Разработка сталей нового типа, в том числе легированных азотом, применительно к условиям Арктики для использования при добыче, хранении и транспортировке газа и нефти

Резюме проекта, выполняемого

в рамках ФЦП

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

по этапу № 4

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: № 14.575.21.0071.

Тема: «Разработка сталей нового типа, в том числе легированных азотом, применительно к условиям Арктики для использования при добыче, хранении и транспортировке газа и нефти».

Приоритетное направление: Индустрия наносистем.

Критическая технология: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов.

Период выполнения: 01.08.2014 г. — 31.12.2016 г.

Плановое финансирование проекта: 19.92 млн. руб.

Бюджетные средства 15,82 млн. руб.,

Внебюджетные средства 4,1 млн. руб.

Получатель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр «Технологии Cпециальной Металлургии»

Ключевые слова: Хладостойкие и криогенные стали, легирование азотом, высокая прочность, свариваемость, физические и механические свойства, коррозионная стойкость.

1. Цель проекта

Поиск и разработка новых материалов применительно к сложным климатическим условиям необходимы для более эффективного решения проблемы освоения арктического шельфа. Повышение надежности конструкций и работоспособности оборудования, применяемых при добыче и транспортировке нефти и газа в северных и сейсмически активных восточных регионах, связаны в первую очередь с решением задач по созданию хорошо свариваемых конструкционных материалов с повышенной прочностью, хладостойкостью, сопротивлением хрупким и вязким разрушениям, высокой коррозионной стойкостью.

Актуальность и новизна темы ПНИ обусловлена необходимостью создания сталей нового типа с более широким набором гарантированных повышенных потребительских свойств, экономичных и по возможности доступных к освоению в ближайшей или среднесрочной перспективе.

Конкретная цель проекта — разработка легированных азотом сталей, отличающихся уникальным комплексом свойств: высокой прочностью и пластичностью (σ_в= 800—1000МПа, δ>25%, KCU_-100 > 1,5 МДж/м^₂ и устойчивой микроструктурой в интервале температур от минус 100 до плюс 100^оС, высокой стойкостью к различным видам коррозии в морской воде и в биоактивных средах, высокой устойчивостью к термоциклированию и свариваемостью.

2. Основные результаты проекта

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены основные предложенные принципы выбора базового легирования, включая азот, структурного состояния, режимов термической и термомеханической обработок азотистых сталей, обеспечивающих получение плотного слитка и заданного комплекса специальных и механических свойств.

На основании термодинамических расчетов построены уточненные фазовые диаграммы сплавов систем Fe-Cr-Mn-Ni-Cu-Al-N-C. Определены температурные области существования возможных фаз в сплавах конкретных представительных составов экспериментальных сталей. Для выплавленных образцов экспериментальных сталей разработаны режимы термической и деформационных обработок, включая ВТМО. Проведены экспериментальные исследования физических и механических свойств экспериментальных образцов новых сталей в широком диапазоне температур и условий нагружения, а также изучено структурное и фазовое состояние этих сплавов после различных обработок, их взаимосвязь со свойствами.

Созданы с использованием современных источников новые базы данных о растворимости азота и нитрида титана в бинарных, тройных и многокомпонентных расплавах на основе железа, на основе которых получен набор взаимосогласованных параметров взаимодействия азота и титана, что существенно повышает точность расчетов растворимости азота.

Разработан новый класс комплекснолегированных высокопрочных аустенитных корроионностойких в неорганических и биоактивных средах конструкционных азотистых сталей с особыми свойствами (немагнитные, криогенные, с низкой магнитной проницаемостью), которые достигаются за счет сбалансированного состава, специальной технологии выплавки и обработки. Стали отличаются стабильной структурой аустенита при статическом и длительном циклическом нагружении (при термоциклировнии и многоцикловой усталости.

Результаты этапа соответствуют требованиям проекта и уровню мировых разработок в данной области.

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД)

Изобретение, патент № 2584315 от 20.05.2016 «Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионностойкая, в том числе биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки», РФ.

Изобретение, уведомление ФИПС № 2016125067 от 23.06.2016 «Литейная аустенитная высокопрочная коррозионностойкая в неорганических и органических средах криогенная сталь и способ ее получения», РФ.

4. Назначение и область применения результатов проекта

Целью проекта является разработка легированных азотом сталей, отличающихся уникальным комплексом свойств: высокой прочностью и пластичностью (σ_в= 800—1000МПа, δ>25%, KCU_-100 > 1,5 МДж/м² и устойчивой микроструктурой в интервале температур от минус 100 до плюс 100^оС, высокой стойкостью к различным видам коррозии в морской воде и в биоактивных средах. Эти стали предназначены для работы в условиях низких температур и в коррозионно активных средах. Они найдут применение в сооружениях по добыче, хранению и транспортировке газа и нефти на арктическом шельфе.

5. Эффекты от внедрения результатов

Применение создаваемых сталей позволит увеличить срок службы и надежность эксплуатации сооружений и конструкций, уменьшить их материалоемкость, повысить экономичность.

6. Формы и объемы коммерциализации результатов

Результаты, полученные на данном этапе выполнения проекта, имеют теоретическийи практический характер. По результатам всего проекта запланировано 2 патентные заявки.

7. Наличие соисполнителей

Соисполнители по проекту отсутствуют.

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»)

Проректор по науке и инновациям

М. Р. Филонов

Руководитель работ по проекту, главный научный сотрудник

Л. М. Капуткина