Сын земли и неба

Согласно мифологии титаны — дети Урана и Геи, Неба и Земли. Когда прусский химик Мартин Генрих Клапрот в 1795 году выделил из рутила, красивого багрового минерала, новый элемент, он назвал его титаном и, сам того не ведая, попал в точку — сегодня титан широко используется как на земле, так и в небе. И — ещё много где.




Не так давно на американском околооборонном сайте 19fortyfive.com вышел материал Калеба Ларсона с броским заголовком: «Почему ВМС никогда не строили титановых глубоководных субмарин, как Россия». Заголовок броский, но ответа на данный вопрос Ларсон в своём тексте не даёт, просто констатирует: да, русские построили энное количество подлодок с титановыми корпусами, побившие пару мировых рекордов в скорости и глубине погружения, а американцы довольствуются простыми стальными корпусами, используя титан только для отдельных деталей. Ну и в медицине. Наверное, не нужно это американским ВМС (интересно самомнение Ларсона — он пишет Navy, не уточняя, что это US Navy, типа: а что, в мире есть ещё какие-то Navy?). Что ж, если американский автор ответа на данный вопрос не даёт, придётся мне немного помучить клавиатуру...


Титан, несмотря на свой серебристо-серый цвет, — цветной металл, такой же, как медь или алюминий. Но процесс его извлечения из породы — достаточно сложная химическая реакция. Поэтому и освоен он был значительно позже и меди, и алюминия. В природе титана достаточно много: 9 место по содержанию в земной коре — 0,57% от её массы. Вот только содержится он в основном в виде диоксида (в составе минералов ильменита и уже упоминаемого рутила), а попытки выделить его из диоксида путём нагревания в присутствии углерода давали не чистый титан, а его карбид. Первый образец металлического титана получил в 1825 году Йёнс Берцелиус, а относительно пригодный к производству метод восстановления четырёххлористого титана металлическим натрием в 1887 году открыли Ларс Нильсон и Свен Петерсон. Все трое — шведы. Правда... Впервые получить металлический титан сумел приват-доцент кафедры химии Московского университета Дмитрий Кирилов, но, по воспоминаниям коллег, человеком он был, с одной стороны, чрезвычайно требовательным к себе, с другой — крайне неуверенным в себе же, так что печатался мало, да и умер рано, ну и...


Но промышленное производство титановой губки первым организовал перебравшийся в США люксембуржец Гийом Жюстен Кролль (ставший в Америке Уильямом Джастином Кроллом). Он восстанавливал жидкий тетрахлорид титана расплавом магния и получал бесформенные пористые куски металла — ту самую губку. Данный способ был опробован в 1946 году и стал основным. По крайней мере, в США. На некоторое время. Губка получалась если и не золотая, то, по крайней мере, очень не дешёвая, так что ВМС США о титановых корпусах субмарин и мечтать не приходилось.


Тут стоит сделать небольшое отступление. Титан очень хорош в качестве конструкционного материала! Он всего в полтора раза тяжелее алюминия, но при этом в шесть раз его прочнее, титановые сплавы не уступают в прочности сталям, будучи при этом сильно легче. Кроме того, титан не окисляется, что делает его идеальным материалом для разного рода имплантируемых заменителей человеческой кости, да и в авиа- и кораблестроении данное свойство далеко не лишнее. А ещё титан не боится сверхнизких температур и прекрасно режется и варится в условиях космического вакуума, что обуславливает его широкое применение в авиа-космической промышленности. Кстати говоря, 95 процентов титана в мире идет на... титановые белила — именно ту штуку, которая придаёт белый цвет крышкам унитазов, косметике и ламинированной бумаге. Идеальный краситель — не выцветает от слов «вообще» и «совсем».


Но вернёмся к нашим баранам. В общем, американцы по сей день маются со своей дорогущей титановой губкой, а между тем в СССР... 9 марта 1954 года вышло постановление Совета Министров СССР № 407-177 «О мерах по реализации производства титана», подписанное Г. М. Маленковым, Н. А. Булганиным и Н. С. Хрущёвым. Надо сказать, что в основание постановления была заложена серьёзная теоретическая база. Ещё в 1915 году Комитет военно-технической помощи, по инициативе академика Александра Ферсмана, образовал титановую подкомиссию, выполнившую работу по выявлению на территории России титановых руд и исследовавшую способы их переработки. А с 1947 года в Государственном научно-исследовательском и проектном институте редкометаллической промышленности, Всесоюзном институте авиационных материалов, Центральном НИИ чёрной металлургии им. И. П. Бардина, Институте металлургии им. А. А. Байкова и ряде других научно-исследовательских организаций велась активная работа, окончившаяся получением в 1954 году первых слитков титана.


В СССР рутила почти не было, но был ильменит. Правда, содержание титана в этом минерале было крайне низким, поэтому первым делом в 1947 году были проведены работы, позволявшие добиться получения из бедных руд ильменитовых концентратов. Эту задачу решили директор Березниковского магниевого завода Клавдий Цирешников и главный инженер Моисей Эйдензон. В 1951 году на заводе была проведена серия испытаний восстановительной электроплавки ильменитовых концентратов на богатый титановый шлак и чугун. Так начала появляться 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 получили на Подольском химико-металлургическом заводе.


Сначала технология была несовершенной и требовала многочисленных доработок, но в январе 1954 года началось проектирование первой промышленной установки по производству титана на Днепровском титаномагниевом заводе. Постепенно процесс стали автоматизировать, с 60-х годов прошлого века для этого использовалась машина «МАРС-200Р». Но основным предприятием по производству советского титана стал Березниковский титаномагниевый комбинат (БТМК). Почему Березниковский? Потому что рядом располагались Соликамский и Березниковский калийные комбинаты, поставлявшие на БТМК искусственные карналлиты — сырьё для производства титана (природные ильмениты в СССР, как я уже писал, бедные). Итого: в стране появились два крупных предприятия по производству титана — в Запорожье и Березниках.


В общем, 50-е годы стали для зарождающейся титановой промышленности СССР бурными: одновременно в Подольске отрабатывалась технология получения металла, в Запорожье на руинах Днепровского Магниевого завода строился завод по производству титана, в Березниках возводился крупнейший комбинат (а вместе с ним — жилые дома, школы, детские сады, посёлок с населением в 499 человек в 1926 году резко становился городом!), в Усть-Каменогорске строился УКТМК — Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат, в 1956 году на Иршанском разведочно-эксплуатационном предприятии была введена в эксплуатацию опытная драга и получена первая партия ильменитового концентрата...


Вот только титан в народное хозяйство всё не шёл! Стартовало производство титана в СССР в 1960 году. Поначалу процесс был далёк от совершенства, но сотрудниками без отрыва от производства было внесено порядка 150 усовершенствований, позволивших увеличить количество выпускаемого титана, улучшить его чистоту и снизить расходы сырья и электроэнергии. БТМК стал крупнейшим в мире производителем титана, но в Советском Союзе он был не одинок: в 1962 году был сдан в эксплуатацию опытный цех на УКТМК, а в Запорожье на ДТМК титан плавили с 1956 года.

В общем, за 15 лет в СССР была создана отрасль, превосходившая по объёму производства весь остальной мир, а по качеству... Советский титан был лучше американского и английского, немного уступал в чистоте японскому, но главным было не это... Вакуумно-дуговой метод плавки с расходуемым электродом сделал «сына земли и неба» доступным, в 1976 году на БТМК отлили слиток титана весом 15 тонн! Советский титан стал дёшев... Что дало толчок исследованиям способов его обработки.


На отечественных предприятиях освоили обработку слитков давлением, прокат листов и сплавы. Много титановых сплавов! Во Всесоюзном институте авиационных материалов была организована лаборатория титановых сплавов под руководством Сергея Глазунова. Появились разные модификации и группы сплавов с различными свойствами: ВТ, ОТ, СТ, АТ... Сегодня титановых сплавов насчитывается несколько сотен, из них около 50 применяется в промышленности. Ну и... Были освоены такие процессы, как сварка, резка титана, а это уже основа для строительства из него корпусов субмарин. Созданы фрезы для обработки титановых деталей, в производстве которых Россия до сих пор остаётся монополистом.


В 1990 году выпуск титановой губки в СССР достиг 97,7 тысяч тонн, превысив в 1,9 раза объёмы производства всего остального мира и в 4 раза — США. В советских самолётах Ил-62М, Ан-124, Ту-334, Ил-86, Ту-204, Ил-96-300, Як-42, «Руслан» и «Мрия» от 5 до 10 процентов конструкции выполнялось из титановых сплавов. Что до прочных корпусов подлодок... В 80-е годы в питерском ЦНИИ КМ «Прометей» были разработаны свариваемые сплавы, сочетающие прочностные и пластические свойства. Разработки воплощались в жизнь на Ижорском, Коммунарском машиностроительном, Никопольском южно-трубном заводах и заводе «Большевик» (ныне «Обуховский»).

Первой серией титановых подлодок стал проект 700/705 «Лира», эти лодки с реактором на жидкометаллическом теплоносителе могли идти под водой со скоростью 41 узел. Дальше — больше: подлодка проекта 661 «Анчар» поставила непобитый до сих пор рекорд скорости: 44,7 узла. О АПЛ К-278 «Комсомолец», поставившей рекорд глубины погружения, я писал недавно, так что повторяться не стану. В общем...

В общем, Калебу Ларсону стоило сказать правду: США просто не имеет сопоставимой титановой индустрии, чтобы строить подлодки с корпусом из этого замечательного материала. Почему не имеет? Потому что не были сконцентрированы для решения данной технической проблемы интеллектуальные мощности множества научно-исследовательских учреждений. Централизованно, командно-бюрократически. А рыночные механизмы... Когда есть дорогой способ получения материала, который и без того отрывают с руками, как горячие пирожки, зачем проводить дорогостоящие исследования по его удешевлению?


А результат централизованных усилий СССР — налицо. Корпорация ВСМПО-АВИСМА, как ныне называется «БТМК», входит в число 30 самых наукоёмких компаний России и стабильно держит порядка 30 процентов мирового авиакосмического рынка. Санкции? Ввести их против русского титана — себе дороже, Евросоюз пытался, но стала на дыбы компания «Эйрбас» и Корпорация ВСМПО-АВИСМА в санкционные списки не попала — 60 процентов титана европейцы получают из России. Такие дела...