Ученые малого инновационного предприятия «Технологии специальной металлургии», созданного на базе НИТУ «МИСиС», по заказу ПАО «ОДК-Сатурн» создали уникальный сплав, совмещающий два взаимоисключающих свойства: коррозионностойкость и высокую жаропрочность. Новый сплав будет использоваться для создания особых газовых турбин для освоения газовых и нефтяных месторождений шельфа, а также для энергетической и судостроительной отраслей.
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 таких пока единицы, в то время как США и Европе уже почти полностью перешли на такие электростанции.
Один из ключевых элементов турбины электростанции — охлаждаемые рабочие и сопловые лопатки из никелевого сплава. Они должны выдерживать температуры до 1100 С, а 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 — непонятно.
За рубежом ученые уже более двадцати лет решают данную проблему. 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
«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 СЛЖС5 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.
«Разработанная нашими специалистами уникальная технология выплавки сплава СЛЖС-5 позволила решить задачу, связанную с введением всех необходимых и 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, генерального директора НТЦ „ТСМ“ на базе НИТУ „МИСиС“ — Прежде, чем получить такой результат, коллектив провел десятки научных экспериментов и лабораторных опытов».
