Григорий Николаев - Металл Века

• Название: Металл Века
• Автор: Григорий Николаев
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1987

Металлом века заслуженно называют титан. Об истории этого ме­талла, его замечательных свойствах, способах производства, об ис­пользовании его в авиации, космонавтике, химической индустрии, в быту, на транспорте, в медицине, а также о его возможностях и перспективах применения увлекательно рассказано в этой книге.

Первое издание книги того же названия, опубликованное в Днеп­ропетровске (издательство ”Промiнь”) в 1975 г., было отмечено второй премией и Дипломом второй степени на Всесоюзном кон­курсе лучших произведений научно-популярной литературы. Второе издание было выпущено в 1982 г. издательством "Металлургия”.

Предназначена для широкого круга читателей

---

Возьмем даже тот случай, когда титановое оборудование стоит намного дороже стального, и разберемся в нем досконально. Корпус реактора из нержавеющей стали стоит 200 рублей. Изготовленный из титана такой же корпус стоит уже 800 рублей, то есть в 4 раза дороже. Но стальной аппарат будет служить полгода, а титановый — 10 лет, и, с учетом полного срока эксплуатации, получается, что более дорогой титан в 5 раз дешевле нержавеющей стали. А если срок службы титана больше не в 20 раз, как в только что приведенном случае, а в гораздо большей степени? Тогда во сколько раз титан будет дешевле своих конкурентов? Смесительные барабаны, облицованные титаном, в которых перемешивают оксихлориды, бесперебойно работают более года. Хромоникельмолибденовые сплавы в этих условиях не выдерживают и 5 часов. В данном случае титан служит в 1752 раза дольше!

Но титан помогает беречь не только деньги. Практика эксплуатации титанового оборудования показала, что каждая тонна титана заменяет собой от 5 до 10 тонн нержавеющей стали, а это значит, что широкое внедрение титана в промышленность позволяет сберечь тысячи тонн никеля, хрома и других очень ценных и дефицитных металлов. Титан заменяет (и тем самым экономит) также молибден, тантал, а в сплавах с ними — золото, платину и другие благородные металлы. Таким образом, он очень экономичный металл.

Тем более странно, что, успешно соперничая со сталью, оловом, никелем, алюминием и магнием, свинцом и цинком по свойствам, он еще не в состоянии соперничать с ними по широте использования. Из миллиардов тонн разведанного титанового сырья в металл пока перерабатывают только тысячные доли процента.

ДЕШЕВЛЕ? МОЖНО

Что бы ни говорилось о реальной и бесспорной экономической эффективности использования титана при существующем уровне цен, нет никакого сомнения в том, что будь титан подешевле — масштабы его производства и применения выросли бы неизмеримо. Соответственно возросла бы и польза, которую приносит народному хозяйству этот металл.

Но ведь цена не должна быть ниже себестоимости, а себестоимость титана еще высока. Собственно говоря, высокая себестоимость титановой губки, и именно стоимость губки определяет сравнительно высокие цены титановых полуфабрикатов и оборудования, изготовленного из этого металла.

С целью снижения себестоимости во всем мире непрерывно ведут многочисленные исследовательские работы, направленные на совершенствование существующей технологии производства титана, а также на разработку способов прямого извлечения металла из руд. Ежегодно выдаются десятки патентов на новые методы получения металлического титана, на модификацию уже известных технологических операций. Однако эти новые методы не в состоянии конкурировать с известными промышленными способами, а предлагаемое совершенствование последних не настолько существенно, чтобы ощутимо снизить стоимость титана.

Справедливости ради надо сказать, что стоимость титановой губки претерпела значительные изменения с момента выпуска первых промышленных партий. Так, например, в нашей стране цены на титановую губку в связи с непрерывным снижением себестоимости уменьшались несколько раз, в результате чего даже более высококачественная губка стоит сейчас вдвое дешевле, чем прежде. Уменьшение стоимости титановой губки позволяет снижать цены на титановые полуфабрикаты: на листы, трубы, прутки, гнутые профили.

И все же стоимость титана снижается не так быстро, как хотелось бы, и у этого есть объективные, еще непреодолимые причины. Но, может быть и при существующем уровне цен есть какая-нибудь возможность удешевить оборудование, изготовленное с применением этого металла? Да, такая возможность действительно есть.

Не во всех случаях так уж необходимо, чтобы аппаратура была изготовлена целиком из титана. Нередко достаточно и того, что стойкий против коррозии металл будет защищать только внутреннюю ее поверхность, только те места, которые непосредственно соприкасаются с агрессивной средой. Основная же масса конструкции может быть изготовлена из обычной стали, прочность которой достаточна, чтобы выдерживать большие давления. Таким образом достигается оптимальный вариант использования титана, который незначительно удорожает стоимость оборудования.

Но сварка титана с другими металлами практически невозможна. Как же соединяют титан со сталью? Существует несколько методов. Когда оборудование не предназначено для работы при высоких температурах и не подвергается воздействию вакуума, поверхность его футеруют (выкладывают) тонким слоем титана.

Но футерованное оборудование нельзя применять при температурах выше 100 °С, так как при нагревании сталь расширяется значительно в большей степени, чем титан, что и приводит к повреждению футерованной конструкции. Кроме того, наличие зазора между футеровкой и кожухом не позволяет применять такое оборудование в процессах, связанных с воздействием вакуума.

В этом случае для изготовления оборудования используют двухслойный металл (титан — сталь), где слой титана составляет от одной двадцатой до одной пятой части всей толщины металла. Слой титана обеспечивает коррозионную стойкость, а более дешевый материал — заданные механические характеристики. Титан и сталь соединяют друг с другом при помощи взрывной волны или методом прокатки в вакууме. В результате материалы связаны между собой не просто механически, а физически, что приводит к улучшению теплопередачи и позволяет оборудованию из двухслойного металла выдерживать повторяющиеся нагревы до 500 °С и более и закалку в воде.

Из биметалла титан — сталь изготовляют такое оборудование, 154 как варочные котлы и отбельные башни целлюлозно-бумажного производства, емкости и колонны, применяемые в нефтехимии и металлургии. Использование биметаллического листа взамен цельнотитанового дает существенную экономию.

Другой путь снижения стоимости титановых изделий — изготовление их методом фасонного литья. Замена поковок фасонными отливками снижает расход металла в 3 с лишним раза, уменьшает трудоемкость механической обработки. Каждая тонна фасонных отливок, используемых взамен поковок, экономит более 20 тысяч рублей. Методом литья изготовляют запорную арматуру, части насосов, приборов, детали, применяемые в машиностроении.

В промышленности при производстве и обработке титана образуется большое количество отходов, состоящих из титановой губки, стружки, обрезки, кусков, лома. Основная масса этих отходов не используется, а накапливается на предприятиях, где отходы различных сплавов перемешиваются друг с другом и загрязняются. Специалисты давно уже задумываются над тем, как использовать этот металл.

Наиболее целесообразно перерабатывать отходы титана во вторичные сплавы. Эти сплавы несколько уступают основным по однородности, прочности и другим механическим характеристикам. Загрязненность примесями приводит к тому, что их стойкость против коррозии ниже, чем у серийных сплавов, и тем не менее вторичные титановые сплавы в достаточной степени прочны и коррозионностойки. Их можно с успехом и большой пользой применять в химической, нефтеперерабатьюающей, легкой, пищевой промышленности.

Сейчас ведутся опытно-промышленные разработки вторичных сплавов и изделий из них, получаемых методом литья. Вторичные титановые сплавы во. многих агрессивных средах по своей коррозионной стойкости незначительно уступают первичным сплавам, а в некоторых средах даже превосходят их. Что же касается их стоимости, то при широком производстве они будут дешевле первичных на 25—30 процентов.

ДЕТАЛИ ИЗ ПОРОШКА

Многие изделия, изготовляемые из монолитного титана, с успехом можно делать из титановых порошков, что в значительной степени уменьшает стоимость продукции за счет резкого снижения отходов. Если при изготовлении деталей из обычного монолитного титана в отходы идет 50—70 процентов используемого металла, то при изготовлении тех же деталей из порошков (или, как говорят иначе, методом металлокерамики) в отходы идет всего 5—10 процентов титана. Вместе с тем титановая металлокерамика сохраняет все положительные свойства монолитного металла: легкость и прочность, стойкость в агрессивных средах, пластичность, способность поглощать газы.

В нашей стране накоплен немалый опыт по производству компактных изделий из титановой металлокерамики, ведется строительство новых и расширение действующих участков, изготовляющих методами порошковой металлургии различные титановые изделия. Институт титана совместно с некоторыми головными институтами различных отраслей промышленности проводит работы по совершенствованию технологии изготовления титановых металлокерамических изделий. Идет подготовка к выпуску опытно-промышленных партий деталей для машиностроения, в частности колец компрессора, защелок, для замка дверцы автомобиля ^Запорожец”, шатунов для двигателя автомобиля ”Москвич”.