Эксперт № 24 (2013) - Эксперт Эксперт

Если говорить о материалах для судостроения, то «Прометей» начал заниматься ими сразу после Второй мировой войны. Интересно, что именно потребность в хладостойких материалах привела СССР в 1950-х годах к лидерству в разработке сварных корпусных сталей, позволив в свое время обогнать американцев, пионеров в этом деле. Они пытались использовать для таких корпусов высокоуглеродистые стали, которые плохо сваривались, поэтому первые сварные корабли типа «Либерти» легко разрушались. Использование таких материалов в наших более суровых климатических условиях, особенно на Крайнем Севере, пагубно сказалось бы на кораблях еще и из-за охрупчивания, поэтому наши материаловеды учли этот опыт и разработали технологичную низкоуглеродистую сталь с микролегированием.

Этот проект Крыловского центра уже ждет своего заказчика

Следующий этап в разработке хладостойких материалов в «Прометее» связан с развитием атомного проекта — созданием в 1950-х годах первой отечественной атомной подводной лодки «Ленинский комсомол». Молодой тогда инженер Игорь Горынин (сейчас он академик РАН, президент и научный руководитель ЦНИИ КМ «Прометей») с командой таких же молодых коллег всего за несколько месяцев создал новую сталь АК-25, из которой построены все АПЛ первого поколения. Эта сталь использовалась и для сварных конструкций тяжелонагруженных экскаваторов для работы в Заполярье, спиральных камер сибирских ГЭС. Из ее модификации были изготовлены корпуса и первого атомного ледокола «Ленин», и всех последующих атомных судов.

В 1970 году, когда севастопольский ЦКБ «Коралл» разрабатывал первую в нашей стране самоподъемную буровую плавучую установку, для изготовления ее опорных колонн использовалась именно эта сталь. Тогда же «Прометей» начал разработку материалов для плавучих буровых установок, которые предназначались для Баренцева и Охотского морей. Ученые института создали серии конструкционных сталей типа АБ, а также сварочные технологии и оборудование, системы антикоррозийной защиты, то есть тот набор материалов и технологий, который стал основой для создания на российском полярном шельфе ледостойких платформ, способных работать при температурах –40–50°С.

Тогда же, в 1970-х, рассказывает Виктор Малышевский, была создана теория фрагментации, практическое использование идей которой привело к созданию нового класса хладостойких сталей (в 2000–2003 годах в рамках выполнения проектов «Металл» и «Магистраль»). Любопытно, что когда в 2003 году министр промышленности и науки Андрей Фурсенко инициировал запуск «Металла» в серии других важнейших инновационных проектов, предвидя скорую востребованность его результатов, многим заявленная тема казалась неким технологическим анахронизмом, пролоббированным металлургами. Но «Металл», как и последовавшая за ним в 2007 году «Магистраль» оказались очень перспективными и в части материаловедения очень тонкими прорывными работами мирового значения. «Прометей», объединив усилия с несколькими научными металловедческими школами и металлургическими заводами, разработал целую гамму материалов (в том числе необходимые сварочные материалы и технологии) с пределом текучести от 270 до 690 мегапаскалей, с удвоенными по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами характеристиками по хладостойкости, качеству и технологичности при сварке. Эти материалы имеют большой запас коррозионной стойкости, сопротивление усталостным разрушениям, динамическим воздействиям.

Партнером «Прометея» в проекте «Металл» выступили компании «Северсталь» (принадлежащий ей Череповецкий металлургический завод после развала СССР и ухода украинских заводов специализируется на производстве как раз хладостойких сталей) и ОМЗ «Спецсталь». После реконструкции на Ижорском заводе прокатного стана-5000 «Северсталь» приступила к производству широкоформатного листа, необходимого для строительства крупных корпусов судов, самоподъемных буровых и стационарных платформ. С пуском стана-5000 на Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК) производственная база изготовления хладостойкой стали расширилась.

Платформа «Приразломная» металлоемкостью 75 тыс. тонн полностью изготовлена из материалов, разработанных «Прометеем», причем часть конструкций выполнена с применением новых сталей. Из этих же материалов построена платформа «Арктическая». Чтобы избежать износа платформ от соприкосновения с льдом и чтобы ледоколы могли ходить в тяжелых льдах без частых ремонтов корпусов, в «Прометее» разработали технологию так называемой плакированной двухслойной стали. Ее опробовали на самом современном атомном ледоколе «50 лет Победы», принятом в эксплуатацию в 2007 году, и на той же «Приразломной», создав на ней ледовый пояс, обеспечивающий сорокалетний срок службы. Разработки петербургских ученых получили признание и у мировых лидеров строительства платформ: Норвегия создает три многофункциональные платформы Moos Maritime для работы в арктических условиях из материалов и на основе технологий «Прометея».

Разработав технологию термомеханической обработки с использованием интенсивной пластической деформации, в «Прометее» научились получать очень высокие значения прочности и в то же время пластичности, вязкости и хладостойкости, которые при традиционном легировании при повышении прочности, наоборот, снижаются. Происходит это потому, что при особых условиях пластической деформации структура материала измельчается до наноразмеров (200–300 нм), что и определяет такие высокие характеристики.

Особенно ярко эти свойства проявляются в трубных сталях, разработанных в рамках проекта «Магистраль», — они намного превышают существующий мировой уровень. Технологию производства штрипса (стальной полосы — заготовки для труб) из таких материалов обкатали на стане «Северстали», а сами трубы начали выпускать на Ижорском трубном заводе. Позже производство штрипса было освоено и на ММК, а в Челябинске запустили еще один трубный завод. В итоге разработки «Магистрали» позволили полностью избавиться от импорта, а заполярный газопровод Бованенково—Ухта протяженностью 1100 км и частью проходящий по дну залива Карского моря стал первой транспортной системой в стране, полностью построенной из отечественных хладостойких труб. К тому же новая технология оказалась дешевле, так как за счет наноструктурирования материала удалось снизить использование дорогих легирующих металлов. Кроме того, говорит Виктор Малышевский, возможности технологий, полученных при реализации проектов «Металл» и «Магистраль», еще далеко не исчерпаны. Основные преимущества новых конструкционных сталей и сплавов в том, что возможно создание новых сочетаний потребительских свойств материалов с унифицированным химическим составом за счет регулирования в них доли наноструктуры не только для судостроения и производства труб, но и для более широкого промышленного применения.

Заполярный флот

Центральную роль в технологическом освоении Арктики, безусловно, играют создатели морской техники. Технологии для экстремальных условий Севера, прежде всего связанные с ледовыми качествами судов, моделируются, создаются и проходят обкатку в ведущем российском научном центре кораблестроения и морской техники ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова. Ни один военный корабль, ни одно гражданское судно или морская платформа не могут быть спущены на воду без проведения комплекса испытательных работ, математических расчетов и натурных испытаний на экспериментальных стендах и в технических лабораториях центра. Его единственный аналог в мире — Тейлоровский центр в США, основной конкурент крыловцев во время холодной войны. В последние годы Крыловский центр становится средоточием ключевых арктических технологических компетенций, от научных разработок до конструирования собственно техники и проектного инжиниринга, собирая вокруг себя основных игроков в этой области.

Генеральный директор Крыловского центра Андрей Дутов мечтает о российском арктическом центре

Арктический флот Советского Союза был самым большим в мире, по объемам перевозок и эксплуатационным возможностям он намного опережал другие страны — в значительной степени это было обусловлено передовыми научно-техническими и производственными возможностями советских разработчиков. В конце 1979 года вышло знаковое постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР о переходе на продленную, вплоть до круглогодичной, навигацию в Арктике. Это решение, по словам генерального директора Крыловского центра Андрея Дутова , дало значительный толчок дальнейшему развитию арктического флота. Уже в то время, рассказывает Дутов, ЦНИИ им. Крылова начал перспективные проработки совместно с ЦКБ «Айсберг», например ледокола «Лидер» с ядерной силовой установкой 110 МВт, вдвое превышающей энергетику существующих ледоколов типа «Арктика». Но настали непростые для нашей страны времена, и дальше первых проработок дело не пошло. Депрессия 1990-х — начала 2000-х нанесла огромный ущерб судостроительной промышленности.