Зевс заставляет титанов мириться
В мифологии титаны являются потомками Урана и Геи, Неба и Земли. Когда в 1795 году прусский химик Мартин Генрих Клапрот выделил новый элемент из рутила, красивого багрового минерала, он назвал его титаном и, не подозревая об этом, оказался прав — сегодня титан активно применяется как на земле, так и в воздухе, и в множестве других областей.
Калеб Ларсон интересуется…
Совсем недавно на американском сайте 19fortyfive.com был опубликован материал Калеба Ларсона с интригующим заголовком: «Почему ВМС никогда не создавали титановые глубоководные подлодки, как Россия». Заголовок привлекает внимание, но сам Ларсон не дает ответа на этот вопрос, лишь отмечает, что русские построили несколько подводных лодок с титановыми корпусами, установив мировые рекорды по скорости и глубине погружения, в то время как американцы используют только обычные стальные корпуса, применяя титан лишь для отдельных компонентов. Вероятно, это не является необходимым для американских ВМС (вопрос о самомнении Ларсона остается открытым — он пишет Navy, не уточняя, что имеется в виду US Navy, как будто в мире существуют другие Navy). Если автор не предоставляет ответ, мне придется немного поработать на клавиатуре…
Мартин Генрих Клапрот
Титан, несмотря на свой серебристо-серый оттенок, — цветной металл, аналогичный меди или алюминию. Однако процесс его извлечения из руды — это сложная химическая реакция. Поэтому он был освоен значительно позже меди и алюминия. Титан встречается в природе в достаточном количестве: он занимает 9-е место по содержанию в земной коре — 0,57% от ее массы. В основном он находится в форме диоксида (в составе минералов ильменита и упомянутого рутила), а попытки выделить его из диоксида путем нагрева с углеродом приводили не к чистому титану, а к его карбиду. Первый металлический титан был получен в 1825 году Йёнсом Берцелиусом, а подходящий для промышленного производства метод восстановления четыреххлористого титана с помощью металлического натрия был открыт в 1887 году Ларсом Нильсоном и Свеном Петерсоном. Все трое были шведами. Однако впервые металлический титан удалось получить приват-доценту кафедры химии Московского университета Дмитрию Кирилову, который, по воспоминаниям коллег, был человеком, с одной стороны, крайне требовательным к себе, а с другой — очень неуверенным, поэтому печатался редко и ушел из жизни рано.
Гийом Жюстен Кролль также был скромным человеком, но его фото сохранилось!
Первое промышленное производство титановой губки было организовано перебравшимся в США люксембуржцем Гийомом Жюстеном Кроллем (в Америке он стал Уильямом Джастином Кроллом). Он восстанавливал жидкий тетрахлорид титана с помощью расплава магния, получая бесформенные пористые куски металла — ту самую губку. Этот метод был опробован в 1946 году и стал основным, по крайней мере, в США. На некоторое время. Губка, хоть и не золотая, но все же была довольно дорогой, поэтому ВМС США не могли даже мечтать о титановых корпусах для подводных лодок.
Рутил, из которого Клапрот выделил титан
Нельзя не упомянуть, что титан является отличным конструкционным материалом! Он всего в полтора раза тяжелее алюминия, но в шесть раз прочнее его, а титановые сплавы не уступают сталям по прочности, будучи значительно легче. Более того, титан не подвержен окислению, что делает его идеальным для имплантируемых заменителей человеческой кости, а для авиации и кораблестроения это свойство также весьма полезно. Кроме того, титан не боится сверхнизких температур и отлично режется и варится в условиях космического вакуума, что объясняет его широкое использование в авиационно-космической отрасли. Интересно, что 95 процентов титана в мире идет на… титановые белила — именно тот компонент, который придает белый цвет крышкам унитазов, косметике и ламинированной бумаге. Это идеальный краситель — он не выцветает вообще.
Хрущёв, Маленков и Булганин — они принимали совместные решения по титану
Но вернемся к сути. В общем, американцы до сих пор сталкиваются с проблемами своей дорогой титановой губки, в то время как в СССР… 9 марта 1954 года было принято постановление Совета Министров СССР № 407-177 «О мерах по реализации производства титана», подписанное Г. М. Маленковым, Н. А. Булганиным и Н. С. Хрущёвым. Следует отметить, что в основу постановления была заложена серьезная теоретическая база. Еще в 1915 году Комитет военно-технической помощи по инициативе академика Александра Ферсмана образовал титановую подкомиссию, которая выявила наличие титановысших руд на территории России и исследовала методы их переработки. С 1947 года в различных научно-исследовательских институтах активно работали над получением титана, что завершилось в 1954 году первыми слитками титана.
Ильменит — советское сырьё для производства титана
В СССР было очень мало рутила, но зато был ильменит. Однако содержание титана в этом минерале было крайне низким, поэтому в 1947 году были проведены работы, позволившие получать из бедных руд ильменитовые концентраты. Эту задачу решили директор Березниковского магниевого завода Клавдий Цирешников и главный инженер Моисей Эйдензон. В 1951 году на заводе прошла серия испытаний восстановительной электроплавки ильменитовых концентратов на богатый титановый шлак и чугун. Так начала развиваться советская технология получения титана: восстановительная электроплавка — хлорирование титановых шлаков — очистка тетрахлорида титана от примесей — магниетермическое восстановление — вакуумная сепарация — плавка титановой губки на слитки титана или его сплавов. Первый титан по этой схеме был получен на Подольском химико-металлургическом заводе.
Титановая губка
Изначально технология была несовершенной и нуждалась в доработках, но в январе 1954 года началось проектирование первой промышленной установки по производству титана на Днепровском титаномагниевом заводе. Постепенно процесс стал автоматизироваться, с 60-х годов прошлого века для этого использовалась машина «МАРС-200Р». Однако основным предприятием по производству советского титана стал Березниковский титаномагниевый комбинат (БТМК). Почему именно Березниковский? Рядом находились Соликамский и Березниковский калийные комбинаты, поставлявшие на БТМК искусственные карналлиты — сырьё для производства титана (природные ильмениты в СССР, как уже было упомянуто, были бедные). Таким образом, в стране возникли два крупных предприятия по производству титана — в Запорожье и Березниках.
Металлический титан
Таким образом, 50-е годы стали для зарождающейся титановой промышленности СССР периодом активного развития: одновременно в Подольске отрабатывалась технология получения металла, в Запорожье на руинах Днепровского Магниевого завода строился завод по производству титана, в Березниках возводился крупнейший комбинат (вместе с ним — жилые дома, школы, детские сады, посёлок с населением в 499 человек в 1926 году превращался в город!), в Усть-Каменогорске возводился УКТМК — Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат, а в 1956 году на Иршанском разведочно-эксплуатационном предприятии была введена в эксплуатацию опытная драга и получена первая партия ильменитового концентрата…
Клавдий Иванович Цирешников — один из отцов советского Титана. Звезда Героя Социалистического Труда — вполне заслуженная!
Тем не менее, титан так и не стал частью народного хозяйства! Производство титана в СССР стартовало в 1960 году. На первых порах процесс был далеким от идеала, но сотрудники, не отвлекаясь от основной работы, внесли около 150 улучшений, которые позволили увеличить объем выпускаемого титана, повысить его чистоту и сократить затраты на сырье и электроэнергию. БТМК стал крупнейшим в мире производителем титана, но в Советском Союзе он не был единственным: в 1962 году был введен в эксплуатацию опытный цех на УКТМК, а в Запорожье на ДТМК титан плавили с 1956 года.
Таким образом, за 15 лет в СССР была создана отрасль, превосходившая по объемам производства все остальные страны, а по качеству… Советский титан был лучше американского и английского, немного уступал японскому, но главное было не это… Вакуумно-дуговой метод плавки с расходуемым электродом сделал «сына земли и неба» доступным, в 1976 году на БТМК был отлит слиток титана весом 15 тонн! Советский титан стал дешевым… Это дало импульс исследованиям методов его обработки.
Моисей Ааронович Эйдензон — второй «отец» советского титана. Орден Трудового Красного Знамени — за дело!
На отечественных предприятиях была освоена обработка слитков давлением, прокат листов и создание сплавов. Множество титановых сплавов! Во Всесоюзном институте авиационных материалов была основана лаборатория титановых сплавов под руководством Сергея Глазунова. Появились различные модификации и группы сплавов с разнообразными свойствами: ВТ, ОТ, СТ, АТ… В настоящее время титановых сплавов насчитывается несколько сотен, из которых около 50 используются в промышленности. Также были освоены такие процессы, как сварка и резка титана, что стало основой для строительства корпусов подводных лодок. Были созданы фрезы для обработки титановых деталей, в производстве которых Россия до сих пор остается лидером.
Подлодка проекта 700/705 «Лира»
В 1990 году объем производства титановой губки в СССР достиг 97,7 тысяч тонн, что в 1,9 раза превышало объемы производства всего остального мира и в 4 раза — США. В советских самолетах Ил-62М, Ан-124, Ту-334, Ил-86, Ту-204, Ил-96-300, Як-42, «Руслан» и «Мрия» от 5 до 10 процентов конструкции изготавливалось из титановых сплавов. Что касается прочных корпусов подводных лодок… В 80-е годы в питерском ЦНИИ КМ «Прометей» были разработаны свариваемые сплавы, обладающие как прочностными, так и пластическими свойствами. Эти разработки реализовывались на Ижорском, Коммунарском машиностроительном, Никопольском южно-трубном заводах и заводе «Большевик» (в настоящее время «Обуховский»).
Первой серией титановых подводных лодок стал проект 700/705 «Лира», эти лодки с реактором на жидкометаллическом теплоносителе могли двигаться под водой со скоростью 41 узел. Дальше — больше: подлодка проекта 661 «Анчар» установила неподвижный до сих пор рекорд скорости: 44,7 узла. О АПЛ К-278 «Комсомолец», установившей рекорд глубины погружения, я уже упоминал, так что повторяться не стану. В общем…
В общем, Калебу Ларсону стоило бы признать правду: США просто не располагает сопоставимой титановой индустрией, чтобы строить подводные лодки с корпусами из этого замечательного материала. Почему так? Потому что не были сосредоточены для решения данной технической проблемы интеллектуальные ресурсы множества научно-исследовательских учреждений. Централизованно, командно-бюрократически. А рыночные механизмы… Когда существует дорогостоящий метод получения материала, который и так расходится, как горячие пирожки, зачем проводить затратные исследования по его удешевлению?
Корпорация ВСМПО-Ависма — это видно по размаху!
А результат централизованных усилий СССР налицо. Корпорация ВСМПО-АВИСМА, ныне известная как «БТМК», входит в число 30 самых наукоёмких компаний России и стабильно занимает около 30 процентов мирового рынка авиакосмической отрасли. Санкции? Ввести их против русского титана — себе дороже, Евросоюз пытался, но компания «Эйрбас» восстала против этого, и Корпорация ВСМПО-АВИСМА не попала в санкционные списки — 60 процентов титана европейцы получают из России. Такие дела…
- Георгий Томин