Главный материаловед «Росатома» больше половины зарабатывает «на стороне»

29.05.2018 Заместитель директора ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ» по научной работе Константин Косырев

ЦНИИТМАШ входит в машиностроительный дивизион ГК «Росатом». И 60% зарабатывает на «НЕатомных» проектах: новые основные и сварочные материалы, стали для условий Арктики, биметаллы, металлургические и машиностроительные технологии, аддитивные технологии и ЗD-принтеры, оборудование для нанесения покрытий и вакуумная техника, редукторостроение, - все это уже создается и реализуется в новом технопарке Москвы. Константин Львович, почему Вы позиционируете ЦНИИТМАШ как инжиниринговую компанию полного цикла? Мы занимаемся всем спектром вопросов, начиная от создания материалов и технологии их производства, до сопровождения производства на предприятиях. Кроме того, у нас есть собственное опытное производство, где мы изготавливаем отдельные виды экспериментальных изделий и оборудования. Затем осуществляем весь цикл сопровождения и анализа отказов, даже помощь в утилизации использованного оборудования. На каких принципах построена деятельность вашего ЦНИИ? Первыми заданиями правительства созданному в 1929 году ЦНИИТМАШ стал заказ на создание технологии сборки  кремлевских звезд. Высокая планка была задана – с тех пор и держим марку. Кстати, скульптор Вера Мухина создала свою знаменитую скульптуру «Рабочий и колхозница» именно на территории ЦНИИТМАШ. Первый оригинальный образец до сих пор хранится на втором этаже в холле института. Затем в советское время институт активно участвовал в создании материалов для военной техники, для первых атомных проектов. С 1976 года ЦНИИТМАШ стал головной материаловедческой организацией Росатома. С 1994 года нам присвоен статус государственного научного центра. С 2007 года мы вошли в структуру Росатома как полноправные члены корпорации, войдя в состав машиностроительного дивизиона – Атомэнергомаш, чем и гордимся. Сегодня только ленивый не говорит об освоении Арктики. Что для освоения Крайнего Севера делает институт? Проекты СПГ звучат везде. При этом почти весь листовой прокат, необходимый для данной стали, мы закупаем за рубежом. В Советском Союзе выплавляли около 1 миллиона тонн нержавеющей стали (вместе с Украиной и Казахстаном). На сегодняшний день Россия выплавляет около 100 тысяч тонн.  А все ректификационные колонны, хранилища, большинство трубопроводов для заводов СПГ имеют колоссальный размер, и все они сделаны из нержавеющей аустенитной, легированной хромом и никелем стали. Марки используемой стали предполагают высокое их содержание. В рамках импортозамещения и по соглашению с НОВАТЭКом нам поставили задачу создать сталь, чтобы Россия стала независима от зарубежных поставок нержавейки. И такая сталь создана: низколегированная с 5-7%-ым содержанием никеля. И она существенно дешевле, чем импортные аналоги. Более того, оказалось, что наша сталь обладает еще и повышенными прочностными характеристиками, так что ее можно сделать тоньше и экономить на металле. Пока новую сталь мы создали и испытали на площадке ЦНИИТМАШ и занимаемся поиском индустриального партнера, который отработает свойства новой стали в промышленных условиях. Как удалось выиграть грант Минобрнауки РФ на создание новой дуплексной стали, которую будут использовать на подводных шельфах Арктики для добычи газа? На сегодняшний день применяется в основном два вида стали: ферритный класс (с низким содержанием никеля) и аустенитный класс (с высоким никелем). Оба вида имеют свои плюсы и свои минусы: ферритный класс дает охрупчивание, невысокую твердость, вязкость, условную свариваемость (плохо сваривается). Аустенитный класс дает невысокую прочность-твердость, плохую обрабатываемость фрезами (трудно точится-режется), хорошую коррозионную стойкость, но не во всех средах – в хлоридных, например, растрескивается. При этом высокое содержание никеля в аустенитных сталях дорого обходится.   Оказалось, что если добиться соотношения ферритной и аустенитной фаз в стали 50 на 50 процентов, то все их положительные свойства усиливаются, а отрицательные пропадают. У нас сегодня такая дуплексная сталь не производится. Вот на ее создание мы и выиграли грант Минобрнауки. Области применения этой стали там, где есть спецтребования, в том числе для атомной промышленности. Если мы сегодня говорим об освоении Арктики, то это подводные шельфы для добычи газа. Ни одна обычная сталь стоять в этих условиях не будет. Наша задача – получить дуплексные стали. И первую марку мы уже создали. Если сравнивать ее с мировыми аналогами, то в некоторых случаях она получилась даже лучше. Например, фонтанная арматура, сделанная из нашей стали, сможет успешно работать и на месторождениях нефти, которые заражены сероводородами. В условиях Каспия, например, она может использоваться нефтяниками на «ура». Еще один материал, который вам удалось освоить – биметалл… Очень часто мы сталкиваемся с тем, что внешняя сторона стенки испытывает холод, а внутренняя – тепло. Или внешняя среда агрессивная, а внутренняя – нейтральная. Если металл однороден, он не сможет удовлетворить требования для обеих сторон. Нами была реализована идея, когда с одной стороны использовали нержавеющий металл, с другой стороны – низколегированный. У каждого свои свойства, каждый решает свою задачу. Вместе с «ОМЗ-Спецсталь» (г. Ижора) мы изготовили первые партии такого металла. Использовали технологию пакетной прокатки, когда два листа свариваются по краям и проходят через прокатный стан. В результате они прижимаются друг к другу и создают неотделимый друг от друга материал. Сейчас эта сталь планируется к использованию в проекте «Прорыв» для строительства реактора. Мало произвести металл. Чтоб он мог конкурировать с аналогами, надо создать технологии, которые снижали бы и себестоимость. Как вы этого достигаете? Мы в постоянном поиске усовершенствования технологии. Приведу пример. Традиционно, чтобы получить круглое изделие, делался слиток. Так как мы занимаемся крупными изделиями, то слитки весили 50 тонн, 125 тонн. Максимальный, который мы внедряли на ОМЗ-Спецсталь, – 470 тонн. Колоссальный объем. А дальше получается неразумный расход полученного металла. Середину из него вырезаем и «выкидываем». При этом огромные ресурсы затрачены, а половину металла выкинули опять «на улицу». Чтобы затем снова перерабатывать. Нонсенс. И пришла простая идея: давайте делать не сплошной, а полый слиток – с пустой серединой. Тогда мы этот металл экономим, не выкидываем, а используем то, что необходимо. Это позволило решить очень многие задачи, и в том числе, снизить себестоимость и энергетические затраты.   Технология реализована на предприятии «Энергомаш-спецсталь». Несмотря на то, что предприятие находится в Краматорске (Украина), оно входит в наш дивизион и успешно решает все задачи. Если политическая ситуация на Украине будет развиваться неблагоприятно, кто заменит краматорское предприятие? В Советском Союзе подобных предприятий было два. В России осталось одно из них – «ОМЗ-Спецсталь» (владелец «Газпромбанк»). В случае крайнего, неблагоприятного развития политической ситуации, полагаю, найдутся рычаги государственного воздействия, чтобы «ОМЗ-Спецсталь» полностью заменила краматорское предприятие. Вы занимаетесь, в основном, масштабными проектами. Знаю, что вы придумали оригинальное решение для парогенераторов. Как удалось сделать его днище цельным, без сварного шва? Чтобы сделать днище парогенератора, надо большую плиту размером 5-6 метров в диаметре соединить из двух половиной и посередине сварить. Но любое сварочное соединение – концентратор напряжения. Это место, где быстрее всего может «лопнуть». Делать такой большой цельный лист пока никто не умеет в мире. И мы придумали простую технологию. Трубы большого диаметра в России делать уже умеем, причем не сварные, цельнокованые. Так давайте трубу разрежем, разогнем и из нее сделаем «блин». Простая идея, но она должна была кому-то «присниться». И она приснилась у нас. Более того, если раньше из этого «блина» нужно было сделать некое донышко, то приходилось на него усиленно давить. Представляете, какая сила и затраты энергии нужны. Оказалось, что если давить понемногу и постепенно, то все получается быстрее и дешевле (секционная ковка-штамповка). Так реализовали проект по получению цельного днища парогенератора. Все аккумулированные знания позволяют нам моделировать металлургические процессы в компьютерных программах. Ни один эксперимент в 500 тонн нам поставить никто не даст. Поэтому, когда создаем новые технологии, используем весь багаж знаний, накопленный с 1929 года. И прежде чем провести любую плавку, моделируем процесс за рабочим столом. Научно-исследовательские институты, которые входят в структуру ЦНИИТМАШ, позволяют решать самые разные задачи. Вы освоили производство собственных 3D-принтеров. Где они уже востребованы? 3D технологии имеют неограниченное применение. Причем, чем сложнее изделие, тем больше перспектив для внедрения новых технологий. Особое место в этих вопросах занимают изделия медицинского назначения. На первом отечественном специализированном 3D-принтере мы напечатали из титановых порошков чашку тазобедренного сустава человека и часть лицевой кости. Эксперименты проходят в рамках проекта АО «Наука и инновации» по организации производства имплантов. ЦНИИТМАШ выступает как поставщик оборудования и технологии. Проведенные испытания позволяют говорить о высокой точности геометрии и хорошем качестве опытных образцов. Отечественное программное обеспечение позволяет корректировать настройки. В зависимости от того, какие нагрузки будет испытывать имплант, куда его планируется вживить и какие функции он должен выполнять, его должным образом испытывают, изучают микроструктуру. В случае успешного завершения испытаний ЦНИИТМАШ будет обладать компетенциями по подбору материала и режима печати для создания любой части скелета человека. В будущем, чтобы создать индивидуальный имплант для человека, надо будет сделать томографическое исследование, на базе которого специалисты по 3D-моделированию создадут готовый к печати виртуальный макет необходимой кости или ее фрагмента, который идеально встроится в организм конкретного человека и сохранит ему качество жизни.  3D-принтер ЦНИИТМАШ дает низкую себестоимость изготовления деталей по сравнению с 4-х и 5-ти осевыми фрезерными станками. При этом планируемая модульная архитектура MeltMaster3D позволит без проведения сложной модернизации перейти к роботизированным цифровым производствам. Еще одним из направлений деятельности института является создание оборудования и технологий для нанесения покрытий – тоже в какой-то степени аддитивных технологий. Так, например, некоторое время назад поставили наше оборудование в Израиль для нанесения специальных защитных покрытий, снижающих нагрузку трения на подшипники. Единственный завод, который производит подшипники для болидов автогонок «Формулы-1» – это этот израильский завод. Так что все болиды «Формулы-1» оснащены подшипниками, на которых наши покрытия. Как зарабатываете на свои нововведения? Мы полностью хозрасчетное предприятие. Никакой бюджетной росписи не имеем. Живем по принципу «как потопаешь – так и полопаешь». 40% нашего бюджета внутри атомной отрасли, но остальные 60% мы зарабатываем на других рынках. Строим свою деятельность через классические хоздоговоры: НИОКР, поставка оборудования и материалов, выполнение разных услуг. Участвуем в федеральных целевых программах, прежде всего с Минобрнауки и с Минпромторгом РФ. Внутри Госкорпорации Росатом ЦНИИТМАШ по-прежнему остается головной материаловедческой организацией. Но не единственной – таких организаций пять. Каждая на чем-то специализируется. Тем не менее, мы уже 20 лет сохраняем и подтверждаем статус головной организации. Он непостоянен и требует доказательств. И в 2017 году мы снова его подтвердили. Мы разрабатываем нормативную документацию и имеем статус независимого органа аттестации по сварке и неразрушающему контролю в атомной отрасли. В нашу задачу, в первую очередь, входит получение различных металлических материалов: черные металлы, стали и сплавы. А также разработка, диагностика и восстановление работы оборудования, сварка в машиностроении. На сегодняшний день мы слышим много слов, что сталь и стальные материалы теряют свою значимость в связи с тем, что развиваются пластики, углеродистые материалы, композиты. Что на самом деле сегодня происходит в мире? За 40 лет – с 1970 по 2011 годы – производство стали в мире возросло в 2,5 раза – с 600 млн тонн до 1,5 млрд тонн.  Алюминий, магний, пластики, углеродистые материалы, да, их производство тоже за это время выросло. Пластика, например, в 10 раз. Но разве можно сравнить 1,5 млрд тонн стали и 260 млн тонн пластика? Сталь как была, так и будет востребованным материалом. Говорить о том, что сталь потеряла свое значение – нонсенс. Сталь уникальна. Мы просто не всё умеем с ней делать. И Вы находите стали новые способы применения и даете ей новые свойства? Более того, присадкой к железу различных элементов мы умеем получать такие свойства, которыми ни один другой материал не обладает. Например? Вот, например, любая сталь, казалось бы, звенит. А вот эта (показывает образец, разработка ФГУП «ЦНИИчермет им.И.П.Бардина») нет. Глухой стук, как по дереву. Это – высокодемфирующая сталь. Она обладает уникальными свойствами: гасит все звуковые и вибрационные колебания. Хотя по составу это та же сталь «Ст-3» с пятью процентами алюминия. Ни один другой материал не может обладать таким диапазоном свойств. Сколько способна, на ваш взгляд,  служить сталь? Вот классическая сталь, которая используется в корпусе атомного реактора, разработанная в нашем институте. Она была создана в 1970-х годах, когда конструкторы нам ставили простую задачу – реактор должен простоять 25 лет. Прошли годы и конструкторы говорят: 25 лет мало, надо 30 лет. Задумались. Оказалось, если снизить содержание вредных примесей – серы, фосфора, цветных металлов – то свойства металла возрастают, и его можно использовать уже 30 лет. Через некоторое время снова: 30 лет мало, дайте 40, затем – 50. Сегодня для финской АЭС Россия строит реактор со сроком эксплуатации не менее 60 лет. Последняя модификация стали, историю которой мы рассмотрели только что, позволяет гарантировать ее износостойкость в течение уже 80 лет. Мы достигли этого путем изменения химического состава, ужесточения требований по вредным примесям и созданию технологий, которые обеспечивают снижение этих вредных примесей. На сегодняшний день технологии получения металла поз в оляют многое сделать, но в то же время иногда требования к металлу выше, чем позволяет получить классический метод. Вы внедряете технологию электрошлакового переплава. Расскажите о ней. Если каплю жидкого металла пропустить через специальный оксидный раствор, то происходит следующее: удаляются всякие «гадости», типа неметаллических включений и вредных примесей, а при попадании в охлаждаемый кристаллизатор, формируется специальная структура. Это позволяет решать специальные задачи для производства роторов. Эту технологию использует Россия, Германия, Франция. Мировой тренд. В Китае, например, на заводе компании China National Erzhong Group Co в Дэяне в настоящее время строится одна из крупнейших 150-т установка. А соединение электрошлакового переплава и центробежного литья позволяет нам решать еще более интересные задачи – создавать композитные материалы. В частности, валки для металлургического производства, которые обладают повышенной износостойкостью и позволяют прокатывать любые сложные металлы. Мы освоили технологию элеткрошлакового переплава с получением слитков из легированных и высоколегированных (включая высокохромистые) сталей для роторов турбин со сверхкритическими параметрами пара. Мало произвести металл, и даже мало прокатать его в лист или в круг, из него еще надо сделать какое-то изделие. Основные затраты лежат в машиностроительном секторе, а значит, если мы научимся предлагать для него эффективные решения, у нас больше шансов выжить в этом мире. Мы, в первую очередь, машиностроители: центральный научно-исследовательский институт технологий машиностроения. Активно работаем с предприятиями нашей отрасли – «Атоммашем», ОКБМ им. Африкантова, ЗИО-Подольск и другими. Для пуска нового атомохода «Сибирь» в сентябре 2017 года в ОКБМ им. Африкантова создали уникальные реакторы «Ритм-200», но мало кто знает, что перед этим все новогодние дни 2016 года сотрудники ЦНИИТМАШ провели на предприятии. За что вы с ними так? Да, действительно, отдел технологии холодной обработки металлов практически в полном составе с 30 декабря по 20 января решал в Подольске (ЗИО-Подольск) неожиданно возникшую задачу: надо было сделать глубокие разгрузочные пазы. Причем достаточно большие. А технологии нет. А реактор надо сдавать. Поэтому елочка – в цехе, шампанское – после 20 января. Но к нужному сроку оснастка, оборудование и технология были созданы. Когда чаще всего в ЦНИИТМАШ обращаются за решением задач для других отраслей? Понимаете, конструкторы на бумаге могут нарисовать карандашом все. Но когда изделие приходит в производство, не всегда задуманное оказывается возможным осуществить. Возникает вопрос: а как?  Вот тогда вспоминают про нас. Мы решаем. Например, задачу обработки глубоких отверстий, резьбовых соединений в случаях, если резьба на крупном изделии, если она внутренняя, а оборудования для нее нет. Создаем и оборудование, и технологии изготовления. Как по первичной нарезке, так и по перенарезке. Вам удалось избавить и строителей от излишних затрат, создав новую технологию использования арматуры. Что самое большое в стройке? Сварочные работы по созданию арматурного каркаса. В металлургии есть опыт: для того, чтобы повысить производительность основного агрегата (дуговой сталеплавильной печи или конвертера), надо в нем провести только расплавление, а все остальные операции проводить вне него. Эту идею перенесли на стройку. Оказалось, что подготовку арматурного основания можно сделать заранее, в виде арматурных ковров, которые на стройплощадке только раскатываются. Не на стройке осуществлять порезку, и даже сварку. Если на конце арматуры нарезать резьбу и создать специальные муфты, то все соединение могут осуществить заранее, причем неквалифицированные рабочие. Так решается вопрос дефицита сварщиков. Можно и в лизинг оборудование сдать после стройки. Во-вторых, можно закупать арматуру требуемой длины, не нужно обрезать хвосты, которые, как правило, идут в отходы. Как удалось создать сварочных аппарат, который заправляется обычной водой? Да, можно горло промочить, а можно в сварочный аппарат залить и подключить его к сети. Вода разлагается на водород и кислород. Водородно-кислородная смесь используется для пламени. Методом заинтересовались вахтовики: сварка без ацителена более экологична и надзорные органы меньше беспокоят. Чтобы вырезать шестеренку классическими технологиями, надо потратить 1,5 рабочих смены, а по нашей технологии – «5 минут». Кроме того, рез водородно-кислородный по сравнению с ацителеновым дает более высокую чистоту поверхности, не требуется дальнейшая обработка. Российские редукторы зачастую скрипят-кряхтят, чаще приходится закупать в других странах. Но для угольных компаний ЦНИИТМАШ создал качественную альтернативу… Вместе с Юргинским заводом мы сделали редукторы для проходческих угольных комбайнов, а с Сызранским – для  углеразмольной мельницы. Научились. Диаметр некоторых планетарных редукторов – 12 метров. Ваш анализ неразрушающего контроля позволяет на листе стали определять инородные включения. Какие предприятия уже используют ваш метод? Неразрушающий контроль используется в самых различных областях. На Магнитогорском металлургическом комбинате, «Северстали» наши аппараты используют на входном и на сдаточном контроле. Возможно применение и у эксплуатационщиков. Например, удобно производить контроль шпилек – их не надо выкручивать. Можно определить – хорошая шпилька или в результате износа требуется ее замена. Работу выполнили по заказу «Росэнергоатома». С 2017 года ваш комплекс зданий стал официальным технопарком Москвы. Мы находимся в центре Москвы. Рядом метро. В результате релокации в нашем здании оказалось еще два института Росатома. Поэтому оставшиеся площади стараемся сдавать в аренду тем предприятиям, кто нам ближе по тематике и роду работ – для таких арендаторов есть преференции. А мы получили возможность с ними сотрудничать. Нам нужны долгосрочные партнеры-арендаторы, с которыми мы готовы решать сложные задачи. Например, таким арендатором стал НПЦ монокристаллов и кристаллографических исследований. Они выращивают профилированный сапфир. С советских времен у них сохранилось производство сапфиров по методу Степанова EFG, сырьем для которого служит оксид алюминия прессованный в виде шариков или таблеток. Метод распространен по миру, но они  его модернизировали. Ноу-хау: рост лент до 100 мм шириной. Процесс начинается с того, что заполняется шихта, затем она расплавляется при 250 градусах. Расплав опускают в формообразователь и задают форму, ориентацию кристалла. Затем он из расплава растет в ленты, трубки, стекла, спирали. Толщина стенок - от 1 до 10 мм, минимальный внутренний диаметр - 1мм. Всего выращивают до 200 кг ежемесячно. Сапфир – уникальный материал для энергетики, изделия из него могут служить одновременно проводником и изолятором. Устойчив как к холоду, так и к жаре. Лишь на один пункт менее прочен, чем алмаз. В советское время из него изготавливали стекла часов, сегодня – стекла для четвертого айфона. Получают оптически чистый материал без примесей. Бронированные стекла для автомобилей получаются в 203 раза тоньше, чем из кварца. Востребован сапфир и в нефтехимической отрасли. Среди научных кадров у вас почти треть – до 40 лет. Вам удалось сохранить аспирантуру. Где находите молодых и толковых, чем привлекаете? Большинство научных организаций потеряло аспирантуру, так как для нее необходим образовательный процесс. Мы нашли выход из положения, заключив договор о сетевой аспирантуре с профильными вузами и готовим аспирантов совместно. Первым партнером стал Московский институт стали и сплавов (НИТУ «МИСиС»). Фактически это стало первым опытом в Российской Федерации. В результате, на сегодняшний день ЦНИИТМАШ – это научно-производственное объединение, а котором работают 497 человек, 1 академик РАН, 35 докторов и 80 кандидатов наук. Мы достаточно возрастные, но и достаточно молодые – каждый пятый до 35 лет. Интервью подготовила  Марина Ситникова При перепечатке необходимо установить активную ссылку на EnergyLand.info Справка: АО «НПО ЦНИИТМАШ» имеет статус государственного научного центра и определен головной материаловедческой организацией ГК «Росатом» по изготовлению основного и вспомогательного оборудования для АЭС, проведению экспертизы и обоснованию безопасности промышленных объектов, является ведущим научно-исследовательским центром по энергетическому и тяжелому машиностроению РФ. В состав НПО входят пять специализированных институтов, опытное производство, испытательные и аттестационные центры, аспирантура и диссертационные советы. За последние 5 лет общий объем выполненных работ увеличился в 2 раза и превышает 1 млрд рублей в год. Получено 153 патента на изобретения полезные модели, опубликовано 16 книг, монографий и учебный пособий, опубликовано более 300 научных статей. ЦНИИТМАШ поддерживает сотрудничество с партнерами в странах СНГ и дальнего зарубежья. Осуществляет для сектора энергетики исследования, разработку и сопровождение на промпредприятиях комплексной технологии производства наиболее ответственных и крупных кованых, литых, катаных изделий для теплоэнергетики (роторов турбин и турбогенераторов, арматуры, дисков, труб), корпусов реакторов и парогенераторов, главных циркулярных насосов для атомной энергетики, рабочих колес, гидровалов, лопастей для гидроэнергетики, станков, ТБД, валков для нефтегазового машиностроения, гидравлических и газовых турбин, энергоблоков теплоэлектростанций. Фото: ЦНИИТМАШ и Марины Ситниковой