Что происходит на рынке судостали в России?

Ильин А. В., д.т.н., заместитель генерального директора НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей"

– Алексей Витальевич, можно ли считать мировой тенденцией увеличение выпуска высокопрочных судостроительных сталей, использование которых позволяет снизить вес судна?

– Применение высокопрочных сталей в морских конструкциях, действительно, позволяет снизить их вес на 20-40%. Однако тренд на массовое применение высокопрочных сталей не следует трактовать столь однозначно. Во-первых, усложняются процессы сварки. Во-вторых, в российской, да и в зарубежной нормативной документации все еще не решены в полной мере вопросы проектирования конструкций с применением сталей высокой прочности, особенно с учетом тех ограничений на повышение уровня напряжений в корпусе, которые накладывают многоцикловые усталостные нагрузки. В-третьих, процесс производства высокопрочного металлопроката более сложный и имеет большую стоимость. Так что есть еще над чем работать.

– Еще один способ уменьшения веса судов – применение проката большего размера, что уменьшает количество швов. Листы каких габаритов используются сегодня на зарубежных и российских верфях?

– Это не способ уменьшения веса, а способ снижения трудоемкости сварочных работ. Российской промышленностью сегодня освоено производство металлопроката шириной до 4850 мм и длиной до 24 м. Пример этому – производство штрипса (листовой заготовки) для труб большого диаметра. Для транспортировки широкого листа используются специальные платформы (лист перевозят наклонно).

Для российских верфей металлурги поставляют лист шириной до 3200-3700 мм и длиной до 12-18 м. Однако не все верфи способны перерабатывать лист таких габаритов на имеющемся оборудовании. Есть и проблема транспортировки такого листа, в частности, на Дальний Восток. Перевозка столь габаритных грузов ограничена существующими тоннелями, а также радиусами поворотов железнодорожных трасс. В этом случае наилучший способ транспортировки металлопроката – по Северному морскому пути. Вопрос требует комплексного решения и во многом зависит от расчета экономической эффективности.

– Как развивается сегмент хладостойких сталей?

– Хладостойкость характеризует способность материала противостоять хрупким разрушениям при низких температурах. С появлением сварных конструкций и, в частности, цельносварных корпусов кораблей и судов возникла проблема предотвращения их хрупких разрушений, которые сначала были многочисленны. В 1940-х годах у нас в стране были созданы стали марок 09Г2, 09Г2С и 10ХСНД (известная как СХЛ-4), которые обеспечивали сопротивление хрупким разрушениям при температурах до -20 °С и длительное время успешно применялись для строительства морской техники.

Затем, в 1970-х годах решение задач круглогодичной навигации по Северному морскому пути потребовало строительства атомных ледоколов, лихтеровозов, судов снабжения, для которых были разработаны и применены более прочные хладостойкие стали. В 1970-1980-е годы в ЦНИИ КМ "Прометей" были разработаны стали марок 10ГНБ, АБ-1 и АБ2Р (толщиной до 130 мм) с хладостойкостью до -60 °С. Они были применены при строительстве самоподъемных буровых плавучих платформ типа "Каспий" и полупогружных платформ типа "Шельф" для Баренцева и Охотского морей, корпусов атомных ледоколов "50 лет Победы", "Таймыр" и "Вайгач", СПБУ "Арктическая".

К чему должны быть готовы арктические материалы / Источник: НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей"

Однако массовое производство хладостойких сталей в стране в те годы отсутствовало, а требования к сталям по ГОСТ 5521 (стандарт на поставку стали в судостроении) уступали зарубежным. В полной мере это несоответствие проявилось при проектировании и начале строительства морской ледостойкой платформы для месторождения "Приразломное".

Несмотря на высокую надежность, названные выше хладостойкие конструкционные стали к началу XXI века были неконкурентоспособны по отношению к зарубежным аналогам по экономическим причинам, что фактически привело к вытеснению отечественных производителей металлопродукции, как это произошло в проектах "Сахалин-1" и "Сахалин-2". Кроме того, зарубежные компании используют свои спецификации на материалы, часто не отвечающие требованиям надежной эксплуатации морских конструкций при предельно тяжелых условиях арктического шельфа России.

В первое десятилетие XXI века нами были созданы хладостойкие судостроительные стали, полностью гармонизированные с требованиями зарубежных стандартов, и освоено их массовое производство в России. Это позволило осуществить строительство целого ряда конструкций для арктического шельфа: плавучих буровых платформ, терминалов, в том числе и для зарубежных заказчиков.

В последнее десятилетие спектр высоконадежных хладостойких сталей был существенно расширен. ЦНИИ КМ "Прометей" для арктических конструкций разработаны хладостойкие стали с символом Arc. Это стали, работоспособность которых при низких температурах гарантируется технологией производства. Спектр прочностных характеристик таких сталей, освоенных в промышленности, уже довольно широк: от 355 до 750 МПа. Сертификационные испытания, выполненные под надзором Морского регистра, подтвердили их способность сопротивляться хрупким разрушениям при расчетных температурах эксплуатации до -40 ^оС.

Одна из разработок "Прометея" - плакированная коррозионно-стойкая сталь для ледового пояса ледоколов и буровых платформ / Источник: НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей"

Это позволило рекомендовать стали с символом Arс для строительства нового атомного ледокола "Лидер".

– В печати можно встретить сообщения о "миллионах тонн металла", которые понадобятся судостроителям для наращивания выпуска коммерческого флота до 2031 года. Каковы ваши прогнозы потребления металла в судостроении на ближайшие годы?

– Средний возраст судов морского флота около 20 лет, а речного – более 30. Вопрос состоит в том, где экономически более выгодно строить коммерческий флот – на российских или на зарубежных верфях. Если будет принято решение о том, чтобы все суда, необходимые России, строились на отечественных верфях, то потребности в судостроительных сталях, действительно, будут приближаться к  миллиону тонн в год. Пока же – это 200 - 400 тысяч тонн в год.

– Какие новые марки сталей для судостроения появились в последнее десятилетие?

– ЦНИИ КМ "Прометей" всегда работал и работает с заделом на перспективу. Даже в довольно тяжелые для страны 90-е годы развивалось направление создания производства экономичных высокопрочных сталей на российских металлургических заводах с использованием открытой выплавки взамен дорогостоящей технологии электрошлакового переплава, мощности которой остались на Украине.

С конца 90-х годов шло развитие массового производства листового проката с использованием термомеханической обработки (ТМО). Пионером в этой области было ПАО "Северсталь". После ввода в эксплуатацию нового современного автоматизированного стана "5000" на ПАО "Магнитогорский металлургический комбинат", освоение ТМО шло и на этом заводе.

Возобновление серийного строительства кораблей для ВМФ потребовало разработки экономичных технологий изготовления листового проката с использованием закалки с прокатного нагрева (с последующим отпуском). В этом случае экономия происходит как за счет исключения операции повторного нагрева при печной закалке, так и за счет снижения содержания дорогостоящих легирующих элементов в химическом составе стали.
 

Решение различных производственных вопросов совместно с металлургами позволило усовершенствовать ряд технологических процессов и повысить качество металлопроката. Создано новое поколение высокопрочных и хладостойких сталей, применение которых позволяет ответить на все вызовы времени.

При этом работа по совершенствованию марок стали и технологий производства листового проката и процессов сварки идет непрерывно. Современные экономические реалии требуют нового, по сути, революционного шага по унификации судостроительных материалов. Идея унификации заключается в возможности использования ограниченных по количеству вариантов химических составов стали для судостроения, свойства которой будут определяться лишь технологией производства металлопроката. Современный уровень автоматизации прокатного производства позволяет это сделать. Очевидна выгода и для металлургов, и для потребителей.

Разработанные "Прометеем" высокоточные технологии создания стали с требуемыми свойствами при унификации химического состава обеспечивают качественный прорыв в металлургии / Источник: НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей"

– Что такое стали улучшенной свариваемости?

– Сварка – основной способ соединения элементов конструкции в судостроении. К началу 1940-х годов сварка практически полностью вытеснила клепку, а преимуществом стало снижение веса конструкций на 15-20% и возможность механизации процесса. Чем менее легирована сталь, тем проще осуществляется процесс сварки. Однако поскольку современной тенденцией является применение более прочных сталей (чаще всего они и более легированные), приходится искать способы повышения свариваемости. В первую очередь, это снижение содержания углерода (менее 0,12%), вредных примесей (серы, фосфора) и основных легирующих элементов в стали, ухудшающих свариваемость. Последнее требует применения и особых технологических процессов изготовления листового проката, в частности, иной термомеханической обработки, при которой, несмотря на снижение углерода и легирующих элементов, сохраняется высокая прочность стали. Таким образом, чем более качественная сталь, чем легче будет осуществляться процесс ее сварки. Такие стали имеют обозначение с индексом W в соответствии с правилами Регистра.

– Какие изменения вводились в последние годы в стандарты, в частности, в ГОСТ Р 52927-2015?

– ГОСТ Р 52927 – "молодой" стандарт. Его первая редакция появилась в 2008 году, и по сравнению с ГОСТ 5521-93 (с 1950 года по этому ГОСТу осуществлялись поставки судостали в стране), в него впервые были внесены стали для работы при низких температурах (категории F), стали улучшенной свариваемости и стали высокой прочности. Предшествовала этому довольно долгая, с конца 1990-х годов, работа с этими материалами по техническим условиям. Они потребовались для строительства МЛСП "Приразломная", но отсутствовали в ГОСТ 5521-93. Успешный опыт создания новых материалов и внедрения новых для России технологических процессов термомеханической обработки в те годы позволил внести их в новый Национальный стандарт.

Появление в 2012 году в "Правилах проектирования и постройки плавбуровых установок и морских стационарных платформ" Российского морского регистра судоходства требований к сталям с символом Arc привело к необходимости внесения таких материалов в ГОСТ Р 52927-2015. Так что на сегодняшний день наш национальный стандарт отвечает всем актуальным требованиям.

– Какие структуры занимаются сегодня в России созданием новых материалов для судпрома? Как осуществляется связь между научными организациями и промышленностью?

– ЦНИИ КМ "Прометей" в советские годы был отраслевым институтом судостроения. Сегодня ЦНИИ также имеет статус отраслевой головной организации по материалам в судостроении. Да, "Прометей" решает вопросы создания и применения материалов для различных отраслей промышленности, но главным направлением наших усилий остается флот. В активе у нас - более чем 80-летний опыт, профессиональные кадры и знание проблем и перспектив развития отрасли. Различные научные организации и вузы тоже способны решать отдельные задачи в судостроении, но наибольшими компетенциями по материалам в судпроме располагает только ЦНИИ КМ "Прометей".

Мы работаем с ведущими металлургическими заводами в стране, которые осуществляют поставки металла для верфей, ведем мониторинг технологических процессов производства металлопроката и оперативно их корректируем при необходимости, оказываем помощь в аттестации материалов. Так что связь и с металлургами, и с корабелами самая тесная.