Рекордная атомная сталь

Юрий Соколов

В этом году одна из государственных премий Российской Федерации за выдающиеся достижения в области науки и технологий присуждена «за создание нового класса высокорадиационностойких материалов для корпусов атомных реакторов и методов продления сроков их эксплуатации». Эксперты знают: создание новой «атомной стали» стало сенсацией в мире оборудования для АЭС. И хотя для широкой публики самые высокие оценки этого уникального достижения пока еще не звучат аксиомой, можно без преувеличения констатировать: российская наука и промышленность создали инновационный сплав нового поколения. Достаточно сказать, что срок службы атомных реакторов из этой стали теперь может исчисляться сроками от века при повышенных показателях надежности и экологичности.

Реальная реальность
Особенно приятно констатировать, что разработка нового сплава — отнюдь не «лабораторная». В данном случае награда присвоена реальной технологии, созданной на базе реального производства и уже сегодня готовой к применению. Еще одно национальное достоинство — историческая преемственность новой разработки: она опирается на перлитную теплоустойчивую и радиационностойкую сталь марки 48ТС, разработанную в СССР еще в пятидесятые годы прошлого века.
Новая «атомная сталь» — плод коллективных усилий и таланта нескольких научно-технологических структур, среди которых особенно хочется выделить, скажем так, производственную базу изобретения. Создание новой стали под руководством ЦНИИ КМ «Прометей» опирается на достижения национального промышленного лидера в области оборудования для АЭС — «Ижорских заводов» и одного из крупнейших в стране Научно-исследовательского центра (НИЦ) ТК «ОМЗ-Ижора» (оба предприятия входят в Группу ОМЗ). Тем самым в очередной раз доказано: реальная инновационная результативность возможна только на площадках реальных научно-промышленных отраслевых лидеров, имеющих весомый в прямом и переносном смысле опыт работы с такими изделиями.
Очевидно, что создание нового класса материалов со столь высокой радиационной стойкостью для корпусов атомных реакторов и методов продления сроков их эксплуатации становится серьезным конкурентным преимуществом отечественного тяжелого машиностроения в области создания оборудования для АЭС. В данном случае мы имеем практически идеальный вариант «кратчайшего» пути между результатами разработки и внедрением в конкретную продукцию, поскольку важнейшее изобретение фактически уже находится в цехах ведущего производителя — имеются в виду, конечно же, «Ижорские заводы», чьи компетенции в области атомного машиностроения не требуют особых представлений.
В этой связи история уникальной «атомной стали» может служить еще и наглядным прецедентом оптимальной модели воплощения новой разработки в конкретную конкурентную продукцию, чему у «Ижорских заводов» и Группы ОМЗ в целом стоило бы поучиться, и не только машиностроителям. Специалисты «Ижорских заводов» заявляют, что новая сталь и технологии изготовления из нее крупногабаритных заготовок будут применяться не только при изготовлении корпусов реакторов АЭС, но также для плавучих АЭС, энергетических установок для ледоколов с принципиально новыми эксплуатационными характеристиками и длительным сроком эксплуатации. Первое успешное внедрение этой стали для плавучих АЭС уже прошло ранее на «Ижорских заводах». Специалисты ЦНИИ КМ «Прометей» вместе с предприятиями Ижорской промышленной площадки Группы ОМЗ думают и о других направлениях применения нового сплава.

Крепче сердце — дольше жизнь
Одним из ключевых элементов АЭС — образно можно сказать «его сердцем» — является корпус атомного реактора, от состояния которого зависит надёжная и безопасная эксплуатация реактора. Это определяет время работы энергетической установки и АЭС в целом. Среди требований к материалам корпусов реакторов наиболее важные — высокое сопротивление радиационному охрупчиванию. И среди материалов для него теперь есть очевидный мировой рекордсмен — новая российская сталь. Ведь выдержать сто лет и более бомбардировки нейтронами может только этот сплав, рождённый совместными усилиями российских учёных, технологов и металлургов.
Как рассказал один из авторов разработки, первый заместитель директора Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Ярослав Штромбах, «разработка новой стали позволяет заметно — до 100 и более лет — увеличить срок службы реактора, повысить его мощность и снизить себестоимость киловатт-часа электроэнергии в расчёте на единицу капитальных вложений». Отметим, что увеличение срока службы реакторов почти в два раза дает просто гигантскую экономию как на самих реакторах, так и на расходах по поддержанию экологических требований и стандартов безопасности.
Заместитель генерального директора петербургского ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», один из «отцов» новой стали Георгий Карзов также уверен, что эта разработка позволит увеличить проектный срок службы корпуса реактора стационарной АЭС до века и более того. Кроме того, «при сохранении проектного срока службы корпуса реактора в 60-80 лет есть возможность увеличить мощность энергоблока на 30-40%».
Чуть выше уже было отмечено, что новая сталь опирается на прежние открытия национальной металлургии. История «возвращения» к разработкам полувековой давности вкратце такова. Мониторинг работы атомных реакторов в мире показал, что по сравнению с существующими металлами у разработанной ранее в СССР стали 48ТС есть значительное преимущество по радиационной стойкости. Заметив это, стали думать, как соединить эти достоинства с другими требованиями. Специалисты из петербургского ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» совместно с НИЦ ТК «ОМЗ-Ижора» на базе «Ижорского завода» начали отрабатывать технологию производства крупногабаритных поковок из этой стали. На предприятии сначала были изготовлены опытно-штатные толстостенные поковки и корпуса реакторов для двух установок КЛТ-40, а затем выпущена опытная обечайка новой стали для корпуса реактора типа ВВЭР-1000. Как говорит Ярослав Штромбах, «главное было — получить необходимую прочность, равномерность свойств, и здесь заслуга наших коллег из «Прометея» и технологов «Ижорского завода» — неоценимы».

Ижорские подробности
На «Ижорских заводах» отмечают, что этот металл не является для них чем-то абсолютно новым. Именно из подобной марки хром-молибден-ванадиевой стали с пониженным содержанием никеля на предприятии в свое время изготавливались корпуса реакторов ВВЭР-440 и двигательные установки атомных подводных лодок. Тем не менее, работы с новой модификацией стали было достаточно много.
В первом квартале прошлого года в кузнечно-прессовом цехе №47 предприятия «ОМЗ-Спецсталь» (также входит в Группу ОМЗ) из этого металла (хром-молибден-ванадиевая сталь с пониженным содержанием никеля 15Х2МФА-А, модификация А) впервые в практике предприятия была откована опытно-штатная обечайка зоны патрубков для реактора ВВЭР-1000 мощностью миллион киловатт.
Для информации. Все корпуса реакторов ВВЭР-1000 до сих пор делались из стали, разработанной в московском институте ЦНИИТМАШ. Этот институт является головной материаловедческой организацией и держателем технических условий на данный вид продукции. А сталь с пониженным содержанием никеля была в свое время предложена петербургским ЦНИИ КМ «Прометей» для реакторов типа ВВЭР-440 и двигательных установок атомных подводных лодок. Никель является полезным элементом, так как обеспечивает прокаливаемость и вязкость стали, а также понижает критическую температуру хрупкости.
Вернемся к обечайке. После того, как ее отковали, начался долгий и непростой путь ее обработки и испытаний. На этом пути изделие прошло ряд термических и механических обработок, в ней были просверлены отверстия под патрубки, после чего на прессе мощностью 12 тысяч тонно-сил была проведена уникальная операция — выштамповка патрубков. И так далее… Полный цикл изготовления обечайки занял несколько месяцев. Лишь после этого обечайка из уникальной стали стала объектом всесторонних исследований, которые проводили специалисты НИЦ ТК «ОМЗ-Ижора», ЦНИИ «Прометей», Курчатовского института и т.д.
Новый сплав полностью подтвердил все проектные предположения и самые оптимистические прогнозы. И теперь уже, увенчанный высокой государственной наградой, стал инновационной реальностью отечественного рынка оборудования для АЭС. Большой труд целого ряда коллективов — разработчиков, испытателей, производственников — увенчался успехом.
Под занавес — еще цитата одного из участников нового изобретения Ярослава Штромбаха: «В создании этого замечательного материала участвовали талантливые коллективы, в деятельности которых тесно сплелись усилия учёных нашего института, технологов Петербургского ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», сталеваров «Ижорского завода», а также заказчиков-инвесторов из концерна «Росэнергоатом». Самым главным достижением я считаю именно это — получение доказательства результативности такого сотрудничества цепочки разных организаций, которое и приводит к эффективному внедрению новых разработок».