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

Номер контракта: 14.579.21.0079

Руководитель: Моляров Валерий Георгиевич

Должность: Старший научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
конструкционные биметаллические материалы, метод наплавки, основной слой, коррозионностойкий слой, двухфазная аустенитно-ферритная сталь, наноструктурирование, коррозионная стойкость, механические свойства, свариваемость, качество соединения слоев.

Цель проекта:
Основная задача проекта - повышение эксплуатационной надежности оборудования нефтеперерабатывающей и химической промышленности при общем снижении металлоемкости оборудования и затрат на его производство не менее, чем на 20 %. Цель проекта - разработка основ комплексных технологий получения новых экономичных биметаллических конструкционных материалов (БКМ) с плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали (ДАФ стали), отличающихся недостижимым в монометаллах уникальным сочетанием показателей прочности, пластичности, вязкости, коррозионной стойкости в агрессивных средах, качеством соединения слоев, возможностью изготовления сварных конструкций.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате проекта будут проанализированы результаты комплексных исследований экспериментальных образцов БКМ с различным содержанием азота, будут скорректированы требования к химическому составу, структурному состоянию сталей коррозионностойкого и основного слоев, к технологическим параметрам получения БКМ для обеспечения наилучшего комплекса свойств, будут доработаны с учетом возможностей Индустриального партнера - участника реального сектора экономики - технологический регламент получения БКМ и программа испытаний, будет разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка промышленной технологии и освоение производства новых экономичных свариваемых 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».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В российском нефтехимическом машиностроении двухфазные аустенитно-ферритные стали марок типа 08Х21Н6Т применяются в основном как монометалл. Эти марки стали в отличие от зарубежных аналогов (марки 2205, 2507) менее стойкие к образованию питтингов и растрескиванию в хлоридсодержащих средах. Разрабатываемый биметалл будет обладать улучшенными коррозионными и технологическими свойствами по сравнению с монометаллами. Основные способы получения биметалла - сварка взрывом, пакетная прокатка, наплавка. Каждый из них имеет своими преимущества и недостатки. Альтернативный разрабатываемый способ получения БКМ, совмещающий наплавку и горячую прокатку, будет обеспечивать лучшую прочность соединения (не менее 460 МПа) и сплошность сцепления слоев, глубоко проработанную структуру, оптимальные коррозионные и механические свойства, не хуже чем у монометаллов. Достижение запланированных технических характеристик подтверждается результатами комплексных исследований и испытаний экспериментальных образцов БКМ. Разрабатываемая технология получения методами наплавки БКМ с плакирующим слоем из ДАФ стали, как и сам материал, оригинальны, перспективны в применении, обладают новизной на мировом уровне, обеспечат замещение дефицитных и дорогостоящих импортных материалов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Получаемые в ходе реализации проекта фундаментальные знания найдут широкое применение во многих научных центрах России для разработки новых высококачественных коррозионностойких плакированных материалов. Результаты комплексных исследований экспериментальных образцов будут использованы в образовательном процессе, в том числе при подготовке лекций по материаловедению, по защите от коррозии металлов и сплавов, по технологии изготовления биметаллов и пр. Разработанные в результате выполнения последующей ОТР промышленные технологии производства инновационной металлопродукции будут использованы на таких предприятиях металлургического комплекса РФ, как ЧерМК ОАО «Северсталь», ОАО «ММК», ЗАО «Красный Октябрь». Производимый прокат новых БКМ будет использован на предприятиях нефтехимического, химического, нефтеперерабатывающего машиностроения, в том числе ОАО «Волгограднефтемаш», ОАО «Салаватнефтемаш», ОАО «Пензхиммаш», ОАО «Уралхиммаш» для изготовления сварных конструкций, агрегатов, узлов и оборудования различного назначения, предназначенного для эксплуатации в коррозионноактивных средах, а также для изготовления вагонов для перевозки минеральных удобрений, изготовления конструкций, работающих в морской среде. Ежегодная потребность в разрабатываемых качественно новых БКМ только для предприятий нефтегазохимии составляет не менее 20 тыс. тонн. 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, и импортозамещение. 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. Поэтому основным условием коммерциализации создаваемых продуктов является доведение до потребителя ожидаемых результатов.

Текущие результаты проекта:
Получены экспериментальные образцы БКМ с основным слоем из стали марок S700MC и 09Г2С и плакирующим слоем из двухфазной аустенитно-ферритной стали с содержанием азота 0,013% и 0,045%. Проведены теоретические исследования, аналитический обзор литературы, патентные исследования. Проведены комплексные исследования, включающие анализ химического состава слоев БКМ, металлографический анализ слоев БКМ с определением морфологии структур, измерения микротвердости структур, ультразвуковой контроль образцов, испытания на срез плакирующего слоя, на растяжение, на статический изгиб образцов БКМ и их сварных соединений, оценку питтингостойкости, оценку стойкости к локальной коррозии основного слоя БКМ, оценку износостойкости и долговечности по сравнению с традиционной сталь 08Х18Н10Т, испытания плакирующего слоя БКМ на стойкость к МКК и к коррозионному растрескиванию под напряжением в средах, содержащих хлориды, сероводород. Комплексные исследования экспериментальных образцов БКМ подтверждают химическую, структурную, технологическую совместимость этих разнородных материалов. Способ получения биметалла, совмещающий наплавку под флюсом и последующую горячую прокатку с высоким отпуском, обеспечивает хорошую прочность соединения слоев (не ниже 460 Н/мм2) и сплошность сцепления слоев БКМ, соответствующую 0 классу по результатам ультразвукового контроля. Основным требованием к химическому составу слоев биметалла является снижение содержания углерода до 0,05%, серы до 0,005%, фосфора до 0,009%. Получение особо коррозионностойкого плакирующего слоя биметалла возможно за счет термо-деформационной проработки его структуры при горячей прокатке двухслойной заготовки.