Искусство взять азот

Анатолий Бабиков

Российских производителей спецсталей подобная ситуация не устраивает. Так, на конференции «Перспективы развития российского рынка нержавеющей стали» (Челябинск, 22 марта) Андрей Салтанов, генеральный директор УК «Эстар», ведущего российского производителя сортового нержавеющего проката, заявил: «Никель — не главный элемент для производства нержавеющей стали. Если цены на продукт поднимаются на неприемлемо высокий уровень, его меняют на более дешевый. Мы вынуждены инвестировать в науку, в поиск альтернативных решений, направленных на замену никеля в сплавах».

Между тем готовые технологии есть. Исследованиями в области получения высокоазотистых сталей занимается ижевский Научно-исследовательский институт металлургической технологии (НИИМТ).

В качестве легирующего элемента удмуртские ученые применяют азот. Он повышает прочность стали, увеличивает ее эластичность, коррозионную и жаростойкость в агрессивных средах. Генеральный директор НИИМТ Анатолий Бабиков убежден: новая технология легирования придет на смену традиционной в самое ближайшее время, если устранить традиционный же тормоз — недостаток инвестиций в науку.

Революционная ситуация

— Анатолий Борисович, чем не устраивает промышленников старая технология легирования стали?

— Чтобы придать стали устойчивость к коррозии, жаропрочность, немагнитность, в нее добавляют цветной металл (ванадий, хром, никель, марганец и т.д.). Но никель, например, стоит сегодня более тысячи рублей за килограмм. В тонне металла из классической нержавеющей стали (Х18Н10Т) содержится 100 кг никеля и 10 кг титана (его цена — 80 долларов за килограмм), а в сплавах с высокой коррозионной и жароустойчивостью содержание никеля доходит до 80%.

— Дело только в цене? Производство высокоазотистой стали называют революцией…

— Потому что эта технология позволяет получить материалы с новыми свойствами, и значительно дешевле. Азот — вокруг нас, его в окружающем воздухе более 70%. Искусство взять азот из воздуха и закачать в сталь — и есть высочайшая технология. Она поможет создать материалы нового поколения.

Применение высокоазотистой стали широко: в авиации — для производства облегченных трубопроводов гидросистем летальных аппаратов; в судостроении — при создании высокопрочных немагнитных материалов. Простой пример. В морском хозяйстве и океанографических исследованиях нужны канаты из таких материалов с длительным сроком службы, но существующие стали, как отечественные, так и зарубежные, производство сверхпрочной и сверхтонкой проволоки для них не обеспечивают. Металл с высоким содержанием азота необходим нефтяникам для создания оборудования, работающего под землей, и для подводной добычи нефти в агрессивных средах. Для энергетиков мы можем разработать технологию производства сталеалюминевых проводов с немагнитными сердечником и оболочкой и грозозащитные немагнитные тросы. Уникальность технологии в том, что такая продукция способна снизить потери при передаче электроэнергии до 40%. Огромные потери изза высокого содержания углерода в металле несет ОАО «Российские железные дороги». У вагонного колеса, выполненного из высокоазотистой стали, коэффициент трения меньше, а износостойкость выше в разы. Специальные низкоуглеродистые нержавеющие стали найдут применение в пищевой, медицинской, химической промышленности.

— Как можно оценить потребность российского рынка в металле с новыми свойствами?

— Он востребован во всем мире. Общая потребность российского рынка оценивается в десятки миллиардов рублей. Себестоимость одной тонны поковок низкоуглеродистых высокоазотистых сталей — 1 млн рублей. Известно, что общая потребность авиации составляет 50 — 60 тонн. Судостроительная промышленность нуждается в заготовках из таких сталей минимум до 2 тыс. тонн ежегодно.

Мы уже имеем заказы на производство высокоазотистой стали. Нефтяники, например, поняли, что вместо того, чтобы закупать трубы для глубинного и горизонтального бурения в Дании, Германии или Японии, их можно изготовить в России, что обойдется им в два-три раза дешевле при сохранении всех необходимых свойств металла. У нас есть заказ на 2 тыс. тонн таких труб.

Проблема в том, что отечественные металлургические предприятия не готовы работать по новым технологиям: требуется серьезная реконструкция, которая повлечет за собой огромные затраты. Например, для реконструкции только двух предприятий на Урале (называть их не буду), где можно было бы начать выпуск металла с новыми свойствами, необходимо 200 — 300 млн рублей.

— Интерес к новому материалу должен быть и у машиностроителей.

— Перед машиностроителями не стоят пока глобальные задачи: в их распоряжении огромный запас металлозаготовок, произведенных в качестве мобилизационных ресурсов еще в советское время. Сейчас этот металл и используется российскими производителями, продается в Китай, Европу. Но качество его уже не отвечает требованиям сегодняшнего дня.

Новые технологии НИИМТа могли бы основательно продвинуть производство оборудования, например, для бумагоделательных машин. Сегодня его выпускают только три страны: Япония, США и Россия в Ижевске. Первые две начали выпускать сталь нового класса с пониженным содержанием углерода (0,05%). В результате выросли скорости вращения валов, а самое главное — намного повысилась их коррозионная стойкость. В итоге завод «Буммаш» делал до 200 каландровых валов, а сегодня — две-три штуки: их перестали брать, наши заводыпроизводители бумаги стали закупать валы на Западе. А проблема решаема: внедрить в промышленных масштабах технологию производства высокоазотистой стали.

В январе мы официально зарегистрировали технические условия проекта, разработанного специально для КамАЗа, чтобы получать металл для штампов горячего деформирования. Материал, поступающий на кузнечное производство КамАЗа, сейчас соответствует ГОСТу, но этот стандарт уже отстал от современных требований. По новым техническим условиям, разработанным в НИИМТе совместно с АвтоВАЗом, мы будем создавать для КамАЗа металл нового класса с высоким содержанием азота. Что даст эта сталь? Снижение себестоимости передней балки автомобиля, коленчатого вала, поворотного кулака. В итоге предприятие сможет не поднимать цену на свой автомобиль. Сейчас комплект штампов на переднюю балку весит 12 тонн, а стоимость одной тонны — около 100 тыс. рублей. На оснастку необходимо и того больше, а снимут с этой оснастки тысячу изделий. Мы разработали технологию получения металла, стойкость которого в полтора-два раза выше, а значит, дорогостоящей штамповой оснастки потребуется на столько же меньше. На контрольных испытаниях штампа передней балки достигнута стойкость 7500 изделий. Отсюда и появляется возможность не повышать цену на автомобиль. Производить металл планируется в цехах ОАО «Буммаш».

Верхи не хотят, низы не могут

— Но преимущества высокоазотистых сталей известны давно…

— Технологии их получения методом плазменно-дугового переплава разработаны в НИИМТе еще в 80-х годах. Производство было организовано на «Ижстали»: фактическое содержание азота достигало 0,85%. В 1984 году мы предложили технологию легирования стали азотом до 1%, разработали пять марок нового класса нержавеющих аустенитных сталей с содержанием азота от 0,2 до 0,9%. Сегодня таких технологий нет больше ни у кого.

В 2002 году сталь с содержанием азота 0,25 — 0,45% получили в московском Институте металлургии и материаловедения РАН совместно с ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» из СанктПетербурга. В 2005 году в прессе сообщалось: ученые «Прометея» получили сталь принципиально нового типа — азотистую, с уменьшенным содержанием дорогостоящих и дефицитных легирующих металлов. Но и в том, и в другом случае это технологии для производства сталей в небольших количествах.

Мы можем производить этот металл на своих мощностях, но в ограниченном объеме. Например, сейчас готовимся к опытной работе (по заказу Росавиакосмоса) совместно с Верхнесалдинским металлургическим производственным объединением «Корпорация ВСМПОАвисма»: оборудование корпорации, металл — НИИМТа.

У нас есть опытнопромышленные технологии, защищенные патентами. Наша сегодняшняя задача — отшлифовать эти технологии и создать оборудование для получения высокоазотистых сталей в промышленном масштабе. А для этого нужны средства.

Если не платить своим, придется платить чужим

— А кадры где возьмете? Нехваткой квалифицированных специалистов сейчас озабочены почти во всех отраслях экономики, металлургия не исключение.

— Специалистов в отрасли катастрофически не хватает. Недавно в нашем институте состоялась встреча ученых Самарского аэрокосмического института, Ижевского и Уральского технических университетов. Ученые пришли к выводу, что НИИМТ — уникальная база для подготовки инженерных кадров для металлургии: здесь представлены все металлургические процессы. Сейчас мы объединяем усилия с Ижевским государственным техническим университетом (ИжГТУ), а также с научными кадрами Самары и Екатеринбурга, чтобы начать готовить бакалавров и инженеров-металлургов. В НИИМТе — современная лабораторная база, чего нет во многих технических университетах. Уже рассчитана стоимость обучения одного специалиста — 60 тыс. рублей в год. Можно будет пройти и стажировку.

— Какие предприятия уже высказали заинтересованность?

— Идет процесс… Совместно с ИжГТУ мы подготовили инвестиционный проект стоимостью в 100 млн рублей, в том числе для организации дистанционного образования в системе Elearning с мультимедийной составляющей. Организация учебного процесса и набор первой группы планируется в 2008 году, конечно, если найдем инвесторов. В Удмуртии металлургическое производство действует на трех предприятиях — ОАО «Ижсталь», ОАО «Буммаш», ОАО «Ижевский механический завод». Здесь ежегодно востребовано более 100 специалистов — им этот проект будет полезен. Учитывая, что в нашей стране и в мире растет интерес к металлу с высоким содержанием азота, потребуется много специалистов, умеющих его получать.

— При наличии кадров технологии НИИМТа будут конкурентоспособны?

— Теоретически да. Но на практике ситуация оптимизма не внушает. Производство нержавеющей стали в России сократилось (по данным ассоциации «Спецсталь», в 1991 году выпущено около 870 тыс. тонн, в 2006м — 127,4 тыс. тонн. — Ред.). Причина — высокая себестоимость, а поэтому неконкурентоспособность по сравнению с зарубежными аналогами. Машиностроители вынуждены покупать импортную сталь. Приведу пример. Фирма Bohler (Австрия) предлагает российским машиностроителям инструментальную сталь категории «изодиск» по 200 тыс. рублей за тонну. Главный показатель вязкости у Bohler — 225 — 250 джоулей (для сравнения: вязкость по ГОСТу — до 50 — 75). У нас есть технологии для производства металла с такими же показателями, как у Bohler, но значительно дешевле. Мы также можем предложить технологию изготовления стали международной категории качества «изоблок», где показатель ударной вязкости превышает 300 джоулей. Появилась еще одна категория, где ударная вязкость свыше 400 джоулей. Мы способны дать российским машиностроителям эти технологии, но нужны инвестиции, чтобы закупить оборудование для производства стали в больших количествах.

— Где вы ищете средства?

— Чтобы получить инвестиции от государства, готовим документы для участия в конкурсе проектов, который проводит Федеральное агентство по науке и инновациям. Он называется «Открытый конкурс на право заключения государственных контрактов на выполнение работ по реализации важнейших инновационных проектов государственного значения в рамках федеральной целевой программы “Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007 — 2012 годы”». Участие государства — нормальная практика. Так, Ford и General Motors сегодня выигрывают госзаказы на разработки новых технологий. Правительство США понимает: если не платить своим, придется платить чужим.

— Кто в этом конкурсе ваши конкуренты?

— Мы их не знаем. НИИМТ будет предлагать создание агрегатов (может быть, реконструкцию цехов) и технологии, с помощью которых можно получать низкоуглеродистые и высокоазотистые стали в промышленном варианте.

— Как вы привлекаете частных инвесторов?

— Мы готовы предложить рынку сверхновые технологии и участвовать в создании промышленных линий даже собственными средствами. НИИМТ, например, разрабатывал инвестиционный проект «Разработка технологии производства новых сталей и сплавов на основе легирования их углеродными наноматериалами», сметной стоимостью в 120 млн рублей, причем 30% — собственные средства. Но одной науке не справиться.

Дополнительные материалы:

Как очищается сталь

Для получения высокоазотистой стали используются несколько способов переплава (очистки): электрошлаковый, вакуумнодуговой, электронно-лучевой. В 1963 году создана технология нового процесса — плазменно-дуговой переплав металлов и сплавов. Он позволяет получать стали и сплавы с заданными свойствами.

Первый слиток выплавлен в лабораторной плазменно-дуговой печи Института электросварки имени Е.О. Патона. В 1976 году на Ижевском металлургическом заводе смонтирована плазменно-дуговая печь для выплавки слитков стали массой до 5 тонн. Учеными НИИМТа разработана промышленная технология получения высокоазотистой стали в этой печи.

Практически все зарубежные запатентованные изобретения этой тематики — повторение российских или советских изобретений.