«По хладостойким сталям мы точно впереди планеты всей»
Единственный атомный ледокольный флот мира — российский — готовится принять в свои ряды три новейших суперледокола «проекта 22220». «Арктика», «Сибирь» и «Урал» будут построены в Санкт-Петербурге к концу нынешнего десятилетия. Уникальная сталь для корпусов этих ледоколов сочетает подчас взаимоисключающие свойства — высокую прочность, пластичность, стойкость к коррозии, сопротивляемость динамическим воздействиям ледовых полей и ветро-волновым нагрузкам. При этом она способна работать при температурах до –60°С.
Эту сталь создали в НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей». Его возглавляет доктор технических наук, профессор Алексей Орыщенко, с которым побеседовал корреспондент «Известий» Аркадий Соснов.
— Алексей Сергеевич, чем отличается современная сталь для ледоколов от той, из которой в конце 1950-х годов был сделан корпус легендарного атомохода «Ленин»?
— Если кратко, то гораздо более высокой прочностью, хладостойкостью и сопротивляемостью воздействию ледовых полей. Сама ее структура противостоит холоду. В конце прошлого года на международной конференции «Материалы и технологии для Арктики» мы представили наши новые хладостойкие Arc-стали. Впервые в мире разработаны технологии, обеспечивающие создание однородной по всей толщине проката дисперсной структуры (образование из двух или большего числа тел, которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. — «Известия»). Свершилось это благодаря появлению на ПАО «Северсталь» и Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК) мощнейших прокатных станов, на которых можно производить термомеханическую обработку листов толщиной от 40 до 150 мм. Сбылась мечта материаловедов: совместить две несовместимые характеристики — высокую пластичность и прочность — и регулировать их в зависимости от условий эксплуатации.
— Вы отказываетесь от традиционного применения легирующих добавок (примесей)?
— В том-то и дело, что для достижения высокой прочности судостроительной стали нам в основном удалось обойтись без них — прежде всего без дорогостоящих никеля и молибдена. Хотя обычно для создания спецсталей с заданными физико-механическими свойствами приходится подбирать химический состав, охватывающий значительную часть таблицы Менделеева.
Нами разработана технология, позволяющая при низком легировании — до 1% — получить высокопрочные коррозионно-стойкие стали высокого качества. При этом мы предложили изготавливать ледовый пояс (усиленную нижнюю часть для противостояния льдам) судов из стали, покрытой нержавейкой с максимальной прочностью на истирание и активной катодной защитой для снятия блуждающих токов (так называемая плакированная сталь). Это предложение реализовано на самом мощном в мире атомном ледоколе «50 лет Победы». Ему более 10 лет, и за это время его ледовый пояс «похудел» буквально на микроны, тогда как обычно корпус корабля истирается за сезон на 3–4 мм.
— Ваша сталь предназначена исключительно для корпусов ледоколов?
— Не только. Вот, например, ледовый пояс первой в мире ледостойкой стационарной добывающей платформы «Приразломная» в Печорском море мы также построили из плакированной стали и установили катоды для активной защиты от коррозии. Кроме того, на этой установке были применены наши новые трубные стали. Общий вес платформы составляет 106 тыс. т (настоящий монстр!), из них 76 тыс. т конструкций из созданных нами абсолютно новых материалов.
Даже норвежцы для строительства трех платформ Moss Maritime заказали на ПО «Севмаш» нашу сталь, что подтверждает ее высокую конкурентоспособность на мировом рынке.
— А в чем новизна упомянутых трубных сталей?
— Фирменными способами обеспечения качества судостроительных сталей мы воспользовались и при создании материалов для магистральных трубопроводов. Прочностные характеристики труб, изготовленных по технологии «Прометея» Ижорским трубным заводом, оказались наилучшими. Разработанная нами сталь успешно применена при строительстве газопровода «Бованенково–Ухта», рассчитанного на экстремальные условия эксплуатации.
В начале 2000-х годов, когда было решено проложить газопровод «Северный поток» по дну Балтики, участники проекта договорились, что одна нитка газопровода будет сделана из немецкой стали, другая — из нашей. Впервые в мире мы создали для этих целей материал, из которого можно изготовить трубы любой требуемой толщины и диаметра, с высокой коррозионной стойкостью, прочностью и хладостойкостью. Эти разработки не имеют аналогов. Говорю так уверенно потому, что наши специалисты изучили многочисленные образцы широко применяемых для транспортировки газа зарубежных трубных сталей. Через пять-шесть лет эти трубы начинают ржаветь, нередко разрушаются. Наша труба на 10–15% дороже изготовленной из импортных пластин, зато мы даем гарантию газовикам на 25 лет ее безаварийной службы (а по результатам испытаний она и 50 лет способна прослужить).
Не знаю, может быть, кому-то и выгодно менять трубы каждые пять лет, но в этом случае они из стальных превращаются в золотые...
— Путь к созданию материалов, которым не страшны холод, воздействие агрессивной среды и избыточная нагрузка, лежит через постижение их структуры. Помню, лет 10 назад, когда на «Прометее» открылся наноцентр, ваши специалисты шутили, что работали в нанодиапазоне всегда — теперь осталось лишь терминологию освоить…
— В институте понимали значение дисперсности структуры даже в годы Великой Отечественной, когда занимались созданием брони для Т-34. И в дальнейшем мы тоже исходили из того, что дисперсность колоссально влияет на свойства материала. Но отсутствие высокоточной аналитической техники заставляло действовать на ощупь. В лабораторных условиях прокат с заданными свойствами мы получали, но переход к промышленным технологиям давался очень трудно. То, что мы внедряли на тогдашних прокатных станах с паровыми двигателями, можно, без преувеличения, назвать виртуозной работой.
Благодаря же появлению в ЦНИИ КМ «Прометей» наноцентра и центра коллективного пользования кардинально изменился сам подход к созданию стали. А ввод в эксплуатацию новых автоматизированных станов на ПАО «Северсталь» и ММК позволил воплощать наши лабораторные достижения в жизнь совместно с предприятиями, создавать принципиально новые конструкционные стали с измельчением 20–30% их структуры до наноуровня.
— Ведущие КБ, проектирующие суда и подводные конструкции для Арктики («Рубин», «Малахит»), выступают за более широкое применение титановых сплавов. А что подсказывает «Прометею» собственный исторический опыт работы с титаном?
— Наш опыт весьма поучителен. В 1958 году перед институтом была поставлена задача впервые в мире создать производство крупногабаритных листов и штамповок из прочных коррозионно-стойких титановых сплавов для высокоскоростного глубоководного военно-морского флота. Титан бывает вязким, как пластилин, и хрупким, как стекло: лист при ударе рассыпался на части, и получить нечто среднее — пластичный и прочный материал — казалось вообще нереальным. Тему хотели закрыть, но на ее защиту встал тогдашний директор Курчатовского института, президент АН СССР Анатолий Петрович Александров. Из разработанных нашими специалистами высокопрочных свариваемых титановых сплавов была построена серия подводных кораблей ВМФ, в том числе первая в мире цельнотитановая подводная лодка с рекордной скоростью хода.
С точки зрения требований ВМФ главная ценность титана в том, что он немагнитный и обладает абсолютной коррозионной стойкостью, чего о стали пока не скажешь. При этом он еще и почти вдвое легче стали. Мы научились варить титановые конструкции на воздухе, а не только в вакууме или в аргоне.
Важнейшая сфера применения титана — автономные, надежные и долговечные ядерные установки средней и малой мощности, жизненно необходимые для освоения Арктики. Мы предложили нижегородскому «ОКБМ Африкантов» радиационно стойкий титановый сплав для изготовления таких установок. Причем отнюдь не в мелких дозах: сумели выплавить в печи слиток весом аж 17 т!
А ведь варить титан на порядок сложнее, чем сталь, которую для равномерного распределения легирующих элементов можно перемешивать с помощью магнитного поля. Но мы всё же разработали технологию выплавки больших титановых слитков, из которых можно сделать корпус реактора.
— Вы часто повторяете слова «впервые в мире»...
— По хладостойким сталям мы точно впереди планеты всей. Скажем, если использовать корейскую сталь для корпусов газовозов, работающих во льдах, их масса вырастет настолько, что они будут нерентабельны. Такой корабль никому не нужен. А мы можем предложить хладостойкие стали для строительства любого корабля, и он получится намного легче при сохранении прочности конструкции, не говоря уже о высокой стойкости к низким температурам и коррозии.
Незримое соревнование с зарубежными странами, в которое мы вступили в советское время, нами было выиграно. Теперь мы применяем стали с более высокой прочностью, которые при этом отличаются и более высокой свариваемостью: сварку производим без подогрева, а стали с высоким пределом текучести, в том числе арктического применения, умеем сваривать на открытом воздухе при температуре –20°С.
Сегодня у института появился свой мощный прокатный стан, позволяющий проводить научные эксперименты в условиях, близких к промышленным, и даже выпускать опытные партии материалов. Воплощена идея моего учителя и предшественника на посту директора «Прометея» академика Игоря Васильевича Горынина, чьим именем назван наш институт: не делить науку на фундаментальную и прикладную, а ученых — на теоретиков и внедренцев.
