Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка основ комплексных технологий получения новых экономичных конструкционных биметаллических материалов с плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной наноструктурированной стали с уникальными показателями коррозионной стойкости в экстремальных условиях эксплуатации современного оборудования для переработки нефти и других назначений

Докладчик: Моляров Валерий Георгиевич

Должность: cтарший научный сотрудник, кандидат технических наук

Цель проекта:
1. Повышение эксплуатационной надежности, в том числе ресурса безремонтной и безаварийной эксплуатации оборудования нефтеперерабатывающей и химической промышленности, технического уровня и эффективности нефтепереработки и других важных для экономики страны процессов, повышение безопасности рассматриваемых производств путем создания качественно новых экономичных биметаллических конструкционных материалов, отличающихся уникальным сочетанием коррозионной стойкости и механических свойств, качеством соединения слоев и сварных соединений, долговечностью. 2.1 Разработка высокоэффективных экономичных (при общем снижении металлоемкости и затрат на производство не менее чем на 20%) способов получения методами наплавки новых биметаллических конструкционных материалов, отличающихся недостижимым в монометаллах уникальным сочетанием показателей прочности, пластичности, вязкости, коррозионной стойкости, износостойкости, качеством соединения слоев, которые предназначены для работы в агрессивных средах при повышенных температурах и давлении. 2.2 Разработка основ комплексной технологии получения новых экономичных свариваемых биметаллических конструкционных материалов методами наплавки двухфазной аустенитно-ферритной стали с уникальными показателями коррозионной стойкости в экстремальных условиях эксплуатации изделий нефтегазохимии и других назначений, в том числе со следующими характеристиками: - стойкость против коррозионного растрескивания (КР) в хлоридсодержащих средах - время до разрушения при испытаниях под нагрузкой 300 Н/мм2 в кипящем 42%-ном растворе MgCl2 не менее 50 часов, - стойкость против межкристаллитной коррозии (МКК) при испытании по ГОСТ 6032-2003, - стойкость против коррозионного растрескивания в среде, содержащей сероводород (3 % NaCl + СН3СООН до рН = 3,2550-3000 мг/л H2S) - время до разрушения при испытаниях под нагрузкой 300 Н/ мм2 не менее 900 часов. 2.3 Реализация данного проекта позволит создать высокоэффективные экономичные технологии и материалы, которые заместят импортные, а также увеличить конкурентоспособность отечественных производителей на мировом рынке.

Основные планируемые результаты проекта:
1 В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты:
1.1 Исследованные и обоснованные способы обеспечения наиболее высоких показателей коррозионной стойкости, вязкости, прочности, пластичности и свариваемости двухфазных аустенитно-ферритных сталей на основе анализа литературных данных, патентных исследований, физико-химического моделирования процессов формирования структуры, в том числе наноразмерных выделений избыточных фаз, с оценкой их влияния на свойства стали.
1.2 Разработанная экономная система легирования двухфазных аустенитно-ферритных сталей, предварительные требования к химическому составу и структурному состоянию, в том числе характеристикам наноразмерных избыточных фаз, к технологии термодеформационной и/или термической обработки; результаты исследования химической, структурной и технологической совместимости двухфазных аустенитно-ферритных сталей, соответствующих разработанным предварительным требованиям, с высококачественными конструкционными сталями, производимыми в настоящее время, в том числе исследования процессов, происходящих в сталях коррозионностойкого и основного слоев, а также в переходной зоне, на разных этапах получения слоистого материала, включая получение слоистой заготовки методом наплавки, ее горячую прокатку и термическую обработку, применительно к технологическим особенностям отечественных металлургических предприятий.
1.3 Предварительные требования к химическому составу, структурному состоянию и технологическим режимам получения конструкционной стали основного слоя, обеспечивающим высокий и стабильный уровень технологических служебных свойств, включая прочность, пластичность, свариваемость, совместимость с наплавляемым коррозионностойким слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали.
1.4 Результаты исследования и физико-химического моделирования процессов, происходящих при наплавке, закономерности формирования коррозионностойкого слоя из двухфазной аустенитно-ферритной стали при наплавке и изменения его химического состава с учетом перемешивания наплавляемого металла с конструкционной сталью основного слоя и окисления основных, легирующих и примесных элементов с обоснованием выбора оптимального химического состава наплавляемой стали. Методы дополнительного легирования металла в процессе наплавки. Оптимальные режимы, обеспечивающие высокую прочность, сплошность соединения слоев, необходимый химический состав комплекс свойств наплавленного слоя.
1.5 Проекты лабораторных технологических регламентов на получение экспериментальных образцов; программы и методики экспериментальных исследований образцов; экспериментальные образцы биметаллических конструкционных материалов с коррозионностойким слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали с различным содержанием азота; результаты комплексного исследования состава, структурного состояния, технологических и служебных свойств; скорректированные требования к химическому составу и структурному состоянию сталей коррозионностойкого и основного слоев и технологическим параметрам получения биметаллических конструкционных материалов для обеспечения наиболее высокого комплекса свойств.
1.6 Лабораторный технологический регламент на получение экспериментальных образцов биметаллических конструкционных материалов с плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали с уникальными показателями коррозионной стойкости в экстремальных условиях эксплуатации современного оборудования для переработки нефти и других назначений; программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов; результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов для подтверждения достижения запланированных технических характеристик.
1.7 Проект технического задания на проведение ОТР, направленной на разработку промышленной технологии и освоение производства новых экономичных свариваемых конструкционных биметаллических материалов двухфазной аустенитно-ферритной стали с уникальными показателями коррозионной стойкости в экстремальных условиях эксплуатации современного оборудования для переработки нефти и других назначений.
2 Разрабатываемые новые экономичные свариваемые конструкционные биметаллические материалы должны быть предназначены для современного оборудования по переработке нефти и других назначений, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в том числе, в агрессивных средах. Разрабатываемый в ходе проекта лабораторный технологический регламент на получение экспериментальных образцов биметаллических конструкционных материалов с плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали с уникальными показателями коррозионной стойкости в экстремальных условиях эксплуатации современного оборудования для переработки нефти и других назначений должен быть предназначен для получения экспериментальных образцов биметаллических конструкционных материалов с плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали. Экспериментальные образцы биметаллических конструкционных материалов с коррозионностойким слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали должны быть предназначены для исследовательских испытаний с целью подтверждения достижения запланированных технических характеристик.
3 Отсутствие технологий, позволяющих получать качественно новые биметаллические материалы, недостаточный уровень качества соединения слоев в материалах, производимых за рубежом, а также их высокая стоимость свидетельствуют о целесообразности самостоятельного проведения теоретических и экспериментальных исследований, это и определяет новизну и уникальность предполагаемых исследований и разработок, так как в настоящее время исследования проводятся только в направлении повышения стойкости стали коррозионностойкого слоя против отдельных видов коррозии, причем без пересмотра большей части разработанных ранее технологических решений.
4 Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень, путем анализа нормативной документации стран Европы и США, методических рекомендаций ведущих зарубежных производителей биметалла, статей в зарубежных научных журналах, монографий.
5 Пути и способы достижения заявленных результатов путем проведения детальных теоретических и экспериментальных исследований, развития новых научных представлений о процессах, происходящих при получении конструкционных биметаллических материалов методами наплавки, закономерностях формирования состава, структуры, в том числе наноструктурной составляющей, а также свойств каждого из слоев и переходной зоны, влияния наноструктурирования на комплекс технологических и служебных свойств коррозионностойкого слоя из двухфазной аустенитно-ферритной стали. Ограничения и риски при достижении результатов исследований связаны с повышенной твердостью (прочностью) плакирующего слоя из аустенитно-ферритной стали по сравнению со сталью основы, что может способствовать образованию остаточных напряжений в переходном диффузионном слое биметаллического материала и возникновению расслоений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1 Результаты реализованного проекта будут иметь большое значение для развития как фундаментальных, так и прикладных областей науки, техники, промышленности. Получаемые фундаментальные знания и результаты исследования найдут широкое применение во многих университетах, научных центрах России для разработки новых высококачественных плакированных металлических материалов, будут использованы в образовательном процессе (лекции, конференции, публикации, сборники по коррозии и сварке).
2 Разработанные в рамках проекта технологии производства инновационной металлопродукции будут внедрены и освоены на таких предприятиях металлургического комплекса России, как ЧерМК ОАО «Северсталь», ОАО «ММК», ЗАО «Красный Октябрь». Производимый ими биметаллический прокат будет использован для предприятий химического, нефтехимического, коксохимического, энергетического, нефтеперерабатывающего машиностроения, в том числе ОАО «Волгограднефтемаш», ОАО «Салаватнефтемаш», ЗАО «Петрозаводскмаш», ОАО «Пензахиммаш», ОАО «Туймазыхиммаш» для изготовления сварных конструкций, агрегатов, узлов и оборудования различного назначения, предназначенного для эксплуатации в агрессивных средах и экстремальных условиях.

3 Ежегодная потребность в разрабатываемых качественно новых биметаллических материалах только для предприятий нефтегазохимии составляет не менее 20 тыс. тонн. Следует отметить, что двухфазные аустенитно-ферритные стали имеют высокую стойкость и во многих других условиях эксплуатации, например, при контакте с минеральными удобрениями. Поэтому биметаллические материалы с коррозионностойким слоем из таких сталей могут широко использоваться на транспорте для изготовления обшивки вагонов-минераловозов и для многих других назначений. Народно-хозяйственный эффект от использования ожидаемых результатов работы заключается как в масштабности их использования (металлургия, машиностроение, нефтегазохимия, транспорт и т.д.), так и в изменении структуры производства и потребления в соответствующих секторах экономики – увеличении доли производимой металлургическими предприятиями высокорентабельной металлопродукции, а также доли, потребляемой машиностроительными предприятиями отечественной металлопродукции, а, возможно, и полное замещение импорта. Прогнозируемые социально-экономические эффекты от использования результатов исследования заключаются в создании принципиально новой продукции и технологии ее производства, совершенствовании технологических процессов с точки зрения снижения издержек (простоев, затрат на ремонты из-за существенного повышения ресурса эксплуатации) и повышения производственной безопасности. Перспективность вновь создаваемой интеллектуальной собственности в части патентоспособности результатов исследований и их лицензионных возможностей обоснована принципиально новой постановкой задач исследования и подходов к их решению, что свидетельствует о возможности создания новой интеллектуальной собственности как в части новых биметаллических материалов, так и способов их получения. Имеющая место недостаточно высокая эксплуатационная надежность изделий нефтегазохимии, получаемых из производимых в настоящее время биметаллических материалов, высокая стоимость таких материалов, производимых за рубежом, свидетельствуют о заинтересованности отечественных потребителей в использовании качественно новых биметаллических материалов.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.