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 (σв= 800—1000МПа, δ>25%, KCU-100 > 1,5 МДж/м2 и устойчивой микроструктурой в интервале температур от минус 100 до плюс 100оС, 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 (σв= 800—1000МПа, δ>25%, KCU-100 > 1,5 МДж/м2 и устойчивой микроструктурой в интервале температур от минус 100 до плюс 100оС, 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

НИТУ МИСИС выиграл грант на запуск акселератора студенческих стартаповНИТУ МИСИС выиграл грант на запуск акселератора студенческих стартапов
Погружение в МИР МИСИС началось для первокурсниковПогружение в МИР МИСИС началось для первокурсников
Поздравление ректора с Днём шахтёраПоздравление ректора с Днём шахтёра