Свойства материалов определяются их внутренней структурой. Управляя структурой, управляешь будущими технологиями. О том, как разрабатываются новые жаропрочные материалы для энергетики рассказал ученый «Росатома».
Чем выше рабочая температура теплового энергоблока, тем выше эффективность. Например, на угольном энергоблоке повышение температуры на 50 градусов Цельсия позволяет экономить 70-120 миллионов тонн топлива в год, а повышение до 650 градусов в 1,5 раза уменьшает негативные выбросы в атмосферу.
Чтобы тепловые энергоблоки могли разогреваться до более высокой температуры, нужны новые жаропрочные материалы. Именно за разработку таких материалов для трубопроводов тепловых электростанций в 2014 году была вручена премия Правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых. В числе ее получателей был Павел Козлов, ученый Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ).
Павел Козлов — первый заместитель гендиректора по научно-технической работе, а тогда был старшим научным сотрудником. Он рассказал о опыте разработки нового жаропрочного материала для труб.
Оптимизировали структуру материала
За основу группа ученых, в которой работал тогда Павел Козлов, взяла материалы, известные еще с 1970-х годов — стали с содержанием 9 процентов хрома.
«Новшество в том, что мы легировали их кобальтом, оптимизировали соотношение вольфрама, молибдена и других элементов. Но главное — разобрались, какая структура дает наибольшую жаропрочность и как повлиять на эту структуру легированием и термообработкой», — объяснил эксперт.
Легирование — добавление в состав примесей, меняющих итоговые физические и химические свойства материала. Например, прочность, твердость, коррозийную стойкость, электропроводность или — что важно для тепловых энергоблоков — жаропрочность.
Десять лет работы за три года: помог студенческий опыт
Когда Павел Козлов присоединился к команде института, работа над проектом уже шла — необходимо было проверить гипотезы, довести их до эксперимента и доработать. Помогли навыки моделирования физических процессов, которые эксперт наработал еще в студенческие годы.
«Раньше надо было сделать порядка 100 опытных составов и изучить каждый. Моделирование помогло определить 10 кандидатных материалов. И в итоге работу, которая заняла бы десятилетие, мы сделали за три года», — рассказал Павел Козлов.
Моделирование поведения материалов позволило выявить те, которые действительно стоило исследовать экспериментально. Так ученые разработали материалы с пониженным содержанием углерода, что увеличило их жаропрочность.
Любая научная разработка — основа для новых исследований
Разработанные материалы Павел Козлов и его коллеги отработали на заводах, создав задел для дальнейших исследований. Но что еще важнее — механизмы и способы управления материалами, которые команда придумала в рамках проекта, до сих пор используются в ЦНИИТМАШе для других разработок.
По словам эксперта, участие в решение такой фундаментальной задачи — бесценный опыт для молодого ученого:
«Я побывал на заводах, где выплавляют сталь и изготавливают трубы, листы, поковки, элементы трубопроводов и котельного оборудования для теплоэнергетики. Узнал, как предприятия осваивают новые материалы. Участвовал в комплексных испытаниях. Изучил нормы и правила в области тепловой энергетики. Работал в мультидисциплинарной команде — с материаловедами, металлургами, технологами, сварщиками, контролерами», — рассказал Павел Козлов.
Сейчас, как признается ученый, у него не всегда остается время на собственные исследования — работа руководителем накладывает свои обязательства. Тем не менее он считает, что фундамент его карьеры — именно научная деятельность, и поэтому он задумывается о докторской:
«Мне интересна область прогнозирования характеристик материалов на длительный срок. Атомные станции проектируют на 60 лет эксплуатации, но уже ставится вопрос о более длительном сроке — 80–100 лет. Интересная задача», — поделился Павел Козлов.
Читайте полное интервью с Павлом Козловым в журнале «Страна Росатом».
Подписывайтесь на наш канал и следите за новостями российской науки!
Присоединяйтесь к команде научного блока «Росатома», актуальные вакансии – на карьерном портале.