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 коррозионностойкими.

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».