Титановые сплавы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

Факультет Инженерной механики

Кафедра Металловедения и неметаллических материалов

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Инновационные конструкционные материалы нефтегазовой отрасли»

на тему: «Титановые сплавы»

Выполнил: Ахметова А.М.

Группа: МСМ-17-06

Проверил: асс., к.т.н. Дубинов Ю.С.

Москва 2017

Оглавление

титан сплав нефтегазовый шельф

Введение

1. Основные сведения о титановых сплавах

2. Основные факторы, влияющие на технологические свойства титана и его сплавов

3. Основные свойства титана, титановые сплавы

3.1 Марки и классы титана

4. Титан в нефтегазовой промышленности

4.1 Титан для добычи нефти и газа на шельфе

4.2 Практика использования титановых сплавов

Заключение

Список использованных литературных источников

Введение

Появление новых конструкционных материалов и разработка технологий их получения являются объективной необходимостью технического и социального развития общества. Это заметно из краткого перечня основных направлений использования новых перспективных материалов:

- для информационных технологий (оптические и магнитные запоминающие системы, электронные приборы, дисплеи);

- для транспортных средств (автомобилестроение, аэрокосмическая техника, железнодорожный и водный транспорт);

- для тепло- и электроэнергетики (электростанции, системы накопления и распределения энергии, системы хранения и транспортировки топлива, системы для возобновления энергии);

- для станкоинструментальной промышленности;

- для медицинской техники (хирургический инструмент, протезы, имплантанты);

- строительные материалы.

Возрастание требований потребителей к свойствам конструкционных материалов можно свести к следующим показателям:

Повышению удельных механических свойств (прочность, упругость и т.п. в расчете на единицу массы или удельного веса), что должно обеспечивать снижение массы изделий и затрат на их эксплуатацию.

Повышению сопротивляемости материала воздействию рабочей среды (температуры, агрессивности среды, радиационному и пучковому излучению и т.п.).

Повышению долговечности (ресурса службы) материала и его надежности в эксплуатации.

Одним из ведущих высокотехнологических потребителей новых металлических материалов является аэрокосмический комплекс. В этом комплексе новые материалы должны обеспечить повышение безопасности полетов, снижение эксплуатационных расходов, в том числе снижение расхода топлива и загрязнения окружающей среды в процессе эксплуатации летательных аппаратов.

Ответственные задачи стоят перед мировой энергетикой. В ближайшие 20 лет мировое производство электроэнергии должно возрасти в два раза при условии повышения экономичности ее производства и снижения вредного воздействия на окружающую среду, что требует использования новых металлических и неметаллических материалов. В системах распределения (передачи) и хранения энергии (накопители) большая роль отводится сверхпроводникам, работающим при температурах выше 20К и температурах равных 77К в сильных и слабых магнитных полях. Эти же сверхпроводники перспективны и для транспорта на магнитных подушках.

В автомобилестроении основным направлением развития является создание легких, безопасных, комфортабельных и экологически чистых в эксплуатации моделей. Для достижения этих целей должны широко использоваться легкие металлы (Al, Mg, Be) и их сплавы, металлические и неметаллические композиты, металлопены, керамика, интерметаллиды. На железнодорожном и водном транспорте главными целями развития являются повышение экономичности и экологической безопасности при снижении массы транспортных средств и повышении их энерговооруженности.

Постоянно требуются новые материалы в области информационных технологий, например для компакт- и видеодисков для записи с помощью голубых и зеленых лазеров, что существенно увеличивает емкость дисков. Интенсивно (прирост в год более 50%) развивается производство магнитных запоминающих устройств и продолжается их миниатюризация.

Разработке инновационных технологий и материалов в нефтегазовом комплексе всегда уделялось особенное внимание. Газ и нефть - это, как известно, дорогостоящие ресурсы, и использовать их необходимо как можно более целесообразно, снижая риски потерь до возможного минимума. В процессе добычи, транспортировки и переработки газо- и нефтепродуктов технологии должны быть совершенными, оборудование - максимально надежным, а от применяемых материалов требуются заранее заданные свойства: сверхвысокая прочность, теплостойкость, коррозионная и химическая стойкость. Этим требованиям как нельзя лучше отвечают композитные материалы.

Для достижения вышеуказанных целей разрабатываются новые виды металлических и неметаллических материалов.

Особое внимание уделяется легким цветным металлам и сплавам на их основе; материалам, имеющим мелкодисперсную и ультрамелкодисперсную структуру, монокристаллическим, аморфным и порошковым материалам.

Такие структуры обеспечивают прочностные характеристики иногда на порядок превышающие традиционные значения прочности и придают материалам особые технологические, физические и эксплуатационные свойства.

1. Основные сведения о титановых сплавах

Титановые сплавы являются одним из основных конструкционных материалов, применяемых в настоящее время в разных отраслях промышленности. Широкое их использование связано присущими титану и его сплавам комплексу свойств - высокая удельная прочность, коррозионная стойкость во многих агрессивных средах, немагнитность, хорошая жаропрочность при температурах эксплуатации до 500-600°С. Более эффективное использование титановых сплавов возможно при снижении затрат на производство из него полуфабрикатов и изделий. Весомый вклад в стоимость изделия вносят технологические операции при изготовлении полуфабрикатов такие как фасонное литье, пластическая деформация, сварка, механическая и термическая обработка. Каждая из этих операций характеризуется определенным комплексом таких технологических свойств, как литейные, деформационные, свариваемость; мехобрабатываемость, прокаливаемость.

Рациональный выбор для использования тех или иных титановых сплавов во многих областях современного производства неразрывно связан с анализом их поведения при конкретных условиях эксплуатации. Наиболее часто встречающимися критичными параметрами при эксплуатации являются работа в условиях высоких и низких температур, а также при циклических нагрузках. В связи с этим наиболее важными эксплуатационными свойствами титановых сплавов можно считать хладостойкость в условиях работы при криогенных температурах, жаропрочность - при эксплуатации в области повышенных температур и усталостную выносливость при знакопеременном нагружении. Исходя из этого, следует изучать особенности проявления хладостойкости, жаропрочности и усталости в титановых сплавах и способы их повышения.

Применение титановых сплавов:

в авиастроении, ракетостроении: каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени и т.д.;

в судостроении: обшивка корпусов судов и подводных лодок, сварные трубы, гребные винты, детали насосов и др. ;

в химической промышленности: реакторы для агрессивных сред, насосы, змеевики, центрифуги и др.;

в гальванотехнике: ванны для хромирования, анодные корзины, теплообменники, трубопроводы, подвески и др.

в газовой и нефтяной промышленности: фильтры, седла клапанов, резервуары, отстойники и др.;

в криогенной технике: детали холодильников, насосов компрессоров, теплообменники и др.;

в пищевой промышленности: сепараторы, холодильники, ёмкости для продуктов, цистерны и др.;

в медицинской промышленности: инструмент, наружные и внутренние протезы, внутрикостные фиксаторы, зажимы и др.;

2. Основные факторы, влияющие на технологические свойства титана и его сплавов

Технологические свойства титановых сплавов существенно отличаются от свойств основных конструкционных сплавов на основе железа и алюминия из-за присущих им различий в уровне физических свойств (табл.1).

Таблица 1 - Основные физические свойства алюминия, титана, железа

Наиболее важные факторы, влияющие на разработку технологии и выбор режимов обработки титановых сплавов, следующие.

Низкая теплопроводность титана и его сплавов практически в 15 раз ниже, чем у алюминия и его сплавов, и примерно в 5 раз ниже, чем у железа и сталей (табл. 1). Значения теплопроводности, теплоемкости, плотности титана и его сплавов таковы, что их температуропроводность - наиболее важная характеристика многих процессов теплообмена - примерно в 15 раз ниже, чем у алюминиевых сплавов, и в 3,5 раза меньше, чем у сталей. Следствием этого являются значительные перепады температур по сечению слитков и заготовок при нагреве и возникновение значительных термических напряжений, которые могут приводить к образованию трещин. Это обусловливает ограничение скоростей нагрева, особенно слитков и заготовок большого размера. При неблагоприятном выборе режимов индукционного нагрева слитков возможно даже расплавление подповерхностных слоев и выплескивание жидкого металла при последующей деформации.

При охлаждении заготовок из титана и его сплавов из-за значительного градиента температур наблюдается быстрое захолаживание острых углов, тонких элементов сечений заготовок, что сильно затрудняет обеспечение равномерной деформации и может приводить к растрескиванию металла.

Возможно и местное захолаживание деформируемого металла в зонах контакта его с инструментом, имеющим значительно более низкую температуру. Эта особенность сплавов титана существенно ограничивает возможную конфигурацию элементов сечений промежуточных заготовок и готовых изделий, способы и скорость подачи нагретых полуфабрикатов на деформацию, выбор деформирующего оборудования.

Низкая теплопроводность оказывает отрицательное влияние и на процесс горячей деформации. Наличие зон наиболее интенсивной деформации при малой теплопроводности приводит к значительному перегреву металла этих зон вследствие теплового эффекта деформации и к ухудшению структуры и свойств. Особенно это проявляется при неблагоприятных режимах ковки (осадки) заготовок, сортовой прокатки прутков, прессования профилей, поэтому нужен тщательный выбор схемы, режимов деформации для устранения таких перегревов.

Высокая химическая активность титана и его сплавов

Титан и его сплавы при температурах нагрева для горячей деформации, термической обработки и особенно в жидком состоянии при литье активно взаимодействуют с кислородом, азотом и другими газами атмосферы. При нагреве на воздухе на поверхности заготовок образуется окалина, начинающая отслаиваться при температурах выше 900 оС. Наряду с образованием окалины происходит диффузия кислорода и азота вглубь металла с образованием поверхностного газонасыщенного слоя, имеющего высокую твердость и низкую пластичность. Наличие газонасыщенных слоев значительной толщины (до нескольких миллиметров на поверхности крупных слитков) может приводить к поверхностным надрывам при деформации, ухудшению качества поверхности. Готовые листы, профили, трубы и другие полуфабрикаты имеют вследствие этого пониженные показатели пластичности при испытаниях на разрыв, изгиб. Недостаточно полное удаление газонасыщенного слоя с отходов перед их вовлечением в шихту способствует местному или общему загрязнению выплавляемых слитков примесями внедрения, в первую очередь - кислородом.

Для уменьшения газонасыщения эффективно использование защитных покрытий и проведение нагрева заготовок в защитной атмосфере, если время нагрева значительно больше, чем длительность горячей обработки и последующего охлаждения. Для удаления газонасыщенного слоя на промежуточных переделах используют механическую обработку заготовок. Готовые полуфабрикаты подвергают дробеструйной обработке, травлению.

Значительная скорость диффузии кислорода и азота вглубь титана и его сплавов может играть и положительную роль в процессе производства. Растворение в металле тончайших окисных пленок и других поверхностных газовых загрязнений при отсутствии доступа новых порций газов обеспечивает получение чистой поверхности и создает предпосылки для широкого использования диффузионной сварки и методов порошковой металлургии для изготовления сложных изделий.

В технологическом процессе изготовления изделий необходимо учитывать способность титана и его сплавов поглощать большие количества водорода при нагреве и травлении. Превышение установленных норм содержания водорода в сплаве (на уровне 0,002-0,003 мас. %) может привести к замедленному разрушению конструкций в процессе эксплуатации. В целях уменьшения загрязнения готовых полуфабрикатов водородом предпочтительнее использовать печи с нейтральной атмосферой, индукционного или контактного нагрева, печи сопротивления.

Травление полуфабрикатов и изделий является основным источником наводороживания сплавов титана, и поэтому необходим тщательный подбор режимов травления и травителей, обеспечивающих минимальное наводороживание. Специфической особенностью распределения водорода после травления в полуфабрикатах является его повышенное содержание в поверхностных слоях, и для ответственных полуфабрикатов (сварочная проволока, листы, прутки для крепежа, трубы) одной из заключительных операций, обеспечивающих надежное удаление водорода, является отжиг в вакууме.

Способность титана и его сплавов к поглощению значительного количества водорода и охрупчиванию в результате этого используется для измельчения отходов при их подготовке к вовлечению в шихту и при производстве порошка по методу гидрирование-дегидрирование.

Помимо общего окисления титана и его сплавов на воздухе возможны случаи загорания металла при сильном локальном перегреве, например вследствие трения нагретых заготовок о направляющие печей. В контакте со стальной окалиной, стальной арматурой титановые сплавы склонны к оплавлению при температурах значительно более низких (1200-1300 оС) по сравнению с температурой плавления сплава вследствие образования легкоплавкой эвтектики в системе Ti- Fe. Это может вызывать образование грубых дефектов на поверхности заготовок или полуфабрикатов из них и следует учитывать при выборе материалов арматуры печей для нагрева титана.

Полиморфное превращение. Практически во всех титановых сплавах, за исключением термически стабильных -сплавов, при нагреве наблюдается полиморфное превращение низкотемпературной -модификации титана с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решеткой в высокотемпературную -модификацию с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой и обратный переход при охлаждении. Температура полного полиморфного превращения для большинства промышленных титановых сплавов находится в интервале 750-1020 оС и зависит от содержания и типа легирующих элементов и примесей (- или -стабилизаторы).

Нагрев в однофазную -область и дальнейшее повышение температуры сопровождается значительным повышением пластичности, особенно при деформации литого металла, и снижением сопротивления деформации. Однако в большинстве случаев деформация в -области не дает возможности получить структуру с высокими эксплуатационными свойствами из-за интенсивного роста зерна и грубого внутризеренного строения. Оптимальная структура может быть получена при деформации в ()-области, но при этом снижается пластичность и возрастает сопротивление деформированию металла. В практике промышленного производства это противоречие преодолевается при осуществлении деформации в две стадии: на первой стадии в -области, а на заключительной - в ()-области. Применительно к различным видам полуфабрикатов этот принцип реализуется в различных вариантах по степеням и температурам деформации. В сплавах титана в отличие от сталей эффект фазового наклепа при полиморфном превращении невелик и вследствие этого практически не происходит измельчения зеренной структуры в результате процесса фазовой перекристаллизации при нагреве выше температуры полиморфного превращения (Тпп) и последующем охлаждении. Поэтому измельчить крупнозернистую структуру в титановых сплавах, как это делают в сталях, обычными методами термической обработки не удается.

Ограниченные возможности холодной деформации титановых сплавов.

Несмотря на то, что титан обладает значительно большей способностью к холодной деформации, чем другие металлы с гексагональной кристаллической структурой, например магний, кадмий, цинк, проведение холодной деформации большинства титановых сплавов при таких технологических процессах, как прокатка, волочение, правка и листовая штамповка, связано со многими трудностями.

Средне- и высоколегированные двухфазные ()-сплавы практически не поддаются холодной деформации из-за высокого сопротивления деформации, интенсивного деформационного упрочнения и склонности к растрескиванию и разрывам. Даже малолегированные сплавы имеют пластичность при холодной прокатке в 2-3 раза меньшую, чем нержавеющие стали. Для титановых сплавов характерно повышенное значение отношения предела текучести к модулю упругости и, как следствие этого, большая упругая отдача (пружинение) деформируемого металла. Вместе с тем даже незначительный подогрев (до 200-300 оС) существенно снижает сопротивление деформации (для некоторых сплавов на 40-50 %), повышает пластичность, резко уменьшает пружинение металла. Дальнейшее повышение температуры до 550-700 оС, не приводя к значительному окислению и ухудшению структуры металла, радикальным образом улучшает деформируемость, оказывается достаточным для успешного проведения «теплой» прокатки тонких листов высокопрочных сплавов, правки полуфабрикатов, листовой штамповки и других операций.

Другим способом повышения деформируемости титановых сплавов является использование эффекта водородного пластифицирования, основанного на том, что введение водорода способствует стабилизации -фазы в сплавах, имеющей лучшую деформируемость, чем -фаза. После деформации возможно удаление водорода за счет отжига изделий в вакууме.

Приведенные четыре фактора не охватывают всех специфических особенностей сплавов на основе титана, но именно они играют наиболее важную роль при рассмотрении технологических свойств титана.

3. Основные свойства титана, титановые сплавы

Механические свойства титана в большой степени зависят от содержания примесей, особенно Н, О, N и С, образующих с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое содержание кислорода, азота, углерода повышает твердость и прочность, но при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Титан обладает высокими прочностью и удельной прочностью в условиях глубокого холода.

Технический титан хорошо обрабатывается давлением при 20-25 °С и повышенных температурах. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката (листы, трубы, проволоку, поковки и др.). Ковку проводят при температуре 1000-750 °С, горячую прокатку - на 100 °С ниже температуры ковки. Горячей прокаткой получают листы толщиной более 6 мм, листы меньшей толщины изготовляют холодной прокаткой или с нагревом до 650-700 °С. Температура прессования 950-1000 °С. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и всеми видами контактной сварки. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, что приводит к его быстрому износу. Для обработки титана требуется инструмент из быстрорежущей стали и твёрдых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. Недостатком титана является также низкая антифрикционность.

Достоинством титановых сплавов по сравнению с титаном являются более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности. Титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении. Самым распространённым в мире титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V, который в российской классификации имеет обозначение ВТ6. Для изготовления деталей методами порошковой технологии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТЗ-1 и другие.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые. По механическим свойствам титановые сплавы подразделяются на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности. По способности упрочняться с помощью термической обработки они делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

3.1 Марки и классы титана

Таблица 2 - Титан технический

Таблица 3 - Титановый литейный сплав

Таблица 4 - Титановый деформируемый сплав

4. Титан в нефтегазовой промышленности

Перспективной областью применения сплавов титана является глубокое и сверхглубокое бурение. Для добычи подземных богатств и для изучения глубоких слоев земной коры нужно проникнуть на очень большие глубины - до 15-20 тысяч метров. Обычные буровые трубы будут рваться под собственной тяжестью уже на глубине нескольких тысяч метров. И только благодаря трубам из высокопрочных сплавов на основе титана можно достичь прохождения действительно глубоких скважин.

4.1 Титан для добычи нефти и газа на шельфе

В настоящее время титан успешно используется при разработке оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на морских шельфах: глубоководные бурильные и добывающие установки; насосы; трубопроводы; теплообменное оборудование различного назначения; сосуды высокого давления и многое другое. По мнению специалистов, в глубоководной нефтедобыче титан и его сплавы должны стать одним из основных конструкционных материалов, поскольку имеют высокую коррозионную стойкость в морской воде. Из нашего титана производят трубы, отводы, фланцы, тройники, переходы для систем забортной, балластной и пластовой воды.

Титан - незаменимый материал для строительства установок опреснения морской воды, в сооружении морских платформ для разведки месторождений, добычи нефти и природного газа на шельфе. Процесс освоения нефтедобычи на морском шельфе, несмотря на более жесткие природные условия, сложную ледовую обстановку, представляет особый интерес для российских нефтяников. В настоящий момент реализуются работы на Каспийском шельфе, интенсивно идут работы на объекте «Сахалин-2» - введен в эксплуатацию завод по производству СПГ. Практически закончены работы по переоснащению плавучей буровой станции для месторождения «Приразломное».

Дальнейшие прогнозы по шельфовой добыче достаточно оптимистичны: применение титана в этой области будет расти вследствие запланированного перемещения промысла на более глубокие участки шельфа. Так, газоконденсатное месторождение Штокмановское в Баренцовом море находится на глубине от 280 до 380 метров, а пласты с газовым конденсатом находятся на глубине от 1800 до 2300 метров. В связи с этим основные принципы проектирования и строительства морских установок, выбор материалов для морского применения при бурении в тяжелых геологических условиях становятся сегодня основополагающим вопросом в первую очередь для генерального заказчика как эксплуатирующей организации.

Морское применение титановых сплавов перспективно для следующих систем и оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на шельфе: глубоководные бурильные райзеры; обсадные трубы; добывающие райзеры; насосы и системы забортной, питьевой, буровой и попутной воды; трубопроводы циркуляционной системы технологических растворов; сепараторы жидкостные, теплообменное оборудование различного назначения; сосуды высокого давления; высокопрочные гибкие растяжки для фиксации платформы.

Условия эксплуатации нефтепромыслового оборудования во многом аналогичны условиям эксплуатации изделий судового машиностроения, однако имеются и довольно существенные отличия: более высокая степень минерализации пластовой воды; наличие в рабочих средах сероводорода и углекислого газа; наличие аэробных и анаэробных (особенно сульфидообразующих) составляющих в продуктах добычи и окружающей среде; повышенные температуры рабочих сред; пониженные температуры атмосферы до минус 40-50 ; возможность солевых и парафиноообразных отложений на поверхностях; высокое давление рабочих сред; наличие абразивных компонентов в транспортируемых продуктах.

Наибольший опыт применения титановых сплавов в оффшорной промышленности накоплен в Норвегии и Великобритании. Имеется более чем 30-летний опыт применения легированных нержавеющих сталей в оффшорной промышленности в Северном море (Норвежский и Британский сектор). Однако и для высоколегированных сталей отмечены коррозионные повреждения. Так, для стали с 5,5% никеля характерна межкристаллитная коррозия в ряде технологических сред и коррозионное растрескивание в среде хлоридов при 100 ; для стали с 25% никеля характерна щелевая коррозия, приводящая к разгерметизации фланцев после 2-х лет эксплуатации (платформы Oseberg A и Gullfaks A). В это же время титан в различных отраслях продемонстрировал свое уникальное сопротивление большинству, если не всем видам, коррозии, с которыми приходилось сталкиваться при разработке морских нефтяных месторождений.

4.2 Практика использования титановых сплавов

Первое известное применение титанового сплава для основного оборудования в нефтедобыче на морском шельфе - в силовых соединениях добывающего райзера нефтяной компанией Placid Oil на платформе Green Canyon в Мексиканском заливе (изготовитель - компания Cameron Iron Works Inc). Фирма Loterios поставила 4 кессона (распределительную магистраль) для пожарной системы. Внутренний диаметр кессона 900 мм, толщина стенки 20/40 мм, общая длина 34 метра, масса 10 тонн.

На платформе Steel Head (шельф Аляски) использованы теплообменники с применением титановых сплавов, изготовленные в Японии.

Первый опыт применения на норвежских ПБУ титановых сплавов относится к 1986 году, когда фирма Mobil Exploration Norway Inc. решила использовать титан взамен стали в системе балластной воды платформы Statfjord A (Норвегия). Срок эксплуатации составил 5,5 лет. В последующие годы аналогичная замена выполнена для платформы Statfjord B и Statfjord C после 3-4 лет эксплуатации стальных конструкций. На введенных в эксплуатацию в 1994-1995 гг. платформах Heidran и Troll используется 300 и 400 тонн титана соответственно. Расчетный срок эксплуатации платформы Troll составляет 70 лет, и этот выбор указывает на то, что наконец-то может быть установлено приемлемое соотношение между сроком эксплуатации платформ (месторождения) и сроком эксплуатации оборудования этих платформ.

По мере создания все более глубоководных систем морской нефтедобычи резко возросла необходимость применения титановых сплавов для изготовления подводного оборудования. При этом значение применения титана возрастает по трем основным причинам:

ряд элементов подводного оборудования требует использования сплавов с высокой удельной прочностью и малым модулем упругости;

требование экономии массы оборудования на платформе. По данным компании Shell Oil, снижение массы подводного оборудования на 1 тонну позволяет уменьшить массу опорного оборудования на 3 тонны, что равнозначно экономии около 150 тыс. долларов. Каждый лишний фунт оборудования на палубе платформы или добывающего судна обходится в 6,5 долларов;

титан и его сплавы обладает высокой надежностью, в том числе и высокой коррозионной стойкостью в морской воде и в рабочих средах при нефтедобыче.

Заключение

На сегодняшний день тысячи тонн титана эксплуатируются в атомной энергетике, в судовых и наземных объектах, в опреснительных системах, в сфере морского нефте- и газопромысла, что свидетельствует о целесообразности применения титана в этих отраслях. Титан обладает рядом уникальных свойств:

Прочностные и коррозионные свойства. Титан по прочностным характеристикам аналогичен традиционным конструкционным сталям, но при этом на 45% легче. По коррозионной устойчивости титан превосходит многие широко применяемые конструкционные стали.

Эксплуатация при низких температурах. Титан и его сплавы характеризуются низкой температурой перехода от пластичного поведения к хрупкому и отличаются благоприятными уровнями вязкости разрушения даже при температурах ниже нуля градусов, и все титановые сплавы являются механически надежными при низких температурах как минимум вплоть до -100°С.

Наводораживание. Поглощение водорода и результирующее охрупчивание является ообщепризнанной опасностью для многих металлов в условиях их применения в морском нефте- и газопромысле. Оксидная пленка на титане обычно служит отличной преградой для водорода. Существуют условия, при которых возникает проблема наводораживания титана, однако этого можно избежать при правильном подходе к проектированию.

Сопротивление эрозии и кавитации. С помощью титана можно легко обеспечивать перемещение морской воды, текущей со скоростью вплоть до 30 м/сек. Присутствие абразивных частиц в воде обуславливает снижение максимально допустимой скорости, но любой титановый сплав будет по своим рабочим характеристикам превосходить большинство других материалов в тех условиях, при которых его оксидная пленка в случае ее повреждения будет автоматически восстанавливаться благодаря эффекту «самозалечивания». В тех случаях, когда имеются насосы достаточной мощности, скорости потока в системе титановых труб можно безопасно увеличивать, тем самым позволяя проектировать трубопроводы с трубами меньшего диаметра и меньшими радиусами загиба нитки. Выгодными последствиями использования титана являются экономия веса, пространства и затрат. В случае с титаном никакой защиты от эрозии на входе или выходе из трубопровода или в местах загиба нитки трубопровода не требуется.

Таким образом, титан и его сплавы представляют собой интерес не только как материал, применяемый в современном машиностроении. В настоящее время открываются широкие перспективы для создания титановых сплавов на основе использования интерметаллидов, позволяющих достичь высоких характеристик прочности и жаропрочности, а также других важных свойств.

Безусловно, в ближайшие годы будут продолжаться интенсивные исследования в области разработки новых сплавов на основе титана. Гарантией этого являются регулярные международные конференции по проблемам титана.

Список использованных литературных источников

1. Бибиков, Е. Л. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. - М.: Металлургия,1983. - 296 с.

2. Колачева, Б.А. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.: ОНТИ ВИЛС, 1996. - 581 с.

3. Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов. - М.: Металлургия, 1974. - 544 с.

4. Титан, сплавы и марки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.sect.ru/info/nonferrous-metals/titanium-alloys-and-grades/ (дата обращения: 04.12.2017).

5. Титановые изделия в нефтегазовой отрасли [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vsmpo.ru/ru/pages/Neftegazovaja_promishlennost (дата обращения: 04.12.2017).

6. Титан и титановые сплавы для различных областей промышленности [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.lkmportal.com/articles/titan-i-titanovye-splavy-dlya-razlichnyh-otrasley-promyshlennosti (дата обращения: 04.12.2017).

Размещено на Allbest.ru