Хладостойкие arc-стали

Тема: Хладостойкие arc-стали

Введение. История

Еще в XX веке Россия взяла курс на освоение Арктики. В Арктической зоне сосредоточена большая часть российских запасов золота, хрома и марганца, платиновых металлов, алмазов, угля, никеля, сурьмы, кобальта, олова и вольфрама. Регулярно на территории Арктики с участием России проходят научные экспедиции. Арктический регион – это огромный плацдарм для базирования войск и военной техники с целью сохранения российских границ с севера.

Актуальность

Несколько столетий человечество искало короткий северный путь между океанами, способный подстегнуть экономическое развитие цивилизации.

Таким образом, Арктика является зоной особого внимания для России и своеобразной площадкой для развития судостроительной отрасли. Россия по-прежнему остается лидером по производству ледоколов, что доказывают новшества единственного атомного ледокольного флота мира. С 2013 года в Санкт-Петербурге идет строительство самых мощных ледоколов в мире (проект 22220) - "Арктика", "Сибирь" и "Урал". "Арктику" планируется ввести в эксплуатацию во второй половине 2019 года, " Сибирь" и "Урал" — в ноябре 2020 года и ноябре 2021 года. Кроме того, готовится проект нового, еще более мощного российского атомного ледокола 10510 "Лидер" мощностью 120 мегаватт.

Основные задачи ледоколов “Проэкт 22220”

Основными задачами новых атомоходов-лидеров должны стать обеспечение круглогодичной навигации по Северному морскому пути и проведение экспедиций в Арктику. Сверхмощный ледокол «Лидер» нужен для круглогодичной проводки судов по Северному морскому пути. Он сможет проходить толщу льда до 4,3 м, прокладывая коридор до 50 м шириной и проводить большие караваны судов.

Для обеспечения правильной и долгой работы такого класса судов необходимо использование при их производстве новейших материалов.

Особенно актуальны в этой отрасли хладостойкие стали и сплавы. НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей» еще в 50-х годах прошлого века начал заниматься изобретением и производством хладостойких сталей и сплавов.

В конце 2017 года Центральным научно-исследовательским институтом «Прометей» были представлены новые Arc-стали . Новая Arc-сталь для изготовления корпусов новейших ледоколов сочетает в себе

самые необходимые свойства – высокую прочность, пластичность,хорошую свариваемость,

стойкость к коррозии, сопротивляемость динамическим воздействиям ледовых полей и ветроволновым нагрузкам.

Представленные металлы работоспособны при температурах -60 градусов .

Проблемы, которые должны решать инновационные материалы и технологии:

• - длительное коррозионное воздействие и коррозионно-эрозионный износ в условиях соленой среды
• - низкая температура эксплуатации
• - резкие суточные перепады температур (до 30 0 С)
• - повышенная ледовая и ветроволновая нагрузка (скорость ветра может достигать 47-59 мс, высота волн 15-17 м, толщина льда – более 3 м)
• - трудности в транспортировке тяжелых металлических конструкций
• - сезонные трудности в обслуживании (материалы должны быть как можно более долговечными)

Разработанные в институте материалы применялись при строительстве ледостойкой платформы«Приразломная», плавучей буровой «Арктическая», серии многофункциональных платформ «MossMaritime», газопровода «Бованенково — Ухта», ледоколов «Сибирь», «Урал», «Арктика».

Новшества. Высоотехнологическое оборудование

В период с 2000 по 2010 гг. произведено полное технологическое переоснащение производств по изготовлению материалов для судостроения

Разработка, освоение и

внедрение современных

технологических процессов

прецизионной термомеханической

обработки с ускоренным

охлаждением и специальных режимов термической обработки при изготовлении хладостойкого металлопроката

из судостроительных сталей арктического назначения

Сама структура созданной Arc-стали как будто противостоит холоду. Давно известно, что дисперсность колоссально влияет на свойства материала, то есть уменьшение кристаллитовниже некоторого порогового размера может приводить к кардинальному изменению свойств. Возможность оптимального сочетания механических свойств в металлах и сплавах с наносубмикронной структурой открывает перспективы их применения в качестве новых конструкционных и функциональных материалов. проката дисперсной структуры (образование из двух или большего числа тел, которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически.).

Ультрамелкозернистая структура

Субмикрокристаллическая структура

1 – 5 мкм

200нм – 1 мкм

1 – 5 мкм

Чем мельче зерна и

субзерна, тем выше

прочность и выше

хладостойкость стали

Свершилось это благодаря появлению на ПАО «Северсталь» и Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК) мощнейших прокатных станов, на которых можно производить термомеханическую обработку и закалку с отпуском листов толщиной от 40 до 150 мм . В России впервые в мире разработаны технологии, обеспечивающие создание однородной по всей толщине проката дисперсной структуры (образование из двух или большего числа тел, которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически.) . Таким образом,для создания Arc-стали используется многостадийная деформация, которая приводит к измельчению зерен и субзерен во внутренней структуре стали, то есть чем мельче зерна и субзерна, тем выше

прочность и выше хладостойкость стали.

Востребованность

Основной отраслью использования хладостойких сталей является судостроение, а для судостроительных сталей важнейшей характеристикой является коррозионная стойкость и свариваемость.При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей.

Углерод является основным элементом, оказывающим огромное влияние на свариваемость. Для обеспечения хорошей свариваемости содержание углерода в Arc-стали не должно превышать 0,08-0,11 %.

Еще одним достоинством Arc-стали является экономичное легирование (до 1 %), при котором происходит резкое сокращение содержания в стали таких дорогих добавок, как никель и молибден, в то время как химический состав хладостойких сталей включал в себя большую часть таблицы Менделеева.

Разработанные экономно легированные Arc –стали обеспечивают потребности отечественного судостроения и гарантируют запас вязкости при низких температурах

Основные принципы совершенствования сталей

• снижение содержания дорогостоящих легирующих элементов в составе стали из соображений экономичности и использование микролегирования для их компенсации
• повышенные требования к параметрам структуры стали в связи с экономичным легированием
• возрастание роли каждой стадии технологического процесса в формировании структуры и конечных свойств стали
• влияние характеристик конкретного технологического оборудования в реализации новых технологических процессов

ЛЕГИРОВАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЯ

Новые хладостойкие стали с индексом «arc» с гарантированными характеристиками работоспособности

Новейшие технологии и усовершенствованных химический состав, измельченная наноструктура - позволили получить уникальные хладостойкие стали высокими показателями прочности:

• временное сопротивление до 750 МПа, пределом текучести 510-710 МПа и относительным удлинением 18-26%.
• временное сопротивление до 750 МПа,
• пределом текучести 510-710 МПа
• и относительным удлинением 18-26%.

В результате изобретения новых сталей сократилась длительность производства, снизилась общая стоимость и стоимость сварочных материалов. Так же к преимуществам относятся : улучшенная свариваемость при низких температурах и высокаятрещиностойкость.

При изготовлении новых Arc-сталях сбылась мечта материаловедов: удалось совместить две несовместимые характеристики — высокую пластичность и прочность — и регулировать их в зависимости от условий эксплуатации. Разработанные стали с индексом «Arc» превосходят предъявляемые требования европейского стандарта EN 10025 к хладостойкости; данный металлопрокат применяется без ограничений в условиях Арктики для любых конструктивных элементов и не имеет аналогов в мире. Характеристики работоспособности Arc-сталей гарантируются технологией их производства. Суда, построенные из новой стали получится намного легче, чем суда, построенные из иностранных аналогов при сохранении прочности конструкции, не говоря уже о высокой стойкости к низким температура и корозии . .

Заключение

Разработаны современные конструкционные «arc» - стали, предназначенные для строительства морских конструкций, эксплуатирующихся в Арктике. В настоящее время отечественная металлургическая промышленность полностью способна обеспечить производство хладостойкого листового проката улучшенного качества для строительства судов ледового плавания, ледоколов, буровых платформ, самоподъемных буровых установок, надводных кораблей и ряда инфраструктурных объектов Арктики. Создание в НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» новых высоконадежных материалов с высоким уровнем потребительских свойств является огромным прорывом в развитии отечественного судостроения и современного металлургического производства.

СПСИБО

ЗА ВНИМАНИЕ ! !!!!!! !!!