Новые материалы – как их разрабатывают, как тестируют, как внедряют в производство? Объясним на конкретном кейсе – сплав «Северкор» с повышенной износостойкостью, разработанной металловедами НИТУ «МИСиС» совместно с ПАО «Северсталь».
Материаловедческая школа НИТУ «МИСиС» была создана в конце 40-х – начале 50-х. Ее «родителем» (как и многих других научных школ) стал советский атомный проект. Дело в том, что стальные корпуса первых советских атомных реакторов коррозия уничтожала с невиданной скоростью. Проблему надо было срочно решать, но нужных специалистов в стране просто не было. И тогда в Московском институте стали был создан «хитрый» физико-химический факультет, изначально ориентированный на подготовку ученых-материаловедов.
Вопрос, который потребовалось решить ученым НИТУ «МИСиС», был отчасти похож на ту самую советскую историю, только в несколько другом направлении – нефтепромысловом.
Действующие нефтепромысловые трубы работают в условиях постоянного контакта с коррозионно-активной водоэмульсионной смесью нефти и концентрированных солевых растворов. Это приводит к коротким срокам их эксплуатации (около 2 лет) и возникновению непрогнозируемых аварий, которые часто сопровождаются загрязнением обширных территорий.
Вывод: нужно создавать новый материал с повышенной стойкостью к коррозии, который снизит производственные затраты, позволит реже проводить техническое обслуживание нефтепровода и минимизирует риск возникновения аварийных ситуаций.
Именно такой сплав, названный «Северкор» – новый и в 2 раза более износостойкий – и был создан металловедами НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами ПАО «Северсталь». Про три года разработки и тестирования «Северкора» мы и постараемся рассказать.
Все началось в январе 2016 года, когда по заказу «Северстали» НИТУ «МИСиС» приступил к разработке новой коррозионностойкой марки стали с улучшенными механическими характеристиками. Основными требованиями были устойчивость к агрессивной среде транспортируемой сырой нефти и солевых растворов.
Ученые рассчитали условия комплексного микролегирования расплава стали такими элементами, как хром, медь и никель. Введение этих металлов в жидкую сталь позволяет регулировать состав коррозионно-активных неметаллических включений в стали, тем самым уменьшая их негативное влияние на ее свойства. Новый сплав получил название «Северкор».
Создание инновационного сплава заняло около полутора лет. Безусловно, мы, русские, не обманываем друг друга, но когда речь идет о вложениях такого объема, без проверки, увы, не обойтись.
Образцы новой стали
В первой половине 2017 года опытная партия нового сплава была произведена непосредственно на ПАО «Северсталь» на широкополосном «стане 2000» рулонного проката для изготовления прямошовных промысловых труб. Труба, изготовленная из разработанного проката, эксплуатировалась на протяжении года в составе байпасной линии водовода Кокуйского месторождения в районе города Кунгур.
По окончании тестового периода эксперты отдела защиты от коррозии по проектам «Лукойл-Пермь» провели исследование химического состава и структурного состояния металла трубы, по которой подавалась так называемая подтоварная жидкость – смесь первичной сырой нефти с сильноагрессивной сероводородосодержащей водой.
Скорость коррозии в трубе из новой стали составила всего 0,008 мм в год, то есть глубина «коррозионных язв» от воздействия коррозионно-активной жидкости на металл оказалась меньше поверхностных дефектов прокатного производства. Поэтому в будущем планируется выдавать гарантию минимум на двукратное увеличение срока эксплуатации труб – с 2 до 4 лет, полученных с использованием разработанной технологии.
«После годовой работы в условиях нефтепромысла, труба не получила заметного износа. Разработанная совместно с ПАО «Северсталь» технология производства проката для изготовления прямошовных нефтепромысловых труб обеспечила реальное повышение их коррозионной стойкости, — рассказывает один из разработчиков проекта, руководитель лаборатории «Гибридные наноструктурные материалы» НИТУ «МИСиС» Александр Комиссаров. – Такой результат получен благодаря использованию принципиально новых схем легирования (добавления в состав материалов специальных компонентов для улучшения свойств основного материала) и разработанных режимов выплавки и прокатки, обеспечивающих необходимый структурно-фазовый состав стали при производстве рулонного проката. В целом полученные результаты подчеркивают эффективность ориентации научных разработок НИТУ «МИСиС» на решение прикладных задач отечественного промышленного производства в кооперации с ведущими металлургическими предприятиями».
Заведующий лабораторией и фрагмент трубы из нового материала
По мнению разработчиков, использование для изготовления нефтепромысловых труб стального проката, полученного по новой технологии НИТУ «МИСиС», адаптированной к производственным условиям ПАО «Северсталь», позволит существенно снизить как эксплуатационные затраты, так и экологические риски нефтедобычи. Кроме того, изготовление труб сварным способом (а не, например, бесшовным) поможет снизить их стоимость и повысить эффективность нефтедобычи.
По словам Александра Комиссарова, технология весьма конкурентоспособна по мировым меркам. По результатам разработки уже получено три патента РФ, и направлена заявка на получение международного патента.
