Резюме проекта, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Резюме проекта, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Резюме проекта, выполняемого

в рамках ФЦП

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

<по этапу №3>

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.624.21.0010

Тема: «Разработка основ комплексной технологии получения методами наплавки новых слоистых конструкционных металлических материалов с уникальным комплексом трудно сочетаемых свойств, обеспечивающих увеличение эффективности и ресурса безаварийной и безремонтной эксплуатации технических средств магистралей высокоскоростного железнодорожного транспорта, изделий нефтегазохимии до 3-5 раз, при общем снижении затрат, металлоемкости, улучшении экологии»

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 21.11.2014 г. – 31.12.2016 г.

Плановое финансирование проекта: 20,035 млн. руб.

Бюджетные средства 15,96 млн. руб.,

Внебюджетные средства 4,075 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. »

Индустриальный партнер: Общества с ограниченной ответственностью «Битруб Интернэшнл»

Ключевые слова: наплавка, слоистые металлические материалы, химическая совместимость, коррозионная стойкость, износостойкость, прочность, свариваемость, магистрали высокоскоростного транспорта, металлическое балластное корыто, эксплуатационная надежность, металлоемкость, снижение затрат.

1.  Цель проекта

Развитие скоростного железнодорожного движения в РФ, требующее создания надежных транспортных систем при использовании принципиально новых материалов с прорывным повышением показателей коррозионной стойкости, износостойкости, эксплуатационной надежности, долговечности, механических и других служебных свойств, качественных характеристик. В связи с этим решение задачи разработки и использования принципиально новых слоистых материалов весьма актуально. Цели настоящего проекта:

-  Разработка высокоэффективных, экономичных (при общем снижении металлоемкости и затрат на производство не менее чем на 30%) способов получения методами наплавки новых слоистых конструкционных металлических материалов (ССКМ), отличающихся недостижимым в монометаллах уникальным сочетанием показателей прочности, пластичности, коррозионной стойкости, износостойкости, качества соединения слоев и сварных соединений, долговечности (увеличенными в совокупности не менее чем в 1,5 раза), предназначенных для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в том числе в агрессивных средах.

-  Увеличение в 3-5 раз ресурса безаварийной и безремонтной эксплуатации (до 100 лет) в сложных природно-климатических условиях и широком температурном интервале от минус 60 до плюс 50 °С балластных корыт мостовых конструкций и других технических сооружений магистралей высокоскоростного железнодорожного транспорта, при снижении объема ремонтных работ – не менее чем на 30-40%, отрицательного воздействия на окружающую среду.

2.  Основные результаты проекта

Установлена наиболее эффективная композиция сталей для СКММ и метод их получения – электрошлаковая наплавка. Для наплавленного слоя выбрана коррозионностойкая хромо-марганцевая сталь с повышенной износостойкостью, достигаемой присутствием мартенсита и метастабильного аустенита, выделений избыточных фаз. Для металлической подложки выбрана свариваемая мартенситная борсодержащая сталь, совместимая с выбранной сталью наплавленного слоя. На основе установленных закономерностей процессов, протекающих при получении слоев и СКММ в целом, разработаны способы управления выделениями избыточных фаз, формами присутствия примесей в сталях слоев, способы получения методами наплавки новых СКММ, включая шлаковый режим.

При проведении экспериментальных исследований поставленных перед ПНИ задач разработана экономная система легирования мартенситно-аустенитной стали наплавленного слоя, обеспечивающая высокие показатели технологических и служебных свойств металла наплавленного слоя. Установлено, что разработанная система легирования позволяет варьировать режимы термической обработки, что играет важную роль при разработке технологии производства слоистого материала, обеспечивающей одновременно высокие свойства подложки и наплавленного слоя. Для анализа роли легирующих элементов в формировании структуры и свойств разрабатываемой стали были использованы принципиально новые научные подходы, предусматривающие проведение теоретических исследований, в том числе термодинамических расчётов по моделям, адаптированным к выбранной системе легирования. Это позволило оценить комплексное влияние на формирование основных и избыточных фаз таких элементов, как ниобий и азот, и определить их оптимальное содержание.

Проведены экспериментальные исследования и разработаны эффективные технологические приемы управления выделениями избыточных фаз, структурными составляющими для одновременного достижения высоких показателей прочности и пластичности металлической подложки (основного слоя)

Определены оптимальные система легирования и технологические параметры производства металлической подложки (основного слоя), обеспечивающие получение высокого и стабильного уровня технологических, служебных свойств, включая прочность, пластичность, хладостойкость, свариваемость, совместимость с металлом наплавляемого слоя. Предложены диапазоны химического состава стали основного слоя для обеспечения требуемого комплекса механических свойств после горячей прокатки и после термической обработки – закалки с отпуском или нормализации. В соответствии с разработанным ЛТР получено 22 экспериментальных образца металла основного слоя в виде заготовок и проката. Проведены исследовательские испытания полученных экспериментальных образцов. Анализ результатов подтвердили правильность разработанных рекомендаций по оптимальным системам легирования и значениям технологических параметров, полное соответствие полученных результатов требованиям ТЗ. Дополнительные исследования экспериментальных образцов позволили понять закономерности формирования структуры и свойств, выбрать оптимальные технологические режимы для формирования комплекса свойств основного слоя в зависимости от требований к конечным свойствам слоистого материала в целом, включая наплавленный слой. Информация о выполненных работах размещена на официальном сайте ФГУП «ЦНИИчермет им. » http://www. chermet. net/index. php? option =com_content&view=article&id=350:fzp&catid=4:struktura&Itemid=22.

3.  Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

В рамках выполнения работы подана заявка на получение:

- изобретение заявка № 2015149850 от 20.11.2015 г. «Способ производства высокопрочной
горячекатаной стали», РФ.

4.  Назначение и область применения результатов проекта

Результаты исследований будут востребованы крупнейшими предприятиями металлургического комплекса за счет возможности освоения производства и увеличения объемов продаж новых видов продукции для основных предприятий, специализирующихся на изготовлении конструкций для создания магистралей высокоскоростного транспорта. Разрабатываемый СКММ может быть также применен для изготовления нефтегазохимического оборудования на машиностроительных предприятиях РФ.

5.  Эффекты от внедрения результатов проекта

Повышение ресурса эксплуатации материала (в 3-5 раз) в сложных природно-климатических условиях и широком температурном интервале от -60 до +50 °С при снижении материальных и энергетических затрат на производство и эксплуатацию на 25-30%, объема ремонтных работ – не менее чем на 30-40%, отрицательного воздействия на окружающую среду.

6.  Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

Внедрение новых СКММ в масштабах страны позволит получить большой экономический эффект от увеличения срока безаварийной эксплуатации магистралей высокоскоростного транспорта - потребность в СКММ данного назначения – более 50000 т в год. Еще одна форма внедрения: замена широко применяемой в нефтегазохимии для изготовления теплообменных аппаратов двухслойной стали марки 09Г2С+08Х13.

7.  Наличие соисполнителей

Участие соисполнителей по проекту не предусмотрено.