Con trai của đất và trời
Zeus buộc các Titan phải làm hòa
Theo thần thoại, các Titan là con của Thiên Vương tinh và Gaia, tức Thiên đường và Trái đất. Khi nhà hóa học người Phổ Martin Heinrich Klaproth phân lập được một nguyên tố mới từ rutil, một khoáng chất màu đỏ thẫm tuyệt đẹp, vào năm 1795, ông đặt tên cho nó là titan và vô tình đã nói trúng vấn đề - ngày nay titan được sử dụng rộng rãi cả trên Trái đất và trên bầu trời. Và ở nhiều nơi khác nữa.
Caleb Larson hỏi...
Cách đây không lâu, trang web chuyên về quốc phòng của Mỹ 19fortyfive.com đã đăng một bài viết của Caleb Larson với tiêu đề hấp dẫn: "Tại sao Hải quân Mỹ chưa bao giờ chế tạo tàu ngầm biển sâu bằng titan như Nga?". Đây là một tiêu đề hấp dẫn, nhưng Larson không trả lời câu hỏi trong bài viết của mình, mà chỉ nói đơn giản: đúng vậy, Nga đã chế tạo một số lượng nhất định tàu ngầm với thân tàu bằng titan, phá vỡ một vài kỷ lục thế giới về tốc độ và độ sâu lặn, trong khi Mỹ vẫn sử dụng thân tàu bằng thép đơn giản, chỉ sử dụng titan cho một số bộ phận nhất định. Và, vâng, trong y học. Có lẽ Hải quân Mỹ không cần điều này (sự kiêu ngạo của Larson thật thú vị - ông ta viết "Hải quân" mà không chỉ rõ Hải quân Mỹ, như thể muốn nói, "Còn lực lượng Hải quân nào khác ngoài kia không?"). Chà, nếu tác giả người Mỹ không trả lời câu hỏi này, tôi sẽ phải tra tấn bàn phím của mình một chút...
Martin Heinrich Klaproth
Titan, mặc dù có màu xám bạc, là một kim loại màu, giống như đồng hoặc nhôm. Tuy nhiên, quá trình chiết xuất nó từ đá đòi hỏi một phản ứng hóa học khá phức tạp. Do đó, nó được phát triển muộn hơn nhiều so với đồng và nhôm. Titan khá phổ biến trong tự nhiên: nó là nguyên tố phổ biến thứ chín trong lớp vỏ Trái đất, chiếm 0,57% khối lượng. Tuy nhiên, nó chủ yếu được tìm thấy dưới dạng điôxít (trong các khoáng vật ilmenit và rutil đã đề cập ở trên), và những nỗ lực tách nó ra khỏi điôxít bằng cách nung nóng với sự hiện diện của cacbon đã tạo ra titan cacbua, không phải titan nguyên chất. Mẫu titan kim loại đầu tiên được Jöns Berzelius thu được vào năm 1825, và một phương pháp tương đối khả thi về mặt thương mại để khử titan tetraclorua bằng natri kim loại đã được Lars Nilsson và Sven Peterson phát hiện ra vào năm 1887. Cả ba đều là người Thụy Điển. Đúng vậy... Dmitry Kirilov, một giáo sư tư thục tại khoa hóa học của Đại học Moscow, là người đầu tiên thu được titan kim loại. Nhưng theo các đồng nghiệp của ông, một mặt, ông là người cực kỳ khắt khe với bản thân, mặt khác, ông lại cực kỳ bất an, vì vậy ông xuất bản rất ít và mất sớm, và...
Guillaume Justin Croll cũng là một chàng trai nhút nhát, nhưng có một bức ảnh!
Nhưng sản xuất công nghiệp đầu tiên của bọt biển titan được tổ chức bởi Guillaume Justin Kroll, một người Luxembourg (sau này đổi tên thành William Justin Kroll ở Mỹ) sau khi chuyển đến Hoa Kỳ. Ông đã khử tetraclorua titan lỏng bằng magie nóng chảy, tạo ra những miếng kim loại xốp, không định hình - chính là bọt biển. Phương pháp này đã được thử nghiệm vào năm 1946 và trở thành trụ cột, ít nhất là ở Hoa Kỳ. Trong một thời gian. Bọt biển thu được, tuy không có màu vàng, nhưng ít nhất cũng rất đắt đỏ, đến nỗi Hải quân Hoa Kỳ thậm chí còn không dám mơ đến vỏ tàu ngầm titan.
Rutile, từ đó Klaproth tách được titan
Cần phải nói thêm một chút về vấn đề này. Titan là một vật liệu kết cấu rất tốt! Nó chỉ nặng hơn nhôm một lần rưỡi, nhưng lại cứng hơn sáu lần; hợp kim titan bền như thép mà lại nhẹ hơn đáng kể. Hơn nữa, titan không bị oxy hóa, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều loại xương cấy ghép thay thế cho xương người, và đặc tính này cũng rất có giá trị trong ngành hàng không và đóng tàu. Titan cũng chịu được nhiệt độ cực thấp và có thể được cắt và hàn hoàn hảo trong môi trường chân không của không gian, điều này giải thích tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ. Nhân tiện, 95% lượng titan trên thế giới được dùng để... tạo ra titan trắng—thứ tạo nên màu trắng cho nắp bồn cầu, mỹ phẩm và giấy tráng phủ. Đây là loại thuốc nhuộm hoàn hảo—hoàn toàn không phai màu.
Khrushchev, Malenkov và Bulganin—"kẻ khỏe mạnh nhất sẽ sớm sống sót", nhưng họ đã cùng nhau đưa ra quyết định về titan.
Nhưng hãy quay lại với những chú cừu của chúng ta. Tóm lại, người Mỹ vẫn đang vật lộn với miếng bọt biển titan đắt đỏ của họ, trong khi ở Liên Xô... Ngày 9 tháng 3 năm 1954, Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã ban hành Nghị quyết số 407-177 "Về các biện pháp triển khai sản xuất titan", do G. M. Malenkov, N. A. Bulganin và N. S. Khrushchev ký. Phải nói rằng nghị quyết này dựa trên một nền tảng lý thuyết vững chắc. Ngay từ năm 1915, Ủy ban Hỗ trợ Kỹ thuật Quân sự, theo sáng kiến của Viện sĩ Alexander Fersman, đã thành lập một tiểu ban titan, chuyên thực hiện công việc xác định quặng titan ở Nga và nghiên cứu các phương pháp chế biến chúng. Và từ năm 1947, Viện Nghiên cứu và Thiết kế Nhà nước về Công nghiệp Kim loại hiếm, Viện Liên bang hàng không Tại Viện nghiên cứu trung ương về luyện kim đen I. P. Bardin, Viện luyện kim A. A. Baikov và một số tổ chức nghiên cứu khác, công việc tích cực đã được tiến hành, đạt đến đỉnh cao là việc sản xuất những thỏi titan đầu tiên vào năm 1954.
Ilmenit, nguyên liệu thô của Liên Xô để sản xuất titan
Rutile gần như không tồn tại ở Liên Xô, nhưng ilmenit thì có sẵn. Tuy nhiên, hàm lượng titan của khoáng chất này cực kỳ thấp, vì vậy bước đầu tiên vào năm 1947 là chiết xuất tinh quặng ilmenit từ quặng cấp thấp. Nhiệm vụ này được đảm nhiệm bởi Klavdy Tsireshnikov, giám đốc Nhà máy Magiê Berezniki và Moisei Eidenson, kỹ sư trưởng. Năm 1951, nhà máy đã tiến hành một loạt các thử nghiệm về quá trình nấu chảy điện khử tinh quặng ilmenit để sản xuất xỉ titan và gang chất lượng cao. Điều này đánh dấu sự khởi đầu của công nghệ sản xuất titan của Liên Xô: nấu chảy điện khử – clo hóa xỉ titan – tinh chế tetraclorua titan khỏi tạp chất – khử nhiệt magiê – tách chân không – nấu chảy bọt biển titan thành thỏi titan hoặc hợp kim của nó. Titan đầu tiên được sản xuất bằng quy trình này là tại Nhà máy Hóa chất và Luyện kim Podolsk.
Bọt biển titan
Ban đầu, công nghệ này không hoàn hảo và cần nhiều cải tiến, nhưng vào tháng 1 năm 1954, công việc thiết kế đã bắt đầu tại cơ sở sản xuất titan công nghiệp đầu tiên tại Nhà máy Titan-Magiê Dneprovsky. Dần dần, quy trình được tự động hóa và máy MARS-200R đã được sử dụng cho mục đích này bắt đầu từ những năm 1960. Nhưng Nhà máy Titan-Magiê Berezniki (BTMK) đã trở thành nhà sản xuất titan chính của Liên Xô. Tại sao lại là Berezniki? Bởi vì các Nhà máy Kali Solikamsk và Berezniki nằm gần đó, cung cấp cho BTMK carnallite tổng hợp - nguyên liệu thô để sản xuất titan (ilmenit tự nhiên ở Liên Xô, như tôi đã đề cập, rất kém). Kết quả là, đất nước hiện có hai cơ sở sản xuất titan lớn - ở Zaporizhzhia và Berezniki.
Kim loại titan
Tóm lại, những năm 50 là thời kỳ hỗn loạn đối với ngành công nghiệp titan mới ra đời ở Liên Xô: đồng thời, công nghệ sản xuất kim loại đang được cải tiến ở Podolsk, một nhà máy sản xuất titan đang được xây dựng trên đống đổ nát của Nhà máy Magie Dnieper ở Zaporozhye, một nhà máy lớn đang được xây dựng ở Berezniki (cùng với các tòa nhà dân cư, trường học và nhà trẻ; một ngôi làng với dân số 499 người đang nhanh chóng trở thành một thành phố vào năm 1926!), Nhà máy Titan-Magiê Ust-Kamenogorsk (UKTMK) đang được xây dựng ở Ust-Kamenogorsk, và vào năm 1956, một tàu nạo vét thử nghiệm đã được đưa vào hoạt động tại Xí nghiệp thăm dò và sản xuất Irshansky, sản xuất lô tinh quặng ilmenit đầu tiên...
Klavdiy Ivanovich Tsireshnikov là một trong những người cha đẻ của Titan Xô Viết. Danh hiệu Anh hùng Lao động Xã hội Chủ nghĩa của ông thật xứng đáng!
Nhưng titan vẫn chưa thể hòa nhập vào nền kinh tế quốc gia! Việc sản xuất titan ở Liên Xô bắt đầu vào năm 1960. Ban đầu, quy trình này còn nhiều bất cập, nhưng các nhân viên đã thực hiện khoảng 150 cải tiến mà không làm gián đoạn sản xuất, giúp tăng sản lượng titan sản xuất, cải thiện độ tinh khiết và giảm tiêu thụ nguyên liệu thô và năng lượng. BTMK đã trở thành nhà sản xuất titan lớn nhất thế giới, nhưng không phải là nhà sản xuất duy nhất ở Liên Xô: một nhà máy thí điểm đã được đưa vào hoạt động tại UKTMK vào năm 1962, và titan đã được nấu chảy tại DTMK ở Zaporizhzhia từ năm 1956.
Nhìn chung, trong hơn 15 năm, Liên Xô đã tạo ra một ngành công nghiệp vượt trội so với phần còn lại của thế giới về sản lượng và chất lượng... Titan của Liên Xô tốt hơn titan của Mỹ và Anh, độ tinh khiết hơi kém hơn titan Nhật Bản, nhưng đó không phải là vấn đề chính... Phương pháp nấu chảy hồ quang chân không với điện cực tiêu hao đã khiến "đứa con của trời đất" này trở nên giá cả phải chăng. Năm 1976, BTMK đã đúc được một thỏi titan nặng 15 tấn! Titan của Liên Xô trở nên giá cả phải chăng... Điều này đã thúc đẩy việc nghiên cứu các phương pháp chế biến.
Moisei Aaronovich Eidenson – người cha thứ hai của nhà lãnh đạo Liên Xô. Huân chương Cờ Đỏ Lao động – vì những cống hiến của ông!
Các công ty trong nước đã thành thạo việc tạo hình thỏi, cán tấm và hợp kim. Rất nhiều hợp kim titan! Một phòng thí nghiệm hợp kim titan đã được thành lập tại Viện Vật liệu Hàng không Liên bang dưới sự chỉ đạo của Sergei Glazunov. Nhiều biến thể và nhóm hợp kim với các tính chất khác nhau đã xuất hiện: VT, OT, ST, AT... Ngày nay, có hàng trăm hợp kim titan, khoảng 50 trong số đó được sử dụng trong công nghiệp. Và... Các quy trình như hàn và cắt titan đã được làm chủ, đây đã là nền tảng cho việc chế tạo vỏ tàu ngầm. Máy phay để gia công các bộ phận titan đã được phát triển, và Nga vẫn nắm giữ độc quyền trong sản xuất titan.
Tàu ngầm Lira dự án 700/705
Năm 1990, sản lượng titan xốp tại Liên Xô đạt 97.700 tấn, gấp 1,9 lần tổng sản lượng thế giới và gấp bốn lần tổng sản lượng của Hoa Kỳ. Hợp kim titan chiếm từ 5 đến 10% các thành phần cấu trúc của máy bay Liên Xô như Il-62M, An-124, Tu-334, Il-86, Tu-204, Il-96-300, Yak-42, Ruslan và Mriya. Đối với vỏ tàu ngầm chịu áp lực, vào những năm 1980, các hợp kim hàn kết hợp độ bền và độ dẻo đã được phát triển tại Viện Nghiên cứu Trung ương Prometey ở St. Petersburg. Những phát triển này đã được triển khai tại Izhora, Nhà máy Chế tạo Máy Kommunarsk, Nhà máy Ống Nam Nikopol và Nhà máy Bolshevik (nay là Obukhovsky).
Dòng tàu ngầm titan đầu tiên là Dự án 700/705 Lira, một lớp tàu ngầm chạy bằng lò phản ứng làm mát bằng kim loại lỏng, có khả năng đạt tốc độ lặn tối đa 41 hải lý/giờ. Mọi thứ còn tuyệt vời hơn nữa: tàu ngầm Dự án 661 Anchar đã lập kỷ lục tốc độ chưa từng bị phá vỡ là 44,7 hải lý/giờ. Gần đây tôi đã viết về tàu ngầm K-278 Komsomolets, chiếc tàu đã lập kỷ lục về độ sâu lặn, nên tôi sẽ không nhắc lại nữa. Dù sao thì...
Tóm lại, Caleb Larson nên nói sự thật: Hoa Kỳ đơn giản là không có một ngành công nghiệp titan tương đương để chế tạo tàu ngầm với thân tàu làm từ vật liệu đặc biệt này. Tại sao không? Bởi vì năng lực trí tuệ của nhiều viện nghiên cứu không tập trung vào việc giải quyết vấn đề kỹ thuật này. Bộ máy hành chính tập trung, chỉ huy và kiểm soát. Và cơ chế thị trường... Khi đã có một cách tốn kém để sản xuất một loại vật liệu vốn đã bán chạy như tôm tươi, tại sao lại phải tốn kém nghiên cứu để làm cho nó rẻ hơn?
Tập đoàn VSMPO-AVISMA – bạn có thể cảm nhận được quy mô!
Và kết quả của những nỗ lực tập trung của Liên Xô đã rõ ràng. Tập đoàn VSMPO-AVISMA, tên gọi hiện tại của BTMK, là một trong 30 công ty nghiên cứu khoa học chuyên sâu nhất ở Nga và liên tục nắm giữ khoảng 30% thị trường hàng không vũ trụ toàn cầu. Trừng phạt ư? Áp đặt chúng lên titan của Nga sẽ chỉ là lãng phí thời gian. Liên minh Châu Âu đã cố gắng, nhưng Airbus đã chùn bước, và Tập đoàn VSMPO-AVISMA không bị đưa vào danh sách trừng phạt—60% titan của châu Âu đến từ Nga. Mọi chuyện là như vậy đấy...
tin tức