosti do 10 tun. Mnoho vyvinutých titanových slitin a polotovarů různých typů se používá v hlubinných lodích, jaderné energetice a dalších průmyslových odvětvích.
