Технологии производства изделий из многослойных
реклама
Технологии производства изделий из многослойных металлических материалов повышенной коррозионной стойкости с ”протекторной питтинг-защитой” Содержание проекта Многослойный металлический материал - это новый класс коррозионностойких и термостойких материалов. В предлагаемых композиционных материалах успешно реализованы конструкционный и активный метод защиты от коррозии. Они имеют структуру трех или многослойных металлических композиций, в которых в определенном соотношении сочетаются слои высоколегированных и углеродистых сталей, специальных сплавов, цветных металлов. Назначение того или иного состава слоев многослойных материалов производится в зависимости от агрессивной среды и соотношения электрохимических потенциалов используемых компонентов, а также величины рабочего давления, температуры и ряда других факторов. Принципиально новым является применение в структуре многослойных материалов внутренних слоев-протекторов, которые заключены между слоями более стойких в коррозионном отношении сплавов и между которыми установлена прочная связь. Научно-технические и конструкторские решения, используемые при создании многослойных материалов, позволяют изменить характер развития коррозионных процессов в ходе эксплуатации оборудования и трансформировать возникающую в материале питтинговую коррозию в общую, скорость развития которой намного меньше и которая подавляется коррозионностойким слоем композита. Преимущества над аналогами В целом, реализующееся в рамках проекта решение не имеет 100%-ных аналогов по эффективности ни в России, ни на международном рынке. Предлагаемая разработка обладает следующими уникальными преимуществами относительно других методов защиты от питтинговой (точечной) коррозии: 1. возможен контроль коррозионных процессов неразрушающими методами контроля (без остановки технологического цикла) 2. существенно повышается рабочий ресурс металлических и неметаллических конструкций и узлов оборудования в 5-15 раз 3. осуществляется значительная экономия сырья при создании антикоррозийного материала за счёт использования большой доли более дешёвых конструкционных сталей. 4. универсальность – возможно изменять количество и состав слоев, для эффектной работы материала в агрессивных средах при различных давлениях и температур 5. при добавлении в состав многослойного материала жаро-коррозионностойких металлов эксплуатируемое энергетическое оборудование способно выдерживать нагрузку при сверхкритических параметрах пар( температуру до 750 градусов, давление до 24 Мпа). Области применения Области применения многослойного металлического материала очень разнообразны: 1. Энергетическая промышленность (сырьевые материалы для угольных станций) 2. Нефтеперерабатывающая промышленность (конструкционные материалы для конденсационно-холодильного оборудования, градирней) 3. Судостроение (корпуса танкеров, ледоколов; морские платформы) 4. Химическая промышленность (материалы для строительных конструкций, эксплуатируемых в химических агрессивных средах) 5. Электроэнергетика (крышки турбины, направляющий аппарат и сервомоторы, статор, ротор, трубопроводы для ГЭС) 6. Машиностроение (производство оборудования и машин специального назначения - горного, металлургического оборудования, пр.) 7. Транспортное строительство объектов специального назначения (мосты, туннели, эстакады и прочие несущие конструкции) 8. Аэрокосмическая промышленность (сырьевые материалы для авиационной техники) 9. Культурное наследие (памятники и др. сооружения из металла) 10. Коммунальное хозяйство (все бытовые и промышленные приборы и аппараты – начиная от пищевых баков для приготовления пищи до дорожных знаков). На основе маркетинговых исследований рынков сбыта композиционного материала, а также опираясь на стратегию развития мировой энергетической промышленности до 2030 года, было выявлено, что на данный момент наиболее актуально будет применение материала именно в энергетике (сверхкритические технологии), так как с применением многослойного материала возможно осуществить переход угольных станций на сверхкритический и суперсвехкритический цикл производства ( температура до 750 градусов, давление до 24 Мпа), тем самым увеличить КПД современного энергетического оборудования с 37 до 52%. Важность поставленной задачи закреплена в международных и национальных документах (копии которых высылаю в приложении). Сроки и этапы реализации проекта 1. этап (с 01.07.2013 по 31.12.2013) Проведение теоретических и экспериментальных исследований по технологическим схемам получения многослойных трубных заготовок с протекторной питтинг-защитой сваркой взрывом для условий внутреннего и внешнего воздействия агрессивной среды. Разработка технического предложения (аванпроект). Разработка эскизного проекта - разработка конструкторской и технологической документации на экспериментальные образцы. 2. этап (с 01.01.2014 по 30.06.2014) Испытания экспериментального образца - оценка соответствия макета требованиям ТЗ и эскизного проекта. Коррозионные испытания многослойных трубных заготовок с протекторной питтинг-защитой, определение их ресурса работы в соответствии с ГОСТ Р9.905-2007 "Единая система защиты от коррозии и старении. Методы коррозионных испытаний, общие требования", ГОСТ 9.908-85 "Единая система защиты от коррозии и старения металлы и славы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости", ГОСТ 9.912-89 "Единая система защиты от коррозии и старения. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии". Механические испытания многослойных трубных (диаметром от 30 до 500 мм) заготовок с протекторной питтинг-защитой, полученных сваркой взрывом 3. этап (с 01.07.2014 по 31.12.2014) Корректировка и разработка окончательной конструкторской и технологической документации на опытные образцы многослойных трубных (диаметром от 30 до 500 мм) заготовок с протекторной питтинг-защитой, полученных сваркой взрывом для условий внутреннего и внешнего воздействия агрессивной среды. Разработка технических условий на трубопроводы повышенной коррозионной стойкости из многослойных материалов с протекторной питтинг-защитой и добровольное сертифицирование продукта в целях подтверждения соответствия продукции требованиям нормативно-технической документации с последующим получением сертификата соответствия ГОСТ Р. Аттестация сварочных технологий в соответствии с РД 03-615-03 "Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов". Экспертиза документов (Ростехнадзор). Регистрация изделия; получение Регистрационного удостоверения (Ростехнадзор), получение разрешения на применение. Вывод разработанной продукции на рынок. Описание базовой технологии Питтинговая коррозия представляет собой процесс разрушения металлических материалов, приводящий к образованию питтингов, т.е. язв, полостей в металле, начинающихся с его поверхности. Питтинги возникают главным образом в защитном слое по местам различных дефектов (трещин от внутренних напряжений, пор, микровключений, выхода на поверхность границ зерен, дислокаций и т.п.). В зависимости от продолжительности питтинговой коррозии и др. факторов глубина и поперечник питтингов могут изменяться от нескольких мкм до нескольких см. Питтинги могут нарушать функционирование самых различных изделий - от тонких мембран и проводников микросхем в приборостроении до толстостенных аппаратов, емкостей и труб в химической и нефтехимической промышленности. Среди причин коррозионных повреждений химического и энергетического оборудования ответственного назначения доля питтинговой коррозии составляет от 15 до 70%. От питтингов часто развиваются коррозионные трещины, что значительно повышает опасность питтинговой коррозии. Питтинговая коррозия протекает по электрохимическому механизму. Линейная скорость углубления питтинга при стабилизировавшейся питтинговой коррозии металла может достигать десятки мм/год. Это обусловлено тем, что в питтинге локализуется анодная реакция, а катодная реакция чаще всего протекает в намного большей по размерам зоне поверхности вокруг питтинга, если защитный слой достаточно электропроводен. В этой связи применение высоколегированных сталей и специальных сплавов, а также большинства токопроводящих коррозионностойких покрытий, не может обеспечить эффективную защиту оборудования от коррозионного повреждения. Основой предлагаемого проекта является использование многослойных металлических материалов с протекторным защитным слоем взамен монометаллических или биметаллических коррозионностойких материалов. Состав и количество слоев (не менее 3-х) композиционного материала с "протекторной питтинг-защитой" выбирается в зависимости от характеристик среды эксплуатации изделия и соотношения электрохимических потенциалов в данной среде таким образом, чтобы слой, непосредственно контактирующий с агрессивной средой, имел высокую стойкость против общей коррозии и обладал достаточно высоким значением электрохимического потенциала и в соответствии с диаграммой Пурбэ мог испытывать только питтинговую коррозию. В процессе эксплуатации в силу различных причин, обозначенных выше, образуются участки питтинговой коррозии, которые распространяются вглубь первого слоя (рисунок 1, а). Второй слой служит протектором и имеет более низкий потенциал по сравнению с первым. При достижении агрессивной средой второго слоя, в нем начинается общая коррозия (Рисунок 1, б – в). На таких участках образуются гальванические пары, приостанавливающие дальнейшее распространение питтинговой коррозии. Наряду с этим, продукты реакции, как правило, имеют больший удельный объем по сравнению с исходными компонентами, создают внутреннее давление и препятствуют активному проникновению в зону коррозии новых реагентов. Может происходить и зашлаковка каналов питтинга. Наиболее важным здесь является условие выбора первого второго и третьего слоёв таким образом, чтобы их электрохимические потенциалы обеспечивали полную пассивацию питтинговой коррозии (исключение её образования) в третьем слое до тех пор, пока из продуктов коррозии во втором слое не будет образована линза диаметром несколько десятков сантиметров. Коррозионные процессы не могут проникать вглубь и поражать третий и последующие слои, пока не будут выполнены указанные условия. Скорость коррозионного разрушения при этом снижается от 5 до 15 раз. Это является основой существенного повышения надежности и работоспособности конструкций, изготовленных из данных материалов. Рисунок 1 - Схема протекания коррозии по методу «протекторной питтингзащиты» С течением времени, зона развития общей коррозии во втором слое может постепенно увеличиваться и достигать некоторого критического значения, при котором возможным становится дальнейшее развитие питтинговой коррозии в наружном слое. Однако, при этом размеры участков общей коррозии таковы, что возможно гарантированное и своевременное обнаружение их методами неразрушающего контроля без остановки технологического процесса, что также является важным фактором в обеспечении безопасности объектов. Третий слой предлагаемых композиционных материалов по электрохимическому потенциалу должен быть выше протекторного и не ниже первого слоя. По химическому составу он может быть аналогичен первому, хотя это условие не является обязательным. "Протекторная питтинг-защита" предполагает наличие в материале не менее трех слоев, отличающихся химическим составом и электрохимическим потенциалом. Наряду с этим, при наличии двустороннего воздействия агрессивной среды оптимальными являются многослойные материалы с числом слоев 5 и более. Наружный и внутренний слои выбираются из условия развития в них питтинговой коррозии и могут отличаться по химическому составу. Могут отличаться по химическому составу и протекторные слои. Исходя из условий формирования протекторной питтинг-защиты, материалы основных и протекторных слоев могут находиться в достаточно широком диапазоне химического состава. Вместе с тем, экономически выгодным и эффективным является использование в качестве протекторных слоев таких металлических материалов, в которых имеется минимальное количество дорогостоящих легирующих элементов. Данным экономическим предпосылкам отвечают многие низкоуглеродистые конструкционные стали. Возможными способами производства многослойных коррозионностойких материалов с протекторной питтинг-защитой являются дуговая наплавка, электрошлаковая наплавка, горячая пакетная прокатка, диффузионная сварка в вакууме и в защитных газах, сварка взрывом. Наплавка проволочными или ленточными электродами, сплошного сечения, либо порошковыми материалами, имеет относительно низкую производительность и вызывает перемешивание металлов основного и плакирующего слоев, что может привести к образованию хрупких прослоек на границе. При значительной толщине плакирующего слоя выполняют наплавку в несколько слоев, что не всегда обеспечивает требуемое качество поверхности. При электрошлаковой наплавке в условиях более высокой производительности ширина зоны перемешивания увеличивается в несколько раз по сравнению с дуговой наплавкой. При горячей пакетной прокатке нагретые заготовки подвергают совместной пластической деформации. Технология включает следующие операции: подготовка заготовок основного и плакирующего металла, сборка и сварка пакетов, нагрев и деформация пакетов, термическая обработка и отделка полученных полуфабрикатов. Подготовка контактирующих поверхностей зависит от состава материалов. Для коррозионностойкого слоя из хромистых сталей оксиды хрома ухудшают схватывание и препятствуют получению прочного соединения слоев. Поэтому необходимо использовать защиту от окисления в виде промежуточных слоев, например, никеля, путем вакуумирования или использования инертных газов. Технологической сложностью процесса являются ограничение возможных сочетаний материалов из-за различия значений термического коэффициента линейного расширения, что вызывает усложнение сборки пакетов перед прокаткой. Требуется создание условий для свободного расширения пластин. Нагрев приводит к взаимной диффузии элементов и возможному образованию промежуточных слоев. Химически активные материалы требуют вакуумирования, что еще более усложняет технологический процесс. Диффузионная сварка в вакууме или в защитной атмосфере инертных газов позволяет получить заготовки с высоким качеством поверхности, не требующей последующей обработке. Однако для получения изделий с площадью уже около одного квадратного метра требуется применение мощного прессового оборудования, что не позволяет серийно изготавливать средне- и крупногабаритные изделия. Сварка взрывом в сочетании с последующей горячей или холодной пакетной прокаткой широко используется для получения биметаллических и многослойных материалов значительной площади. Это процесс получения неразъемных соединений, которые образуются в результате соударения под некоторым углом поверхностей металлических тел. Метание соединяемых материалов осуществляется за счет расширения продуктов детонации взрывчатых веществ, которые сообщают метаемой пластине значительную скорость, достигающую нескольких сотен метров за секунду (Рисунок 2). В процессе сварки взрывом в точках контакта создается давление порядка нескольких гигапаскалей, под действием которого происходит пластическая деформация металлов метаемого и неподвижного элементов. При этом образуется кумулятивная струя, очищающая свариваемые поверхности. В результате совместной пластической деформации образуется соединение. В зависимости от параметров сварки линия соединения может быть волнообразной или не иметь явно выраженного волнового характера. Рисунок 2 - Схема получения многослойного металлического материала методом сварки взрывом Сварку взрывом выполняют по плоской или цилиндрической схемам. В первом случае получают заготовки, площадь которых может ограничиваться только размерами листового проката. По цилиндрической схеме осуществляют наружное или внутреннее плакирование. Сварка взрывом отличается от других способов сварки значительным давлением и малой продолжительностью. Время сварки составляет несколько микросекунд. Пластическая деформация вызывает значительное повышение температуры, которое локализуется в зоне малой толщины вдоль всего сварного шва. В зависимости от параметров сварки может происходить частичное оплавление соединяемых металлов. При форсированных режимах может образовываться сплошная прослойка расплава. Сварка взрывом имеет существенные преимущества, которые позволяют успешно применять этот способ для получения многослойных композиционных материалов с протекторной питтинг-защитой по плоской или цилиндрической схеме. Основными из них являются: 1. Высокопрочные соединения получаются не только при сварке однородных, но и разнородных металлов и сплавов. 2. Сваркой взрывом можно соединять металлы, значительно отличающиеся температурами плавления и термическим коэффициентов линейного расширения, например, тантал и алюминий. 3. Малое время существования высоких температур в зоне соединения позволяет сократить время диффузионных процессов и сваривать материалы, образующие хрупкие интерметаллидные соединения, например, медь и алюминий, сталь и цирконий, сталь и титан. 4. Толщина плакирующего слоя может изменяться в широких пределах, а толщина плакируемого элемента ограничивается только толщиной проката. 5. За один технологический цикл сварки могут быть получены многослойные композиционные материалы. 6. При сварке взрывом возможно получить неразъемное соединение больших поверхностей (до нескольких десятков квадратных метров). Сварка взрывом является весьма эффективным, а в ряде случаев единственно возможным способом получения многослойных материалов. Разработчики предлагаемого проекта обладают необходимыми научными знаниями, технологиями ноу-хау, конструкторской и технологической документацией, практическим опытом производства многослойных металлических материалов сваркой взрывом. По технологии сварки взрывом в настоящее время получены образцы трех-, четырёх- и пятислойных коррозионностойких материалов с "протекторной питтингзащитой" следующих составов: 08Х18Н10Т–Сталь 08кп–08Х18Н10Т, 08Х18Н10Т–Сталь 08кп–08Х18Н10Т–09Г2С, 08Х18Н10Т–Сталь 08кп-08Х18Н10Т–Сталь 08кп–08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т–Сталь 10–12Х18Н10Т–09Г2С, ХН65МВ–08Х18Н10Т–ХН65МВ, ВТ1-0–Сталь 08Х17–ВТ1-0, ВТ1-0–Сталь 08кп–ВТ1-0 и некоторые другие. Оценка эффективности и результативности проекта По оценке экспертов две трети всех угольных станций были введены в строй более 20 лет назад. Они имеют среднюю эффективность 29% и выбрасывают в атмосферу 3,9 млрд тонн СO2 в год. Лучшие мировые модели современных станций обладают эффективностью 45-47%. В этой связи во всех развитых странах мира идет интенсивный поиск решений, направленных на повышение КПД тепловых и электростанций до 50-55% и более, что способствует экономии энергоносителей, существенному (свыше 30-40%) сокращению выбросов СO2 в атмосферу. Важность поставленной задачи закреплена в международных и национальных документах (Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», Паспорт программы инновационного развития ОАО “ФСК ЕЭС” до 2016г. с перспективой до 2020г.). В соответствии с этим в принципах энергетической стратегии России до 2030 года также заложен инновационный подход к проблемам современной энергетики. Наиболее перспективным направлением в вопросах повышения КПД энергетических установок, использующих топливо, является разработка технологий усовершенствованного парового цикла или технологий со сверхкритическим и суперсверхкритическим паровым циклом. Такие технологии планируются внедрить на современные энергетические установки, расположенные на территории стран: в Европе, Японии при строительстве новых угольных станций, в США и Китае, где уже сейчас строится до половины всех новых станций с применением сверхкритических технологий. Вместе с этим, станции со сверхкритическим и суперсверхкритическим паровым циклом, работающие при температурах до 700°С и выше, требуют проведения дальнейших исследовательских и конструкторских работ. Предварительные экспертные оценки показывают, что производственные затраты при сооружении станций со сверхкритическими параметрами в среднем на 12-15% выше, чем станций с докритическим паровым циклом. При этом также увеличиваются затраты, связанные с обслуживанием станций. С другой стороны, ожидается, что снижение затрат на подготовку угля и операции с отходящими газами могут привести к сокращению эксплуатационных затрат на 13-16%. Учитывая то, что сверхкритические и суперсверхкритические технологии в энергетике еще находятся на относительно ранней стадии разработки, неопределенность стоимости производства, затрат на строительство и материалы свидетельствует о возможности изменения приведенных выше данных. По этой причине технологии сверхкритического парового цикла являются коммерческими, и существующие проекты финансируются частным сектором. Основным препятствием в развитии сверхкритических технологий является то, что использование более высоких рабочих температур и давлений требует применения материалов, которые могли бы выдерживать экстремальные условия. Международными экспертами отмечается, что производства необходимых для осуществления сверхкритических процессов материалов, обладающих высокой жаростойкостью и жаропрочностью, повышенной коррозионной стойкостью и надежностью в эксплуатации при условии обеспечения высоких механических прочностных характеристик с приемлемым уровнем затрат на сегодняшний день не существует. Так, например, имеющиеся легированные стали, включая жаропрочные стали аустенитного класса, могут длительно использоваться при температуре до 600-650 °С. Никелевые сплавы, первоначально предназначавшиеся для газовых турбин, могут выдерживать температуры до 750 °С, но стоимость их производства значительно превышает стоимость стали и не оправдывает финансовых вложений в развитие сверхкритических технологий. Кроме того, высоколегированные стали и специальные сплавы при экстремальных условиях работы оказываются в значительной степени подверженными питтинговой коррозии, существенно повышающей эксплуатационные риски энергетических установок. В этой связи в мире предпринимаются серьезные научно-исследовательские и конструкторские работы, направленные на создание новых материалов, необходимых для работы станций при экстремальных температурах и давлениях. Наряду с поиском новых материалов проводятся также научно-исследовательские работы по снижению производственных и эксплуатационных затрат сверхкритического оборудования. Глобальность поставленных задач и их перспективная значимость обусловили пристальное внимание к проводимым исследователями работам государственных органов. В Европе, США, Японии, Китае и др. странах ежегодно увеличивается государственное финансирование фундаментальных и прикладных научных исследований и опытно-конструкторских работ по разработке новых материалов и оптимизации конструкций сверхкритических установок. С каждым днем в мире усиливается конкурентная борьба за обладание материалами и принципами построения конструкций энергетических сверхкритических установок, обеспечивающих энергетическую стабильность и независимость при уменьшении уровня негативного воздействия на окружающую среду. Авторами проекта было рассмотрено состояние тепловой энергетики Украины, динамика потребления органического топлива и перспективы использования каменного угля с учетом высокоэффективных технологий его сжигания. Показано, что повышение КПД на современных тепловых электростанциях может быть достигнуто за счет использования суперсверхкритических параметров пара. Так, использование водяного пара с параметрами t1= 700-720°С и p1= 300-320 бар приводит при двух промежуточных и десяти регенеративных отборах к повышению эффективного КПД до 54-58 %. Энергетика Украины является мощной отраслью и, несмотря на кризисные явления в экономике полностью обеспечивает функционирование хозяйственного комплекса и социальной сферы страны. Установленные генерирующие мощности на начало 2007 г. составляли 52,0 млн кВт, из них более 65 % размещено на тепловых электростанциях (ТЭС) и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), в том числе 50 % на ТЭС, которые сжигают твердое топливо. Для повышения КПД в Западной Европе, Китае и США новые ТЭС с факельным сжиганием угля строятся на параметры значительно выше сверхкритических (суперсверхкритические). Электрическая мощность современных энергоблоков, которые сжигают уголь, превышает 1000 МВтэл, а КПД достигает 43-45 % [7]. В рамках программы «Thermie AD 700» исследуются возможности построения электростанций с паровыми турбинами на давление 375 бар и температуру пара t = 700°С и выше. В таких электростанциях КПД должен превысить 50 %. Ожидается сокращение на 15 % удельного расхода топлива и выбросов в окружающую среду. Повышение КПД установок достигается не только за счет применения суперсверхкритических параметров, но и за счет использовании многоступенчатого промежуточного перегрева пара, лучшего использования теплоты отходящих газов, меньших расходов энергии на собственные нужды и благодаря применению многоступенчатого предварительного подогрева питательной воды. Передовые технологии позволяют осуществить переход энергетического оборудования, работающего на основе перегретого пара, на сверхкритический и суперсверхкритический цикл производства (температура до 750 ⁰ С, давлений до 25 МПа), увеличив КПД установок на 15-17%, при снижении удельного выброса CO2 на 15% (в таблице 1 приведены показатели КПД, действующих на электростанциях). Проблема состоит в том, что материалов, которые должны выдерживать экстремальную нагрузку с приемлемым уровнем затрат, не существуют. Таблица 1 – Возможное развитие КПД Состояние современной энергетической Паросиловые Возможное развитие к промышленности 2012г. 2020г. (КПД) (КПД) Менее 40% Свыше 55% До 45% До 60% Около 33-39% До 55-65% блоки Угольные энергоблоки Газотурбины Актуальность и социально-экономическая значимость По оценке экспертов две трети всех угольных станций были введены в строй более 20 лет назад. Они имеют среднюю эффективность 29% и выбрасывают в атмосферу 3,9 млрд тонн СO2 в год. Лучшие мировые модели современных станций обладают эффективностью 45-47%. В этой связи во всех развитых странах мира идет интенсивный поиск решений, направленных на повышение КПД тепловых и электростанций до 50-55% и более, что способствует экономии энергоносителей, существенному (свыше 30-40%) сокращению выбросов СO2 в атмосферу. Важность поставленной задачи закреплена в международных и национальных документах. В соответствии с этим в принципах энергетической стратегии России до 2030 года также заложен инновационный подход к проблемам современной энергетики. Наиболее перспективным направлением в вопросах повышения КПД энергетических установок, использующих топливо, является разработка технологий усовершенствованного парового цикла или технологий со сверхкритическим и суперсверкритическим паровым циклом. Такие технологии нашли применение в Европе и Японии при строительстве новых угольных станций, в США и Китае, где уже сейчас строится до половины всех новых станций с применением сверхкритических технологий. Вместе с этим, станции со сверкритическим и суперсверхкритическим паровым циклом, работающие при температурах до 700 °С м выше, требуют проведения дальнейших исследовательских и конструкторских работ. Предварительные экспертные оценки показывают, что производственные затраты при сооружении станций со сверхкритическими параметрами в среднем на 12-15% выше, чем станций с докритическим паровым циклом. При этом также увеличиваются затраты, связанные с обслуживанием станций. С другой стороны, ожидается, что снижение затрат на подготовку угля и операции с отходящими газами могут привести к сокращению эксплуатационных затрат на 13-16%. Учитывая то, что сверхкритические и суперсверхкритические технологии в энергетике еще находятся на относительно ранней стадии разработки, неопределенность стоимости производства, затрат на строительство и материалы свидетельствует о возможности изменения приведенных выше данных. По этой причине технологии сверхкритического парового цикла являются коммерческими и существующие проекты финансируются частным сектором. Основным препятствием в развитии сверхкритических технологий является то, что использование более высоких рабочих температур и давлений требует применения материалов, которые могли бы выдерживать экстремальные условия. Международными экспертами отмечается, что производства необходимых для осуществления сверхкритических процессов материалов, обладающих высокой жаростойкостью и жаропрочностью, повышенной коррозионной стойкостью и надежностью в эксплуатации при условии обеспечения высоких механических прочностных характеристикс приемлемым уровнем затрат на сегодняшний день не существует. Так, например, имеющиеся легированные стали, включая жаропрочные стали аустенитного класса, могут длительно использоваться при температуре до 600-650 °С. Никелевые сплавы, первоначально предназначавшиеся для газовых турбин, могут выдерживать температуры до 750 °С, но стоимость их производства значительно превышает стоимость стали и не оправдывает финансовых вложений в развитие сверхкритических технологий. Кроме того, высоколегированные стали и специальные сплавы при экстремальных условиях работы оказываются в значительной степени подверженными питтинговой коррозии, существенно повышающей эксплуатационные риски энергетических установок. В этой связи в мире предпринимаются серьезные научно-исследовательские и конструкторские работы, направленные на создание новых материалов, необходимых для работы станций при экстремальных температурах и давлениях. Наряду с поиском новых материалов проводятся также научно-исследовательские работы по снижению производственных и эксплуатационных затрат сверхкритического оборудования. Глобальность поставленных задач и их перспективная значимость обусловили пристальное внимание к проводимым исследователями работам государственных органов. В Европе, США, Японии, Китае и др. странах ежегодно увеличивается государственное финансирование фундаментальных и прикладных научных исследований и опытно-конструкторских работ по разработке новых материалов и оптимизации конструкций сверхкритических установок. С каждым днем в мире усиливается конкурентная борьба за обладание материалами и принципами построения конструкций энергетических сверхкритических установок, обеспечивающих энергетическую стабильность и независимость при уменьшении уровня негативного воздействия на окружающую среду. Итоги проекта В рамках проведенных исследований разработаны научные основы формирования многослойных материалов с "протекторной питтинг-защитой" из различных сталей и сплавов. Получены многослойные листы различных номенклатур и типоразмеров. Проведены ускоренные коррозионные испытания нового материала. Технология получения многослойного металлического материала “с протекторной питтинг-защитой” запатентована более чем в 30 странах (получен Евразийский и Украинский патенты, копии которых высылаю в приложении). 2012 год Для сертифицирования полученного композиционного материала разработан ТУ0989_001_43070235_12-1.(копию которого высылаю в приложении). И в настоящее время завершена процедура добровольной сертификации нового материала. 2013 год. Проведены маркетинговые исследования рынков сбыта композиционного материала. Заложены теоритические принципы получения неразъемных конструкций из многослойного материала. В сентябре 2012 года компания “ROMET” стала резидентом фонда “Сколково” в кластере ЭнергоТех. В настоящее время ведутся активные переговоры с представителями кластера ЭнергоТех по вопросу получения грантового финансирования от фонда “Сколково” на второй стадии “ЭнергоТех”. В сотрудничестве с Московским Центром Коммерциализаций Инновации, были проведены маркетинговые исследования рынков сбыта композиционного материала В ближайшее время совместно с научно-исследовательским физико-химическим институтом имени Л.Я. Карпова на базе Пензенского Государственного Института, планируется провести коррозионные испытания реактора СКВО, изготовленного из многослойного металлического материала. Испытания оборудования будут проводиться, при сверхкритических параметрах пара (температура до 750 градусов, давление до 24 МПА). В декабре 2012 г. проект учувствовал в “Russianstartupindex” и получил высокую оценку инвестиционной привлекательной (BBB) от экспертов (Гайка Асрияна, Игоря Пичугина, Александра Журбы, Григория Улькина) В марте 2013 г. проект занял первое место на конкурсе “Техностарт урал”, организованном группой ОМЗ. В рамках конкурса проект был представлен генеральному директору “Уралмашзавода” Андрею Салтанову, а также президенту ОАО ОМЗ – Вадиму Махову. Они продемонстрировали прямую заинтересованность в получении продукта из многослойного материала (парогенераторы, паросиловые блоки). По завершению конкурса директором по развитию инновационных проектов, Дмитрием Степкином, было предложено сотрудничество в рамках реализации проекта “Многослойные металлические материалы” В марте 2013 г. – команда проекта приняло участие в научно-технической конференции для специалистов в области атомной энергетике на территории ОАО ОКБ “Гидропресс”. Заместитель директора по науки - Зубченко А.С. высоко оценил проект, выступил с предложением по совместным экспериментам по изучению механических и коррозионных свойств представленного материала, а также указал дальнейшие шаги для внедрения разработки. Для внедрения многослойного металлического материала в промышленность необходимо получение соответствующих сертификационных документов, а так же положительное заключение на использование материала от РОСТЕХНАДЗОРа. Такая процедура сертифицирования по предварительным подсчетам займет 12 месяцев, в это же время будут заключены договора о намерениях с ведущими мировыми и Российскими предприятиями, которые на своих площадках будут способны не только использовать новый материал, а так же его производить в рамках заключенного лицензионного соглашения. Предполагается расширение штата сотрудников рабочих и инженерно-технических специальностей. Планируется расширить номенклатуру выпускаемых многослойных материалов, увеличив их площадь до 20 кв. м, создать промышленную площадку (производственное здание до 1000 кв. м и полигон площадью до 4 га для проведения взрывных работ). Заключительные положения с выводами о перспективах внедрения работы. Практическая ценность реализуемого проекта состоит в разработке многослойного металлического материала с «протекторной питтинг-защитой» повышенной коррозионной стойкости в различных агрессивных средах. В настоящее время разработаны и апробированы листовые и трубные схемы их получения сваркой взрывом площадью от 0,5 до 12 м2 , изготовлены опытные образцы трёх- и четырёх- и пятислойных материалов с различным электрохимическим потенциалом составов 08Х18Н10Т-Сталь 08кп08Х18Н10Т, 08Х18Н10Т-Сталь 08кп-08Х18Н10Т- 09Г2С, 08Х18Н10Т-Сталь 08кп08Х18Н10Т-Сталь 08кп-08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т-Сталь 10-12Х18Н10Т-09Г2С, ХН65МВ08Х18Н10Т-ХН65МВ, ВТ1-0-08Х17-ВТ1-0, ВТ1-0-Сталь 08кп-ВТ1-0 и др. Проведены лабораторные испытания указанных материалов в модельных средах, которые свидетельствуют о возможности изменять характер развития коррозионных процессов, трансформируя возникающую в материале первого слоя питтинговую коррозию при достижении второго (жертвенного) слоя - в общую коррозию. Установлено, что указанная трансформация имеет в своей основе электрохимическую природу, связанную с различием стационарных электрохимических потенциалов в диапазоне от электрохимического потенциала полной пассивации до электрохимического потенциала перепассивации основных и протекторных слоев многослойного композита. Экспериментально подтверждено, что благодаря такой трансформации, а также ряду других физико-химических процессов и превращений, материал рабочего, а также несущего или силового слоя изделия не подвергается коррозии в течение длительного времени, в результате чего коррозионная стойкость предлагаемых многослойных материалов и изделий из них повышается в среднем от 5,0 до 15,0 раз по сравнению с традиционными материалами в зависимости от характера и температуры рабочей агрессивной среды, величины избыточного давления и других условий эксплуатации. На данное техническое решение в 2008 году подана международная заявка PCT/RU2008/000620 от 26.09.2008 г. «Многослойный материал повышенной коррозионной стойкости (варианты) и способы его получения». По заявке № WO 2010/036139 A1 от 26.09.2008, название «Многослойный металлический материал повышенной коррозионной стойкости и способы его получения», получены Евразийский и Украинский патенты. В настоящее время осуществляется процедура патентования в 30 странах мира. Также был выдан сертификат на соответствие разработанным техническим условиям ТУ0989_001_43070235_12-1 на территории РФ. В ближайшее время планируется провести исследование, направленное на получение неразъемных сварных соединений из многослойного металлического материала, в последующем осуществить коррозионные испытания контроля сварных соединений. На сегодняшний день проведены маркетинговые исследования рынков сбыта композиционного материала. На основе полученных данных, а также опираясь на стратегию развития мировой энергетической промышленности до 2030 года, было выявлено, что на данный момент наиболее актуально будет применение материала именно в энергетике (сверхкритические технологии), так как с применением многослойного материала возможно осуществить переход угольных станций на сверхкритический и суперсвехкритический цикл производства (температура до 750 градусов, давление до 24 МПа), тем самым увеличить КПД современного энергетического оборудования с 15 до 17%. Важность поставленной задачи закреплена в международных и национальных документах. Кроме того, большой интерес к многослойным композиционным металлическим коррозионностойким материалам, разрабатываемым в настоящем проекте, проявляют зарубежные компании. Интерес к предлагаемой продукции проявлен одной из Швейцарских фирм "Raven Group", специализирующейся на "упаковке" продуктов и технологий для конечных потребителей. Среди клиентов фирмы - промышленные предприятия Германии, Великобритании, США, Италии, Франции и Испании. Ближайшие проекты западных промышленных предприятий с участием этой фирмы предполагают строительство нефтеперерабатывающих заводов в Гане ($1,0 миллиард), Кот-д' Ивуар ($3,7 миллиарда), Анголе ($3,3 миллиарда). В качестве одного из барьеров на пути международной реализации проекта с применением многослойной продукции можно рассматривать предложение готовых конструкций из биметаллических материалов корпорации Dynamic Materials Corporation (США), уступающей, однако, по свойствам и потребительским характеристикам, предлагаемым многослойным материалам.