Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации

Докладчик: Беляков Андрей Николаевич

Должность: ведущий научный сотрудник, ведущий научный сотрудник

Цель проекта:
1. Совершенствование конструкций цистерн идет по пути уменьшения их веса. В настоящее время основной выигрыш в весе может дать уменьшение веса котла цистерн за счет уменьшения толщины стенок. Однако, для этого необходимо повысить прочность стали, из которых изготавливается котел. Толщина стенок котлов железнодорожных цистерн может быть уменьшена с нынешних 9/11 мм до 5/6 мм, а автомобильных цистерн до 4 мм. Это требует применения свариваемых сталей с пределом прочности близким к 1000 МПа. С другой стороны, к котлам новых цистерн предъявляются требования по коррозионной стойкости, что важно для транспортировки продуктов нефтехимии, пищевых продуктов. Для того чтобы удовлетворить этим требованиям применяют нержавеющие стали, имеющие низкий предел текучести. Разрешить противоречие между прочностными и коррозионными свойствами позволяет только применение биметалла, в котором основной лист должен обладать высокой прочностью, а поверхность будет представлять собой лист из нержавеющей стали. 2. Разработка высокоэффективных, экономичных (при общем снижении металлоемкости и затрат на производство не менее чем на 30%) способов получения методами наплавки новых слоистых конструкционных металлических материалов, отличающихся недостижимым в монометаллах уникальным сочетанием показателей прочности, пластичности, коррозионной стойкости, износостойкости, качества соединения слоев и сварных соединений, долговечности (увеличенными в совокупности не менее чем в 1,5 раза), предназначенных для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в том числе в агрессивных средах.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные планируемые результаты проекта:
- промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие в том числе:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других
материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) обоснование выбора направления исследований;
в) теоретическое исследование путей создания новых высокоэффективных, экономичных слоистых конструкционных металлических материалов, обладающих высокими показателями технологических и служебных свойств, для перспективных применений в изделиях
нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации;
г) результаты расчетов, математического и компьютерного моделирования;
д) результаты экспериментальных исследований;
е) обобщение и выводы по результатам ПНИ.
- лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов металла наплавленного слоя.
- экспериментальные образцы металла наплавленного слоя.
- лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов заготовок металлической подложки (основного слоя) для последующего наплавления слоя металла.
- экспериментальные образцы заготовок металлической подложки (основного слоя).
- лабораторный технологический регламент получения методом наплавки экспериментальных образцов заготовок двухслойных конструкционных металлических материалов, обеспечивающий предельно высокую прочность, сплошность соединения слоев.
- экспериментальные образцы заготовок двухслойных конструкционных металлических материалов.
- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
- проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии производства новых нержавеющих сталей с повышенным комплексом свойств, предназначенных для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта».
2. Основные характеристики планируемых результатов:
- разрабатываемые новые слоистые конструкционные металлические материалы должны быть предназначены для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в том числе в агрессивных средах.
- разработанные в ходе выполнения ПНИ результаты должны предназначаться для создания технологии производства новых нержавеющих сталей с повышенным комплексом свойств, предназначенных для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта».
3. Применение сочетания электрошлаковой наплавки и новой технологии ТМО биметаллических заготовок позволит создать материал с основой из стали типа S700MC, которая должна иметь предел прочности,B, не менее 1000 МПа, величина ударной вязкости KCU при температуре -60оС не менее 100 Дж/см2, относительное удлинение не менее 12-18%, углеродный эквивалент не более 0.4 и высокую стойкость против локальной коррозии, с плакирующим слоем из стали типа 316LN c пределом прочности,B, не менее 600 МПа, относительное удлинение не менее 14%, величина ударной вязкости KCU при температуре -60оС не менее 100 Дж/см2; прочность соединения основного и плакирующего слоев должна быть не менее 460 МПа, а сплошность соответствовать 0 классу по результатам УЗК. В настоящее время биметалл с такими свойствами не производится.
4. Производимый в настоящее время пакетной прокаткой биметаллический лист ВСтЗсп5 + 12Х18Н10Т согласно ГОСТ10885-85 не позволяет уменьшить толщину стенок котлов цистерн, поскольку он обеспечивает прочность связи плакирующего и основного слоя (сопротивление срезу) менее 300 МПа. Применение электрошлаковой наплавки позволит увеличить сопротивление срезу места соединения основного и плакирующего слоя до 350 МПа и выше. В сочетании с применением новых материалов это позволит уменьшить толщины стенок котлов железнодорожных цистерн с нынешних 9/11 мм до 5/6 мм, а автомобильных цистерн до 4мм.
5. Для уменьшения веса котлов железнодорожных цистерн необходима разработка новой технологии изготовления биметаллических листов. Это возможно сделать с использованием следующих подходов:
- переход от пакетной прокатки к электрошлаковой наплавке позволит увеличить сопротивление срезу места соединения основного и плакирующего слоя до 350 МПа и выше и получать листы с разными толщинами;
- замена материала основного листа с 09Г2С на современные высокопрочные стали, получаемые термомеханической обработкой, типа S700MC (0.1C-2Mn-0.6Si-0.5Mo-0.2Ti-0.2V-0.1Nb);
- разработка такой термомеханической обработки, которая позволит получать высокие свойства в основном и плакирующем материале, а также повысит сопротивление срезу переходного слоя между ними.
Для получения высокопрочного листа необходимо сочетание всех трех подходов.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Биметаллический лист модифицированная стальS700MC/316LN может быть использован как для железнодорожных, так и автомобильных цистерн, перевозящих продукты нефтехимии, а также пищевые продукты. Кроме того, он может быть использован для производства колон для нефтехимических производств. Его применение позволит уменьшить толщину стенки котлов цистерн и колон.
Модифицированная стальS700MC может быть использована в транспортном машиностроении для производства стрел автокранов, рам грузовых автомобилей и т.д., а также судостроении для изделий, предназначенных в первую очередь для эксплуатации в арктических условиях.
Полученные в рамках проекта данные будут использованы для разработки новых сталей и технологий их ТМО, а также внесут вклад в физическую металлургию сталей.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения первого этапа ПНИ «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации» были получены следующие научные результаты:
- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
- описание выбора и обоснование направления исследования;
- отчет о патентных исследованиях;
- описание разработки и результаты исследований способа получения методом наплавки новых слоистых металлических материалов;
- результаты моделирования равновесног фазового состава сталей типа S700MC и 316LN c различным содержанием легирующих элементов;
- результаты разработки и описание выбора оптимальных систем легирования и режимов ТМО;
- результаты физико-химическо моделирования процессов, происходящих при наплавке;
- результаты исследования химической совместимости и обоснование выбора составов материалов соединяемых слоев для достижения необходимого комплекса технологических, служебных свойств слоистого металлического материала;
- программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов металла наплавленного слоя и параметров технологии производства;
- программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов заготовок металлической подложки(основного слоя) и параметров технологии производства;
- результаты определения химического состава сталей типа S700MC и 316LN;
- отлиты стали типа S700MC и 316LN;
- исследован химический состава сталей типа S700MC и 316LN.