Сайты предприятия  ▼

x
Виртуальный музей истории института

История института, галерея фотографий, виртуальная панорама музея

Сайт ЦКП института

Сайт центра коллективного пользования уникальным оборудованием "Состав структура и свойства конструкционных и функциональных материалов" ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей"

Сайт по конструкционным наноматериалам и нанотехнологиям

Конструкционные наноматериаллы и нанотехнологии ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей"

 
 
 

Skip Navigation LinksГлавнаяОб институтеДеятельностьНПК - Конструкционные стали и наноструктурированные материалы

Научно-производственный комплекс
«Конструкционные стали и наноструктурированные материалы»

 

 

Ильин Алексей Витальевич
Заместитель генерального директора по научной работе
Начальник научно-производственного комплекса “Конструкционные стали и наноструктурированные материалы”
Доктор технических наук, доцент

 

 

 

Основные направления деятельности НПК:

 

  • создание высокопрочных, хладостойких, коррозионностойких и наноструктурированных сталей с уникальным уровнем потребительских свойств;
  • разработка металлургических процессов получения первичных полуфабрикатов, включая листовой и профильный прокат, отливки и поковки;
  • создание сварочных материалов и разработка технологии и технологических процессов ручной, полуавтоматической в среде защитных газов, автоматической в защитных газах и под флюсом, многодуговой сварки, электронно-лучевой и лазерной технологий сварки;
  • разработка технологии сварки и наплавки медных сплавов в одноименном и разноименном сочетаниях;
  • исследование и разработка новых конструкционных и функциональных наноматериалов и покрытий с аморфной,  микрокристаллической, нанофазной, интерметаллической структурами; технологических процессов их получения и обработки;
  • выполнение работ по получению исходных наноматериалов, созданию конструкционно- функциональных элементов и изделий на их основе, нанесению функциональных покрытий;
  • исследование работоспособности основного материала и сварных соединений с определением гарантированного ресурса эксплуатации, конструктивно-технологической и местной прочности сварных соединений и конструкций, мониторинг и прогнозирование срока службы материалов и сварных конструкций;
  • исследование состава, структуры, физико-механических свойств материалов;
  • оперативный неразрушающий контроль структуры и свойств материалов;
  • коррозионные и коррозионно-механические испытания конструкционных материалов; метрологические услуги и сертификация конструкционных материалов.

 

 

Высокопрочные свариваемые конструкционные стали (корпусные стали)

 

 

Первые отечественные высокопрочные корпусные стали и технологии их производства были разработаны институтом в середине 20-го столетия, когда возникла потребность в разработке сталей, обладающих не только хорошей свариваемостью, но и высоким сопротивлением хрупким разрушениям, значительно более высокой  усталостной и коррозионно-механической прочностью.

 

Кардинальное  улучшение  технологических  и  физико-механических  свойств стали было достигнуто в начале 70-х годов после разработки и внедрения технологии  электрошлакового  переплава (ЭШП), в результате чего была создана серия новых, существенно более высокопрочных корпусных сталей.

 

В последние годы было организовано их изготовление по принципиально новой энергосберегающей технологии на ОАО «Северсталь», ООО «ОМЗ-Спецсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».  Работа института по воссозданию корпусных сталей в РФ отмечена Премией Правительства РФ за 2011 г.

 

Параллельно с развитием технологии ЭШП высокопрочных корпусных сталей в институте был создан ряд сталей марок АБ. Новые стали отличались повышенной хладостойкостью и свариваемостью, что позволило широко использовать их в различных отраслях техники от судостроения до краностроения. Из этих сталей построены корпуса ледоколов «Таймыр», «Вайгач», «50 лет Победы», атомные лихтеровозы, грузовые тележки скоростных поездов и т.д.

 

 

 

Ледокол «Вайгач»   Ледокол «50 лет Победы»
Ледокол «Вайгач» Ледокол «50 лет Победы»

 

В 1995-1998 годах была разработана технология производства стали марок АБ с использованием внепечной обработки. Разработанные на основе современных достижений металловедения и металлургии стали марок АБ за счет формирования дисперсной однородной по толщине бейнитно- мартенситной структуры обеспечивают:

 

  • высокую сопротивляемость хрупким разрушениям, в том числе в условиях резко изменяющихся температур от - 50 до +100 °С;
  • сопротивляемость слоистым разрушениям в узлах сварных конструкций, в том числе при высоких растягивающих напряжениях в направлении толщины листов;
  • высокое сопротивление воздействию знакопеременных нагрузок, обусловливающих усталостные разрушения;
  • хорошую свариваемость, благодаря чему крупногабаритные конструкции можно изготавливать блоками и секциями в цехах с последующей сборкой в условиях низких температур на открытых площадках;
  • гарантированное сопротивление коррозионным и коррозионно-механическим повреждениям.

 

Эти стали успешно применяются для изготовления тяжелонагруженных сварных конструкций, эксплуатирующихся при температурах от -40 до +100 °С в условиях коррозионного воздействия морской воды, повторно-статических и динамических нагружений. В первую очередь к ним относятся корпуса судов, в том числе арктического плавания — атомных лихтеровозов, ледоколов, танкеров, судов - газовозов, морских плавучих самоподъемных и полупогружных буровых установок, уникальных стационарных ледостойких платформ, глубоководных аппаратов и др. Благодаря высокому уровню физико-механических свойств, технологичности и прежде всего уникальной свариваемости эти стали могут успешно применяться  в энергомашиностроении, при строительстве подвижного состава высокоскоростных магистралей,   плавучих кранов, сосудов давления и др.

 

 

Плавучая полупогружная буровая установка (ППБУ) типа "Шельф"

 

Плавучая полупогружная буровая установка (ППБУ) типа "Шельф"

 

 

 

Производство стали марок АБ освоено на ООО «ОМЗ-Спецсталь», ОАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

 

 

Плакированные стали

 

Важным достижением является создание на базе сталей типа АБ плакированных нержавеющей сталью двух- и трехслойных композитов. Разработанная институтом технология плакирования обеспечивает абсолютно надежное сцепление основного и плакирующего слоев, что позволяет приваривать крестообразные соединения непосредственно к плакирующему слою без его съема.

 

Помимо высокого сопротивления обычной коррозии эти стали обладают исключительно высоким сопротивлением коррозионно-эрозионному износу в ледовых полях при низких температурах, что позволяет применять их в ледовых поясах атомных ледоколов, буровых платформ и других сооружений для эксплуатации в Арктике. Безусловно, перспективно их использование и в химической промышленности, строительстве хранилищ и контейнеров для ядохимикатов, радиоактивных отходов и т.п.

 

НПК разработаны также новые эффективные сварочные материалы и технологии сварки всех перечисленных сталей: автоматическая под слоем флюса (керамического и плавленого), механизированная в среде защитных газов порошковой проволокой и ручная с покрытыми электродами. Они обеспечивают равнопрочность металла шва и основного металла. Главная отличительная особенность разработанных материалов и технологий их сварки состоит в качественной сварке без подогрева, либо в случае значительной толщины свариваемых конструкций — при умеренном подогреве.

 

 

Азотосодержащие стали

 

Большой прогресс достигнут институтом в создании немагнитных  корпусных сталей, легированных азотом. Наиболее опасная форма коррозии – коррозионное растрескивание под напряжением в морской воде - практически зачеркнула широкое применение сталей, легированных марганцем. Поэтому приоритетным как наиболее эффективное и целесообразное было принято направление развития азотосодержащих аустенитных сталей. И, действительно, выполненные за последние годы научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы и их промышленное опробование показали возможность использования стали этого класса в ряде гражданских и оборонных отраслей промышленности.

 

Уникальным свойством новых азотосодержащих сталей  является  хладостойкость (до минус 200оС) при высокой прочности, что дает  возможность их использования для строительства отечественных газовозов, а также станций сжижения и хранения сжиженного газа. Использование этих сталей позволит создать оригинальную отечественную патентоспособную конструкцию танков для сжиженного газа, а также хранилищ для сжиженного газа, позволяющих  избежать покупки зарубежных патентов и лицензий и  обеспечить строительство газовозов на отечественных заводах на существующем оборудовании.

 

 

танкер для сжиженного газа

 

Танкер для сжиженного газа

 

Азотосодержащие стали интересны также при создании буровой техники для глубокого наклонного бурения.

 

 

Высокопрочные трубные стали и высокоэффективные технологии изготовления труб большого диаметра категорий Х70-Х100 и К60-К70

 

Эти трубы предназначены для эксплуатации в северных регионах, превзошли зарубежные аналоги по результатам натурных испытаний и конкурентоспособности. Из этих труб категории Х70 уже построен газопровод Бованенково-Ухта. Выполнение этой работы открывает возможность реального использования труб категории прочности до Х100 и К70, обеспечивающих металлосбережение, повышение объемов транспортировки нефти и газа, а также обеспечение экологической безопасности на срок до 40-50 лет.  Работы по этому направлению отмечены Премией Правительства Российской Федерации за 2010 год, а также Государственной Премией Президента РФ за 2012 год.

 

 

 

Хладостойкие стали для Арктики

 

Создана серия экономичных хладостойких сталей различной прочности с улучшенными в несколько раз характеристиками для морской техники, эксплуатирующейся в экстремальных условиях арктического региона, которая хорошо зарекомендовала себя при строительстве стационарных и буровых платформ «Приразломная» и «Арктическая».

 

Высокая конкурентоспособность разработанных сталей, обусловленная уникальным сочетанием экономичного легирования с уровнем прочностных характеристик, вязкости, хладостойкости (до -60°С), изотропности свойств, трещиостойкости и отличной свариваемости листового проката, обеспечила востребо­ванность сталей на российском и международном рынках.

 

Листовой прокат из хладостойких сталей производится в ЧерМК ОАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ООО «ОМЗ-Спецсталь», ТБД - в ЗАО «Ижорский трубный завод» и ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». Для новых сталей разработаны необходимые сварочные материалы и технологии сварки.

 

Разработан новый стандарт на поставку судостроительных сталей, в том числе хладостойких, ГОСТ Р52927-2008.

 

Создание в ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» новых высоконадежных материалов с высоким уровнем потребительских свойств для добычи и транспортировки углеводородов с арктических месторождений в рамках выполнения важнейших инновационных проектов государственного значения «Металл» и «Магистраль» является огромным прорывом в развитии промышленного комплекса РФ.

 

 

Высокопрочные стали унифицированного состава

 

В настоящее время в НПК активно происходит развитие энергоэффективных ресурсосберегающих технологий производства новых усовершенствованных материалов – высокопрочных сталей унифицированного состава. Опыт, полученный в результате выполнения важнейших инновационных проектов Государственного значения «Металл» и «Магистраль» показал, что существующее сейчас многообразие по химическому составу может быть сведено к нескольким базовым составам с минимальным легированием, а многообразие требований промышленности по физико-механическим свойствам может быть обеспечено за счет управляемой на основе математического моделирования эффективной малозатратной технологии производства, обеспечивающего необходимую степень наноструктурирования.

 

Таким образом, развитие материаловедения в этом направлении позволит решать задачи строительства оборонных и гражданских отраслей промышленности не за счет легирования материалов дорогостоящими легирующими элементами, а за счет управляемой технологии наноструктурирования. При этом одновременно может быть и решена задача кардинального изменения в большой металлургии. Известно,  насколько опасно для экологии и человечества  масштабное производство металлических материалов при использовании традиционных доменных, конвертерных, мартеновских, электросталеплавильных способов первичного производства стали, и особенно легирующих элементов – хрома, никеля, молибдена и др. Унификация химических составов стали, использование процессов наноструктурирования позволит в полной мере использовать бездоменные процессы прямого восстановления железа, использование окатышей, конкреций и др. более экологичных способов производства.

 

 

Функциональные наноматериалы

 

Создание конструкционных наноматериалов в настоящее является одной из наиболее востребованной, но в то же время наименее изученной областью нанотехнологий.

 

Постановлением Правительства РФ от 02.03.2007 № 498 институт определен головной организацией по конструкционным наноматериалам в составе национальной нанотехнологической сети в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии РФ на 2007-2010 годы». Для решения поставленных задач в институте создается «Научно-технологический комплекс по разработке конструкционных наноматериалов» (Наноцентр). Структура и оснащение Наноцентра уникальным экспериментальным, диагностическим, метрологическим, испытательным и технологическим оборудованием обеспечивает возможность создания конструкционных металлических, неметаллических и функциональных наноматериалов и покрытий мирового уровня, востребованных, практически, во всех отраслях промышленности.

 

 

Диагностика и аттестация материалов

 

Выполнение исследований структуры и свойств разрабатываемых материалов осуществляется на базе Испытательной лаборатории конструкционных материалов «ПРОМТЕСТ КМ» и в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Состав структура и свойства функциональных и конструкционных материалов».

 

Испытательная лаборатория  «ПРОМТЕСТ КМ» соответствует требованиям  ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 и ГОСТ Р 51000.4-96. Лаборатория аккредитована в Российском морском регистре судоходства в   качестве   технически   компетентной   и независимой испытательной лаборатории. Лаборатория выполняет более 140 видов механических испытаний металлических материалов с применением более чем 1000 стандартов.

 

 

Центр Коллективного Пользования (ЦКП) "Состав, структура и свойства конструкционных и функциональных материалов" ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей" создан по приказу директора ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов "Прометей" в 2005 г. и входит в состав института.

 

ЦКП предназначен для оказания комплекса услуг и повышения эффективности использования имеющейся в институте опытно-экспериментальной и приборной базы, включающей физико-аналитическое измерительное, испытательное и технологическое оборудование и используемое при решении задач, определенных приоритетными направлениями развития науки, техники и технологий Российской Федерации. ЦКП обеспечивает свыше 200 видов различных исследований. Приборная база ЦКП содержит технический парк нового современного аналитического оборудования и предназначена для обеспечения исследований. В ЦКП имеется более 100 единиц уникального исследовательского оборудования. ЦКП включает 13 лабораторий, оказывающих научно-технические услуги при проведении исследований.