Конструкционные стали и сплавы для атомной, судовой и тепловой энергетики, судового машиностроения и нефтехимии

Работами по созданию конструкционных материалов для ядерных (атомных) реакторов в ЦНИИ-48 (далее НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей») начали заниматься с середины 1950-х годов.

С 1958 года предприятие выступает в роли головного разработчика материалов и технологий для атомных энергетических установок самых различных типов. В 1974 году предприятие определено как головной разработчик методов расчета корпусов атомных реакторов на сопротивление хрупкому разрушению.
Сегодня НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» является головной материаловедческой организацией в области использования атомной энергии (Приказ ГК «Росатом» №1/468-П от 29.05.2017 с изменениями от 23.05.2018 №1/524-П).
В результате деятельности НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» создана широкая гамма материалов и технологий, обеспечивающих длительный срок службы изделий и конструкций в условиях высокого давления, высоких температур и нейтронного облучения. Созданы материалы и технологии для отечественных атомных реакторных установок:

•  транспортных реакторных установок с водяным теплоносителем типа ВВЭР для надводных и подводных кораблей ВМФ, атомных ледоколов, плавучих энергоблоков;
•   АЭУ с водяным теплоносителем для наземных атомных станций большой и малой мощности (ВВЭР-ТОИ, ВВЭР 1200, РИТМ-200Н);
•   энергетические установки для АЭС на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем типа БОР-60; БН-350; БН-600; БН-800 и БН-1200М;
•   реакторные установки с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем на быстрых нейтронах на основе сплава «свинец-висмут»;
•    высокотемпературных газовых реакторов с гелиевым теплоносителем.

В настоящее время сотрудники НИЦ «Курчатовский институт – ЦНИИ КМ «Прометей» выполняют работы с предприятиями и организациями атомной отрасли по следующим направлениям:

•   разработка новых материалов для ядерных реакторов различных типов и назначения, промышленное освоение изготовления полуфабрикатов из этих материалов;
•   разработка новых технологий и материалов для сварки, антикоррозионной и износостойкой наплавки оборудования и трубопроводов АЭУ, обеспечивающие равнопрочность сварных швов и основного металла, отсутствие теплового старения;
•   материаловедческое сопровождение изготовления оборудования для объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) и строительства новых ядерных реакторов, в том числе АЭУ за рубежом;
•   сопровождение эксплуатации атомных реакторов, включая стационарные, транспортные и исследовательские реакторы;
•   разработка методов прогнозирования и расчетно-экспериментального обоснования продления сроков службы и эксплуатационного ресурса материалов в составе оборудования реакторных установок;
•   сопровождение вывода из эксплуатации АЭУ, в том числе сопровождение проектирования и изготовления транспортных упаковочных контейнеров для транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива;
•   оценка соответствия оборудования, комплектующих, материалов (основных и сварочных) и полуфабрикатов, поставляемых на ОИАЭ.

Работы по созданию новых материалов и технологий направлены на обеспечение создания перспективных реакторов с повышенной мощностью и сроком службы:

•   энергетические установки с водяным теплоносителем, включая установки сверхкритического давления;
•   энергетические установки с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем;
•   высокотемпературные установки с газовым теплоносителем.

Новые материалы и технологии, созданные предприятием, востребованы при строительстве АЭС нового поколения повышенной безопасности и ресурса типа ВВЭР проектов ВВЭР-ТОИ, плавучих энергоблоков с реакторной установкой (РУ) типа РИТМ 200, транспортных АЭУ, включая атомные ледоколы нового поколения с РУ РИТМ-200 и РИТМ-400.

Впервые для изготовления корпусов РУ различного  назначения применена сталь   марки 15Х2МФА-А мод. А., обладающая непревзойденной радиационной стойкостью и стойкостью против теплового охрупчивания, что обеспечивает длительный ресурс работы и безопасность в течение всего срока эксплуатации.

            Реакторная установка БН-800                                    Реакторная установка БН-1200М 

 В настоящее время новые материалы, разработанные предприятием, востребованы в следующих областях:

•   из стали 15Х2МФА-А мод. А освоено серийное производство крупногабаритных заготовок, изготовлено более 120 толстостенных заготовок (140 т) для деталей корпусов восьми реакторов интегрального типа РИТМ-200 и РИТМ -400;
•    из стали 15Х2МФА-А мод. А изготавливаются заготовки для РУ РИТМ-200 С и РИТМ-400 С модернизированных плавучих энергоблоков, а также наземной АЭС малой мощности с РУ РИТМ 200 Н;
•   перспективная сталь марки 04Х15Н11С3МТ и сварочные материалы приняты для создания РУ с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем на быстрых нейтронах;
•    сплав ЧС57 (ХН55МВЦ) и сварочные материалы приняты для изготовления корпуса транспортного РУГК мегаваттного класса.

Планируется разработка технологий получения высококачественных элементов конструкций методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Обеспечение безопасной эксплуатации оборудования АЭУ занимает особое место в деятельности предприятия. Основными направлениями работ в этой области являются:

•    разработка новых концепций и подходов для оценки прочности и долговечности конструкционных материалов с позиций механики разрушения;
•   разработка методик и нормативных документов для оценки целостности и срока службы основного оборудования АЭУ и прогнозирования изменения служебных характеристик конструкционных материалов АЭС с учетом условий их эксплуатаци;
•   анализ текущего состояния и экспертные оценки состояния оборудования АЭУ, оценка остаточного ресурса и разработка компенсирующих мероприятий, обеспечивающих продление срока службы;
•     экспертиза причин повреждения и разрушения элементов оборудования АЭУ, разработка конструктивно-технологических мероприятий и технических средств для их предотвращения;
•     разработка оригинальных программных приложений и интегрируемых в среду ANSYS средств для анализа напряженно-деформированного состояния и развития дефектов в элементах оборудования АЭУ.

На базе экспериментально полученных закономерностей поведения материалов при совместном воздействии длительных статических и циклических тепловых и механических нагрузок, нейтронного облучения и коррозионной среды разработаны модели повреждаемости материалов в составе АЭУ, которые легли в основу работ по продлению срока службы действующих атомных энергоблоков различного типа (ВВЭР, РБМК, БН).

Нововоронежская АЭС (Фото: Михаил Вязовой / ТАСС)

Научные разработки и технологическая документация, созданные предприятием, легли в основу нормативных документов Ростехнадзора («Правила и нормы в области использования атомной энергии»).

Отдельное направление деятельности предприятия связано с разработкой конструкционных материалов для изготовления транспортно-упаковочных комплектов хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива с температурой эксплуатации до минус 60°С, а также для транспортно-технического оборудования, используемого на объектах ядерно-топливного цикла и элементов водяной камеры подогревателей высокого давления (ПВД) для АЭС.

Важным направлением работ предприятия является создание материалов для судового машиностроения. В первую очередь это разработки материалов (основных и сварочных) и обеспечение создания надежной эксплуатации судовых валопроводов, рулевых устройств, мощных зубчатых передач для судовых редукторов, и турбозубчатых агрегатов, роторов и лопаточных агрегатов для паровых и газовых турбин морского применения.

Гребной вал проекта 22220

В результате длительной и успешной деятельности предприятия сформированы прочные творческие и деловые связи с предприятиями атомного и судового энергомашиностроения, в том числе АО «ОКБМ Африкантов», АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», АО «Концерн Росэнергоатом» и его филиалы, АО «НИКИЭТ», АО «ГНЦ НИИАР», АО «Балтийский завод», АО «ЗиО – Подольск», АО «АЭМ-технологии», включая филиалы «Атоммаш», «Ижора», «Петрозаводскмаш».

Современные материалы и технологии НИЦ «Курчатовский институт» – «ЦНИИ КМ «Прометей» осваиваются на ведущих металлургических предприятиях Российской Федерации, на таких как, например, филиал АО «АЭМ-технологии» «АЭМ-Спецсталь», АО «Русполимет», АО «Корпорация Красный Октябрь», на предприятиях группы ТНК.

Коллектив ученых и специалистов предприятия готов к сотрудничеству как в проведении комплексных научных исследований, так и в реализации различных коммерческих проектов в области атомной, термоядерной и тепловой энергетики, судового и транспортного машиностроения, производства современного технологического оборудования для нефтехимической и газовой промышленности, а также в других областях техники.