Paduan titanium digunakan sebagai bahan yang sangat andal untuk mengangkut generator uap di pembangkit listrik tenaga nuklir. Kondensor baja dan penukar panas untuk tujuan fungsional yang berbeda mulai digunakan secara luas pada akhir tahun 1950-an, ketika Institut Penelitian Bahan Struktural Pusat Prometheus mengambil inisiatif untuk mengganti bahan berumur rendah untuk kondisi laut dengan paduan titanium tahan korosi. Masalah yang sangat akut pada saat itu adalah pembangkit uap untuk pembangkit listrik tenaga nuklir laut. Pengoperasian kapal selam bertenaga nuklir sejak akhir tahun 1950an dan seterusnya menunjukkan bahwa pipa pembangkit uap yang terbuat dari baja tahan karat 18-8 tidak dapat memenuhi masa pakai produk yang diperlukan. Alasannya adalah retak korosi tegangan pada baja di lingkungan pengoperasian pembangkit uap.
Pada periode inilah Institut Pusat Bahan Struktural Prometheus memulai penggunaan kreatif paduan titanium dalam konstruksi pembangkit uap untuk reaktor atom kelautan. Inisiatif ini didasarkan pada hasil penelitian ilmiah baru mengenai paduan titanium tahan panas dengan sifat layanan dan teknologi yang unik, paduan titanium ПТ-7М dan ПТ-3В. Pengujian yang dilakukan di laboratorium dan di bangku cadangan membuktikan bahwa paduan ini dan lasnya tahan terhadap retak korosi akibat tegangan dalam larutan air di sirkuit kerja sistem perpipaan pembangkit uap.
Inisiatif rasional Institut untuk menggunakan paduan titanium untuk pembangkit uap didukung oleh Komisi Negara yang dibentuk khusus untuk masalah pengangkutan pembangkit listrik tenaga nuklir, yang dipimpin oleh Akademisi AP Александров. Produksi tabung untuk pembangkit uap ПТ{{0}}М dioperasikan di bengkel khusus Pabrik Tabung Selatan. Sejumlah besar penelitian ilmiah tercermin dalam dokumentasi proses produksi di Baltik dan beberapa pabrik lainnya, termasuk studi tentang hubungan antara karakteristik struktural dan deformasi sambungan las tabung paduan titanium ПТ-7М dan siklus termal pengelasan. Hasil yang diperoleh memungkinkan kami untuk memilih dan menyempurnakan peralatan las dengan benar untuk sambungan pipa las dan untuk memastikan belitan kumparan tabung ultra panjang yang andal dari pipa yang dilas. Selain karya ilmiah ini, perhatian juga diberikan pada pembuatan sambungan transisi baja titanium (sambungan brazing berulir) untuk menyambung paduan titanium ПТ-3В dengan baja 0Х18Н10ТВД dan 20ВД. Dalam perkembangan ini, struktur dan sifat sambungan las bahan tersebut ditentukan sehubungan dengan komposisi solder dan siklus termal pengelasan.
Pembangkit uap pertama dengan sistem tabung titanium dirancang di Pusat Kontrol Gabungan Galangan Kapal Baltik dengan partisipasi kreatif aktif dari spesialis Institut Penelitian Pusat Bahan Struktural (PRISM) Prometheus, di mana peran utama PRISM adalah memastikan kemampuan manufaktur. dari struktur. Oleh karena itu, semua gambar pembangkit uap dikonsultasikan dengan Institut. Produksi generator uap titanium ПТ-14Т pertama di pabrik Baltik juga dilakukan dengan partisipasi langsung dari Institut. Hasil penelitian Institut dalam berbagai operasi proses - pengelasan tabung ekstra panjang untuk kumparan melingkar, pembuatan sambungan transisi baja titanium, kumparan melingkar dan perlakuan panasnya, serta penguasaan operasi kontrol - dipresentasikan dalam bengkel pabrik. Kapal pertama yang dilengkapi dengan prototipe pembangkit uap titanium ПТ-14Т terpaksa berjalan selama 10,000 jam dari umur yang ditentukan. Tidak ada kegagalan atau malfungsi yang terdeteksi selama pengoperasian unit, yang menegaskan keandalan yang tinggi dari generator uap paduan titanium. (Pembangkit uap yang terbuat dari baja 18-8 gagal selama 2000-3000 jam pengoperasian. Penggunaan paduan titanium memecahkan salah satu masalah utama pengangkutan unit tenaga nuklir di armada kapal selam - keandalan, umur panjang, dan otonomi jangka panjang pelayaran). Studi selanjutnya pada salah satu ruang pembangkit uap yang dibongkar menunjukkan bahwa tidak ada kerusakan pada pipa dan sambungan las, dan sifat mekanik awal logam pipa serta kekuatan sambungan las tetap tidak berubah.
Keberhasilan penerapan paduan titanium dalam pembuatan generator uap menentukan meluasnya penggunaan paduan ini di semua proyek pembangkit listrik tenaga nuklir untuk kapal selam, kapal permukaan - kapal penjelajah dan pemecah es. Sejauh ini, banyak pengalaman telah diperoleh dalam pengoperasian pembangkit uap yang terbuat dari paduan titanium ПТ-7М (tabung) dan ПТ-3В (tabung puting, kisi-kisi tabung, reduksi). Waktu pengoperasian terlama generator uap model ПГ-18Т dan ПГ-28Т pada kapal pemecah es adalah 150,000 jam.
Produksi titanium dan paduannya dalam negeri yang baru - metalurgi - serta produksi berteknologi tinggi dari berbagai batangan dan produk setengah jadi untuk berbagai keperluan pembuatan kapal dan energi nuklir didirikan dalam waktu sesingkat mungkin, sehingga menciptakan model baru dalam- teknologi laut. Masalah umur panjang dan keandalan armada kapal selam nuklir telah terpecahkan, meningkatkan masa pakai peralatan tenaga nuklir di kapal (pembangkit uap, penukar panas, kondensor, dll.) sepuluh kali lipat.
Prometheus Central Research Institute for Structural Materials adalah salah satu penggagas dan peserta langsung industri titanium.
Sejak awal industri titanium, pembuatan kapal telah menjadi salah satu bidang konsumsi utama paduan titanium. Industri pembuatan kapal mengonsumsi 20 persen produksi titanium, yang setara dengan 10-12,000 ton produk setengah jadi yang berbeda. Hampir seluruh titanium telah dilepaskan oleh industri pembuatan kapal, terutama untuk pembangunan teknologi laut dalam untuk berbagai keperluan. Hal ini memungkinkan kami untuk membangun kapal selam nuklir berbahan titanium pertama K-162, kapal selam nuklir otomatis pertama Tipe 705, kapal selam dalam berawak "Русь" dan "Консул", serta sejumlah pesanan lainnya. Kami telah mencapai terobosan dan lompatan kualitatif dalam pembuatan kapal selam dalam negeri dibandingkan rekan-rekan asing.
Penerapan lanjutan paduan titanium di pembangkit listrik tenaga nuklir. Hampir 50 tahun paduan titanium dalam pengangkutan bidang tenaga nuklir memiliki pengalaman penerapan yang positif, terdapat serangkaian penelitian fisika nuklir, iradiasi, korosi dan kinerja layanan lainnya menunjukkan bahwa berbagai paduan titanium di pembangkit listrik tenaga nuklir bermanfaat, baik untuk meningkatkan masa pakai, tetapi juga untuk cangkang reaktor (arah baru) dan berbagai peralatan kompleks yang menggunakan paduan titanium, perangkat ini beroperasi pada kondisi iradiasi neutron yang kuat, fluks hingga 10 ʌ 22 neutron/cm2 atau lebih. Dibandingkan dengan material konvensional, paduan titanium memiliki aplikasi yang menjanjikan.
Aktivasi dan ketahanan radiasi paduan titanium.ПТ-3В, ПТ-7М, ПТ-5В dan paduan -titanium lainnya dipelajari dengan baik dan banyak digunakan dalam pembuatan kapal dan pembangkit listrik tenaga nuklir laut. Fitur terpenting dari paduan titanium, tidak seperti bahan struktural lainnya, adalah ketahanannya yang tinggi terhadap radiasi dalam kondisi iradiasi reaktor, aktivitas rendah, dan penurunan radioaktivitas terinduksi yang sangat cepat. Dalam hal tingkat radioaktivitas terinduksi dan laju penurunannya dari waktu ke waktu, paduan titanium adalah bahan struktural yang paling cocok untuk memperbaiki lingkungan radiasi selama pengoperasian, perbaikan dan pembongkaran pembangkit listrik tenaga nuklir, untuk mengurangi iradiasi personel pemeliharaan dan untuk memecahkan masalah pembuangan limbah radioaktif.
Akibatnya, pada suhu hingga 250 derajat, pengerasan radiasi dan degradasi plastisitas bahan yang diteliti lebih parah dibandingkan pada suhu yang lebih tinggi. Ketergantungan dosis pengerasan dan degradasi plastisitas paduan ПТ-7М pada sampel yang diiradiasi dalam air di sirkuit pertama saluran reaktor kapal pemecah es bertenaga nuklir "Arktik" dan "Siberia" sangat sesuai dengan hasil penyinaran sebelumnya di udara. Karakterisasi hubungan dosis-suhu menunjukkan adanya perbedaan mekanisme pengaruh radiasi di daerah bersuhu rendah dan tinggi. Sifat fisik-mekanis paduan titanium dan sambungan lasnya mulai berubah pada derajat -50 pada injeksi yang lebih tinggi dari 10ʌ18 neutron/cm2. Perlu dicatat bahwa dalam kasus baja lambung, perubahan sifat sudah terjadi pada laju injeksi 5 × 10ʌ17 neutron/cm2, dan tingkat iradiasi yang diizinkan dari struktur las paduan titanium dan penumpukannya telah ditentukan pada dasar dari semua penelitian, dengan mempertimbangkan pembebanan media korosif dan kondisi penerapan lainnya.
Yang perlu diperhatikan secara khusus adalah fakta bahwa tidak ada penggetasan radiasi yang terdeteksi pada sampel paduan titanium di bawah pembebanan statis dan dinamis pada semua kondisi iradiasi benih yang diteliti, termasuk pada kapal pemecah es bertenaga nuklir. Karena pemeliharaan plastisitas tinggi setelah iradiasi neutron, laju reduksi injeksi neutron yang rendah dan tidak adanya patah getas, paduan -titanium berhasil bersaing dengan baja dari berbagai sistem mulai dari paduan rendah hingga austenitik.
Dalam waktu dekat, pengembangan energi nuklir dan daya saingnya akan bergantung pada pengembangan dan penggunaan material struktur baru yang dicirikan oleh ketahanan radiasi yang tinggi, tingkat radioaktivitas terinduksi yang rendah di medan neutron, dan kemampuan untuk terdegradasi dengan cepat dalam waktu {{ 0}} tahun. Paduan titanium dianggap sebagai bahan terbaik dan paling menjanjikan untuk reaktor air-air yang beroperasi di bawah 400 derajat.
Institut Penelitian Pusat Bahan Struktural Prometheus bersama dengan Institut Kurchak, Institut Penelitian dan Desain Teknik Tenaga Listrik, Institut Bahan Anorganik Teknologi Tinggi, Institut Reaktor Nuklir, Biro Desain Eksperimental Teknik Mesin, Institut Fisika Teknik Moskow, dan lainnya telah melakukan sejumlah besar studi komprehensif tentang kesesuaian dan masa pakai paduan titanium, yang menunjukkan bahwa:
Tergantung pada radioaktivitas yang diinduksi dari paduan titanium dan laju degradasinya, dengan mempertimbangkan pengaruh paduan utama (Al, V, Zr, dll.) dan elemen pengotor, paduan titanium adalah bahan struktural yang paling disukai untuk memberikan keamanan lingkungan yang tinggi. dan memecahkan masalah pengelolaan limbah radioaktif dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir dalam jangka panjang.
Menurut sifat fisik dan mekanik, stabilitas korosi dan iradiasi serta karakteristik komprehensif lainnya, paduan -titanium seperti ПТ-3В, ПТ-7М, РК-20 dan struktur lasnya adalah sama atau lebih unggul dari baja selubung reaktor, baja austenitik, dan paduan nikel tinggi yang diproduksi dalam dan luar negeri.
Tidak seperti baja yang digunakan secara tradisional, yang, untuk mencapai tingkat sifat produk yang ditentukan, harus menjalani pengelasan lapisan luar yang tahan korosi, perlakuan panas multi-tahap, lama dan mahal, termasuk anil sambungan las, sifat paduan titanium hanya ditentukan oleh komposisi kimianya. -Paduan titanium sebagai bahan struktural dapat digunakan untuk pembuatan selubung reaktor, inti reaktor untuk berbagai aplikasi pembangkit listrik tenaga nuklir dengan suhu operasi hingga 400 derajat C, pembangkit uap, penukar panas, dan bahan lainnya. generator, penukar panas dan peralatan lainnya.
Dalam waktu yang sangat singkat, upaya bersama para ilmuwan dan insinyur dari berbagai sektor industri Avisma Corporation telah menghasilkan pengembangan teknologi produksi ingot yang terbukti secara ilmiah dan disempurnakan, yang melampaui level sebelumnya dalam beberapa parameter. Industri metalurgi paduan titanium yang kuat telah didirikan, termasuk produksi spons titanium, komposisi paduan, batangan titanium, paduan baru, serta berbagai produk setengah jadi yang dibuat darinya. Basis ilmu pengetahuan dan teknologi produksi spons titanium, yang dikembangkan melalui upaya bersama antara produsen dan konsumen, menjamin kualitas spons titanium yang tinggi, tidak kalah dengan spons titanium yang diproduksi di luar negeri dalam hal kekerasan dan kandungan pengotor. Pengiriman ingot secara terus menerus dengan diameter 1000 mm dan berat hingga 10 ton telah diselenggarakan untuk produksi produk setengah jadi dari paduan titanium dari berbagai jenis dan aplikasi. Banyak paduan titanium yang dikembangkan dan berbagai jenis produk setengah jadi digunakan dalam pembuatan kapal laut dalam, tenaga nuklir, dan industri lainnya.
