Ученые малого инновационного предприятия «Технологии специальной металлургии» на базе НИТУ «МИСиС» создали по заказу ПАО «ОДК-Сатурн» уникальный сплав, сочетающий два взаимоисключающих свойства: коррозионностойкость и высокую жаропрочность. Новый сплав будет использоваться для создания особых газовых турбин при освоении газовых и нефтяных месторождений шельфа.
Различные чистые металлы перед плавкой
Освоение морского шельфа требует новых наукоемких технологий. Так, например, для обеспечения энергией промыслового участка по добыче нефти и газа необходим особый вид электростанций, использующий гибрид газовой и паровой турбин. Такие агрегаты выдают КПД вдвое больше обычных (58% вместо 28%). В России их пока единицы, в то время как США и Европа очень активно переходят на подобные электростанции.
Один из ключевых элементов турбины такой электростанции – охлаждаемые рабочие и сопловые лопатки из никелевого сплава. Они должны выдерживать не только высокие температуры, но также воздействие агрессивной морской среды, то есть быть весьма к��ррозионностойкими.
Два этих свойства противоречат друг другу по химическому составу: чтобы сделать сплав коррозионностойким, в нем должно быть много хрома. Однако требуется, чтобы сплав одновременно был и жаропрочным, поэтому в его составе должны быть такие устойчивые к высоким температурам элементы, как вольфрам, молибден или рений. При этом хром в высоких концентрациях снижает жаропрочность. Помимо этого, он вступает с этими элементами во взаимодействие и, образуя вредные соединения, делает сплав хрупким. Как соединить два требования-антагониста – большая проблема.
За рубежом эту проблему ученые решают уже более двадцати лет, и создана целая линейка никелевых сплавов нового поколения. В России по заказу ПАО «ОДК-Сатурн» разработкой технологии выплавки нового отечественного сплава занялось малое инновационное предприятие на базе НИТУ «МИСиС» — Научно-технологический центр «Технологии Специальной Металлургии» по заказу ПАО «ОДК-Сатурн». В результате был создан уникальный коррозионностойкий сплав, обладающий уровнем жаропрочности, сопоставимым с авиационными сплавами (температуры 900-1000 С), и получивший в итоге собственное название СЛЖС-5.
Расплав металла
«Сплав обладает характеристиками жаропрочности, соответствующими авиационным материалам, что позволяет использовать его не только в конструкции наземных и морских газотурбинных установок, но также и в газотурбинных двигателях самолетов-амфибий и экранопланов», — рассказал д.т.н Александр Логунов, главный специалист по материалам и технологиям ПАО «ОДК-Сатурн», заслуженный изобретатель РФ.
Испытания, проходившие на площадках ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» и ОАО «НПО ЦКТИ», показали, что высокожаропрочный коррозионностойкий сплав СЛЖС-5 не уступает по коррозионной стойкости широко применяемым отечественным сплавам и превосходит по уровню жаропрочности все существующие аналоги – российские и зарубежные. При этом он обладает достаточно высоким уровнем пластичности, что является показателем высокой эксплуатационной надежности.
Общий вид печи
«Разработанная нашими специалистами уникальная технология выплавки сплава СЛЖС-5 позволила решить задачу, связанную с введением всех необходимых для заданных свойств металла химических элементов. По сути, это методика точного легирования (обогащения) путем введения различных компонентов в сплав в определенной последовательности. Чем точнее легирование – тем стабильнее полученный сплав и его уникальные свойства, — подчеркнул Александр Михайлов, генеральный директор НТЦ «ТСМ» на базе НИТУ «МИСиС» — Прежде, чем получить такой результат, коллектив провел десятки научных экспериментов и лабораторных опытов».
Различные чистые металлы перед плавкой
Освоение морского шельфа требует новых наукоемких технологий. Так, например, для обеспечения энергией промыслового участка по добыче нефти и газа необходим особый вид электростанций, использующий гибрид газовой и паровой турбин. Такие агрегаты выдают КПД вдвое больше обычных (58% вместо 28%). В России их пока единицы, в то время как США и Европа очень активно переходят на подобные электростанции.
Один из ключевых элементов турбины такой электростанции – охлаждаемые рабочие и сопловые лопатки из никелевого сплава. Они должны выдерживать не только высокие температуры, но также воздействие агрессивной морской среды, то есть быть весьма к��ррозионностойкими.
Два этих свойства противоречат друг другу по химическому составу: чтобы сделать сплав коррозионностойким, в нем должно быть много хрома. Однако требуется, чтобы сплав одновременно был и жаропрочным, поэтому в его составе должны быть такие устойчивые к высоким температурам элементы, как вольфрам, молибден или рений. При этом хром в высоких концентрациях снижает жаропрочность. Помимо этого, он вступает с этими элементами во взаимодействие и, образуя вредные соединения, делает сплав хрупким. Как соединить два требования-антагониста – большая проблема.
За рубежом эту проблему ученые решают уже более двадцати лет, и создана целая линейка никелевых сплавов нового поколения. В России по заказу ПАО «ОДК-Сатурн» разработкой технологии выплавки нового отечественного сплава занялось малое инновационное предприятие на базе НИТУ «МИСиС» — Научно-технологический центр «Технологии Специальной Металлургии» по заказу ПАО «ОДК-Сатурн». В результате был создан уникальный коррозионностойкий сплав, обладающий уровнем жаропрочности, сопоставимым с авиационными сплавами (температуры 900-1000 С), и получивший в итоге собственное название СЛЖС-5.
Расплав металла
«Сплав обладает характеристиками жаропрочности, соответствующими авиационным материалам, что позволяет использовать его не только в конструкции наземных и морских газотурбинных установок, но также и в газотурбинных двигателях самолетов-амфибий и экранопланов», — рассказал д.т.н Александр Логунов, главный специалист по материалам и технологиям ПАО «ОДК-Сатурн», заслуженный изобретатель РФ.
Испытания, проходившие на площадках ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» и ОАО «НПО ЦКТИ», показали, что высокожаропрочный коррозионностойкий сплав СЛЖС-5 не уступает по коррозионной стойкости широко применяемым отечественным сплавам и превосходит по уровню жаропрочности все существующие аналоги – российские и зарубежные. При этом он обладает достаточно высоким уровнем пластичности, что является показателем высокой эксплуатационной надежности.
Общий вид печи
«Разработанная нашими специалистами уникальная технология выплавки сплава СЛЖС-5 позволила решить задачу, связанную с введением всех необходимых для заданных свойств металла химических элементов. По сути, это методика точного легирования (обогащения) путем введения различных компонентов в сплав в определенной последовательности. Чем точнее легирование – тем стабильнее полученный сплав и его уникальные свойства, — подчеркнул Александр Михайлов, генеральный директор НТЦ «ТСМ» на базе НИТУ «МИСиС» — Прежде, чем получить такой результат, коллектив провел десятки научных экспериментов и лабораторных опытов».
