Творцы стали и огня

Для генерального директора Научно-исследовательского центра ООО "ТК "ОМЗ-Ижора"" (ОМЗ) ТАТЬЯНЫ ТИТОВОЙ безопасность и надежность атомных станций прежде всего сопряжены с разработкой новых сталей, то есть с научными открытиями.

— А как связаны материаловедение и продление срока службы атомных станций?

— Одна из главных задач в современном энергетическом машиностроении — продление срока эксплуатации основного оборудования, например такого, как корпус атомного реактора. Дело в том, что вывод из эксплуатации и консервация энергоблока АЭС — процедура очень сложная и дорогостоящая. Первые стали для атомных реакторов создавались в середине прошлого столетия. При существовавших тогда уровне развития материаловедения как науки, соответствующих технологиях выплавки и обработки сталей, а также экспериментальных базах данных по свойствам сталей удалось обеспечить срок службы реакторного оборудования на протяжении 30 лет. Опыт эксплуатации российских АЭС показал, что срок работы этого оборудования можно продлить до 50 лет. Это уже был следующий шаг в повышении эксплуатационных характеристик АЭС. В современных проектах, которые сейчас реализуются в нашей стране и за рубежом, гарантированный срок жизни реакторного оборудования удалось продлить до 60 лет. Реализация нового перспективного проекта АЭС с реакторной установкой ВВЭР-ТОИ, которую планируется применить при строительстве Курской атомной станции, позволит повысить ресурс основного оборудования до 100 лет.

— Как определяется этот ресурс?

— Конечно, его определяют головные отраслевые организации на основании большой базы данных, касающейся работы всех систем атомной станции. Что касается поведения материалов в процессе эксплуатации АЭС, соответствующая база данных формируется по результатам испытаний образцов-свидетелей, которые изготавливаются из тех же материалов, что и сам реактор, и закладываются в активную зону корпуса реактора. Нужно подчеркнуть, что корпус реактора работает в очень жестких условиях высокого давления, температуры и скорости движения теплоносителя при наличии мощного потока радиационного излучения. Такому же воздействию подвергаются и образцы-свидетели. С определенной периодичностью эти образцы вынимаются из корпуса реактора для испытаний свойств металла, их сравнения с исходным уровнем свойств и определения степени деградации (ухудшения) этих свойств. На основании полученных данных делаются выводы о состоянии основного металла и сварных швов корпуса реактора и возможности его дальнейшей безопасной эксплуатации. Поскольку реакторная установка работает многие годы, таких образцов должно быть изготовлено большое количество, и к их качеству предъявляются очень высокие требования. В последнее время мы не только проводим весь комплекс исследований, но и изготавливаем все комплекты образцов-свидетелей, загружаемых внутрь реактора.

— За счет чего в последнее время удалось значительно увеличить срок службы реакторного оборудования?

— Получилось так, что разработчики самых первых марок сталей для изготовления корпусов реакторов, понимая, что АЭС должна работать надежно и безаварийно на протяжении многих десятилетий, заложили в них большой запас прочности. Стремительно развивающиеся технологии выплавки и обработки сталей в сочетании с фундаментальными исследованиями позволяют выжимать из них все более высокий уровень служебных свойств, способных противостоять старению реактора и выраженной деградации свойств материалов, из которых изготовлен корпус реактора. Над этим работают ведущие российские научные центры, такие как НПО ЦНИИТмаш, ЦНИИ КМ "Прометей". В сотрудничестве с этими головными металловедческими организациями над этой проблемой работают и предприятия группы ОМЗ: Ижорские заводы, "ОМЗ-Спецсталь", наш Научно-исследовательский центр (НИЦ). Кроме того, большой объем работ нашего НИЦ связан с трансфером технологий выплавки и обработки сталей, а также расширением марочного состава сталей в интересах других ключевых отраслей отечественной экономики, таких как нефтегазохимия.

— Какие из ваших разработок в этой области вы могли бы назвать прорывом?

— К таким разработкам я могу отнести освоение на Ижорских заводах производства реакторов из хром-молибден-ванадиевой стали, предназначенных для глубокой переработки нефти. Это стало возможным благодаря предварительным комплексным НИОКР, проведенным совместно с технологическими службами Ижорских заводов и "ОМЗ-Спецсталь" под руководством НИЦ. В результате этих НИОКР были разработаны новые технологии выплавки стали и ее разливки в большие слитки, горячей деформации (ковке обечаек и прокатке листовых заготовок), сварки стали, обеспечивающей требуемое качество и высокий комплекс свойств сварного соединения, основной и послесварочной термообработки.

Эта большая работа позволила Ижорским заводам не только оставаться лидером в области производства корпусного оборудования для атомных станций, но и войти в пятерку мировых производителей уникальных реакторов для нефтепереработки. С этой работой в 2011 году Ижорские заводы и наш Научно-исследовательский центр победили в конкурсе "Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года", проходившем в рамках Петербургской технической ярмарки.

— Какую роль в производстве реакторов играет НИОКР?

— Я бы сказала, что ключевую. Сегодня такие ответственные изделия, как корпуса атомных и нефтехимических реакторов, должны соответствовать высочайшим требованиям с точки зрения надежности, долговечности, экономичности и экологичности. Эти стандарты задаются Международным агентством по атомной энергии применительно к АЭС и мировыми компаниями-лицензиарами — применительно к нефтехимическому оборудованию. Очевидно, что в этих условиях при изготовлении подобного оборудования, особенно по новым современным проектам с ужесточением технических требований, невозможно использовать технологии, которые не были бы отработаны в рамках предварительных НИОКР. К примеру, компания-лицензиар требует применения в изделии конкретной марки стали с заданным содержанием углерода, никеля, хрома и других легирующих элементов. Но, даже соблюдая эти требования, совсем не факт, что на выходе можно будет получить материал с необходимыми свойствами. Требуется провести целый комплекс исследований и экспериментов, чтобы определить оптимальные режимы выплавки, термической обработки, сварки, чтобы получить требуемые свойства и обеспечить качество изделия.

— Здесь есть риски получить отрицательный результат?

— При освоении новых технологий отрицательный результат НИОКР — тоже результат. Проведение НИОКР как раз и позволяет минимизировать риски в дальнейшем при производстве изделия.

Например, в идеале самое лучшее соединение — это соединение вообще без швов. Потому что кованая или листовая заготовка достаточно однородны и по химическому составу, и по механическим свойствам. А сварное соединение, как бы совершенны ни были технологии сварки и термической обработки, все равно будет несколько отличаться от основного металла и будет иметь разнородные зоны. Это более проблемная часть любой конструкции, чем основной металл, и она более подвержена негативному воздействию рабочей среды. Поэтому появилась идея удалить сварные швы из активной зоны реактора, где максимальна степень радиационного облучения. Так появился проект реакторной установки ВВЭР-ТОИ с реактором нового поколения, которую разработали российские проектные институты "Атомэнергопроект" и ОКБ "Гидропресс". Поскольку наше предприятие "ОМЗ-Спецсталь" является единственным российским производителем металлургической заготовки для корпусов реакторов, на его базе была начата НИОКР по данному перспективному направлению, одним из инициаторов которой выступил и наш Научно-исследовательский центр.

— В чем заключается эта работа?

— Чтобы получить вместо двух-трех обечаек, соединенных швами, одну удлиненную обечайку — заготовку, из которых собирается и сваривается корпус реактора, необходимо было отлить слиток-гигант весом 420 тонн (при изготовлении заготовок по проектам предыдущего поколения вес слитка сегодня не превышает 235 тонн). Слиток такого развеса был изготовлен ижорскими металлургами в конце прошлого года, и нужно подчеркнуть, что это был второй такой слиток в истории российской металлургии: ранее подобный слиток изготавливался только в 1988 году из другой марки стали и для другого изделия. Даже транспортировка такого гиганта по территории предприятия — это достаточно сложная логистическая и техническая задача. Далее необходимо было разработать технологию ковки слитка, просчитать режимы нагревов, количество выносов из печи, уточнить режимы термообработки, чтобы в итоге получить заготовку с требуемыми размерами, химическим составом и механическими свойствами. В январе текущего года обечайка была успешно откована. Затем она прошла механическую обработку на мощностях Ижорских заводов. Далее ее ждет термическая обработка. В итоге мы должны получить опытно-штатную заготовку, которую можно будет применить при изготовлении корпуса реактора ВВЭР-ТОИ для новых АЭС, строительство которых запланировано в нашей стране в самом ближайшем будущем.

— В каком направлении развиваются сейчас задельные НИОКР?

— Энергетическое машиностроение — достаточно инерционная отрасль, в которой по-настоящему существенные технологические изменения происходят достаточно редко. Идет в основном совершенствование существующих материалов и технологий. Это выжимание последних капель из сухого полотенца, как говорят японцы. На самом деле придумать новый материал нетрудно, но это очень затратный НИОКР. Еще более существенные затраты нужны, чтобы вписать этот материал в существующие технологические цепочки производства готового изделия. И конечный экономический эффект от внедрения нового материала может быть отрицательным. Поэтому, на мой взгляд, гораздо прагматичнее и эффективнее, когда берется старый материал и его дорабатывают, улучшая по разным характеристикам и доводя практически до нового материала по уровню качества и служебных свойств. Это, если можно так сказать, более высокий пилотаж. Моя докторская диссертация так и называлась: "Пути повышения работоспособности и ресурса конструкционных сталей ответственного назначения". Другое, не менее важное направление НИОКР — повышение экономической эффективности производства изделий. В современных условиях жесткой конкуренции очень важна себестоимость продукции, поэтому часть наших НИОКР проводится именно в этом направлении: как изготовить изделие с меньшими трудозатратами, как снизить металлоемкость и энергоемкость производства и т. д., но ни в коем случае не потерять в качестве. С такими задачами современному предприятию без заводской прикладной науки справиться невозможно.

— Над какими НИОКР вы сейчас работаете?

— Есть перспективная разработка по освоению производства высокохромистой стали для роторов, работающих при суперсверхкритических параметрах пара, которую мы выполняем вместе с нашими металлургами. Еще одна перспективная разработка, которую мы сейчас реализуем совместно с "ОМЗ-Спецсталь",— это изготовление полого слитка. Сейчас для изготовления обечайки (это крупная заготовка, похожая на очень толстое кольцо или трубу с толстыми стенками) слиток при ковке прошивают: выдавливают с помощью пресса и специальной оснастки отверстие, а затем уже расковывают в кольцо. Если отлить полый слиток, в котором изначально будет отверстие, то процесс ковки значительно сократится и упростится, а стоимость и сроки изготовления изделия существенно уменьшатся.

— И здесь еще полотенце не сухое? Есть что выжимать из всех этих факторов?

— Есть, и это очень интересные инженерные задачи. И у нас действует принцип: мы не боимся никакой работы и смело беремся вместе с предприятиями группы ОМЗ за освоение новых материалов и технологий. На сегодняшний день наш парк испытательного оборудования один из лучших в России. Кроме того, у нас есть самое главное — высокопрофессиональный персонал, настоящие эксперты, способные, что называется, догрызаясь до руды, кропотливо работать с металлом, чтобы выяснить, почему не удалось обеспечить требуемые свойства того или иного материала, почему в сварном шве образовался дефект или почему при эксплуатации в карьере отломился зуб ковша экскаватора. Ведь главное в нашей работе — не просто обнаружить какие-то несоответствия, а выявить причину их возникновения, разработать корректирующие действия, исключить возможность повторной ошибки. Это можно сделать, только правильно прочитав то, что может рассказать металл. Наши специалисты умеют читать металл и расшифровывать то, что показывают его структура, свойства, технологические характеристики и особенности.

— Когда завод выполняет зарубежный заказ, вы не подключаете исследователей от страны-заказчицы?

— Мы принципиально не делаем различия между отечественными и зарубежными заказчиками. Наш приоритет — высокое качество, оптимальная цена и минимальные сроки изготовления.

Но ничто не рождается на пустом месте. Например, прорыв в области изготовления крупных нефтехимических реакторов из хром-молибден-ванадиевой стали имеет несколько базовых составляющих. Это прежде всего огромный накопленный опыт наших предприятий по изготовлению ответственных изделий, каковыми являются компоненты "ядерного острова" АЭС, сложившаяся с годами культура производства и приоритетное отношение к качеству изделий. Это и огромный опыт специалистов НИЦ, сильная научно-исследовательская база, позволяющая перед освоением нового сложного изделия многие процессы смоделировать, просчитать и опробовать в лабораториях заранее, до начала производства. Это могут не все. Как правило, предприятиям очень трудно содержать собственный научно-исследовательский центр. Поэтому у нас кроме заводов группы ОМЗ есть еще порядка 20 крупных заказчиков и до 100 небольших. Наш центр создан на базе знаменитой заводской лаборатории Ижорских заводов, в этом году НИЦ исполняется 135 лет. Вот уже десять лет мы живем на полной самоокупаемости, а все заработанные деньги инвестируем в развитие нашей технической базы. За реализацию такой дальновидной политики мы благодарны и руководству ОМЗ, и нашему основному акционеру Газпромбанку. За последние несколько лет нам удалось серьезно переоснастить наш механический цех, изготавливающий образцы для испытаний и мелкие детали для различных заказчиков, а также все наши лаборатории. При этом мы приобретаем самое современное оборудование лучших мировых производителей, что вполне оправдывается повышением как производительности нашего труда, так и точности и достоверности результатов испытаний и исследований.

Беседовала Анна Пушкарская