Экономика требует новых материалов, которые на открытом рынке можно или купить за рубежом, или произвести на месте. Чтобы сохранить внутренний рынок, отечественные металлурги ускоренными темпами разрабатывают новые виды сталей, обладающие улучшенными характеристиками прочности, хладостойкости и коррозионной устойчивости.
Сталь для подводных трубопроводов приблизилась по характеристикам к космическим материалам
Фото: Дмитрий Азаров, Коммерсантъ / купить фото
Сверхдлинный транспорт
Сегодня основные направления в проектировании трубопроводов — это повышение эффективности (увеличение давления), увеличение срока их службы и улучшение показателей экологической безопасности.
Энергетическая стратегия России в связи с истощением разрабатываемых сегодня месторождений предполагает строительство сверхдальних нефтегазопроводов для освоения источников на Ямале, в Якутии, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, на арктическом шельфе. В этих регионах трубопроводы будут использоваться в экстремальных климатических условиях, с температурами наружного воздуха до -60°C. Бованенково--Ухта, "Северный поток", Сахалин--Хабаровск, Восточная Сибирь--Тихий океан — вот далеко не полный перечень проектов в этой сфере.
Нитки трубопроводов становятся все длиннее, мощности магистралей растут, и это вынуждает нефтегазовую отрасль увеличивать требования к трубам в части прочности, ударной вязкости, свариваемости и сопротивления хрупкому разрушению. Это не прихоть нефтегазового сектора: условия эксплуатации при низких температурах, ледовых и сейсмических воздействиях, коррозионной активности окружающей среды вынуждают искать новые стали, способные противостоять всем негативным внешним факторам.
Существует и ряд проблем иного характера. Действующая система нефтегазопроводов внутри страны для доставки топлива от месторождения к потребителям построена несколько десятков лет назад и требует значительного ремонта и модификации. Политика, проводимая Россией, вынуждает снижать внешние риски, а порядка 90% российского топлива идет к европейским партнерам не напрямую, а через посредников. Этим в том числе обусловлено строительство прямых магистральных трубопроводов в обход ряда стран Восточной Европы.
В 1960--1970-е годы для строительства магистральных газопроводов стране требовались в основном трубы диаметром до 1220 мм, для средней полосы с температурой эксплуатации около 0°C и рабочим давлением до 5,4 МПа. Трубы изготавливались из нормализованной стали типа 17ГС с временным сопротивлением 52 кгс/ кв. мм, что соответствует классу прочности К52.
В 1970-е годы началось освоение месторождений Крайнего Севера и транспортировка газа на большие расстояния в центральные районы и до западной границы СССР на экспорт. Сооружались магистральные газопроводы преимущественно из труб диаметром 1420 мм с рабочим давлением 7,4-8,3 МПа, а температура эксплуатации понизилась до -20°C. Это потребовало перехода на стали контролируемой прокатки с временным сопротивлением 56-60 кгс/ кв. мм (класс прочности К55-К60 (Х70)) и ужесточения требований к трубной заготовке.
Использование более прочной стали в производстве подобных труб обладает рядом очень существенных преимуществ. Увеличение рабочего давления в газопроводе до 12 МПа позволяет повысить его производительность на 55-60%. На четверть снижаются объем и стоимость балластировочных работ (балластировка — способ закрепления трубопроводов с помощью утяжеляющих грузов или бетонирования при прокладке их на заболоченных либо обводненных грунтах). На 7-8% сокращаются удельные энергозатраты, и, что немаловажно, на 8-9% снижаются металлозатраты.
Высокопрочные трубы требуют сочетания хороших прочностных свойств и высокой хладостойкости как для основного металла, так и для сварного соединения.
Увеличение давления при прокачке топлива до 12 МПа сегодня и до 25 МПа в перспективе потребует использования труб класса прочности Х80-Х90, а потом и Х100, что позволит увеличить пропускную способность и при этом сохранить толщину стенки трубы. Уже при строительстве магистрального трубопровода Бованенково--Ухта в проекте изначально планировалось использовать трубы класса прочности К65 (Х80) диаметром 1420 мм с толщиной стенки 23-33 мм. Раньше подобные трубы нигде в мире не производились.
На Ижорском трубном заводе (ИТЗ), выпускающем трубы диаметром до 1420 мм и длиной до 18 м, в 2007-2010 годах осваивалось производство толстостенных труб класса прочности Х80 (К65) и Х90 (К70) из штрипса Череповецкого металлургического комбината ("Северсталь"), произведенного по технологии, разработанной совместно с ЦНИИ КМ "Прометей" и ЦНИИчермет им. И. П. Бардина. Трубы класса прочности К65 с толщиной стенки 27,7 и 33,4 мм, изготовленные на ИТЗ с использованием разработанных режимов сварки, прошли аттестацию на соответствие техническим требованиям к магистральному газопроводу Бованенково--Ухта, трубы класса прочности Х90 и К70 — на соответствие требованиям заказчика проекта "Магистраль".
Ключевые аспекты производства ТБД — качество и сортамент листа для газопроводных труб. Качество листа может быть обеспечено только при применении полного комплекса современных металлургических технологий, таких, как выплавка стали из малосернистого чугуна в кислородных конвертерах или электропечах. Комплексы внепечной обработки и вакуумирования позволяют получить сталь с низким содержанием вредных примесей и оптимальным химическим составом (с пониженным содержанием углерода), что обеспечивает низкий углеродный эквивалент для улучшения свариваемости и предотвращения сегрегации и осевой ликвации в листе.
Сегодня специалисты говорят о том, что пока нет необходимости использовать еще более прочную сталь для изготовления ТБД. Тем не менее многие НИИ и металлургические компании прилагают большие усилия к тому, чтобы совершенствовать технологии производства труб из высокопрочных сталей. Рабочее давление в магистральных трубопроводах будет только расти, как и пропускная способность всей системы. Будут осваиваться новые месторождения, которые располагаются на территориях с более суровым климатом. Магистрали будут прокладываться на больших глубинах, соответственно, к трубам будут предъявляться все более и более жесткие требования. Таким образом, можно предположить, что и в дальнейшем доля высокопрочной стали, используемой при строительстве магистральных нефте- и газопроводов, будет увеличиваться.
На международной промышленной выставке "Металл-Экспо" 2012 года "Северсталь", ММК и другие компании были награждены медалями и дипломами за разработку и внедрение в производство продукции, предназначенной для конечных потребителей. Это логично: инвестиции в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы приносят в качестве результатов инновационные процессы, технологии и продукты, способные обеспечить российским металлургическим компаниям конкурентоспособность в любых, даже самых сложных рыночных условиях.
Гарантируя безопасность проезда
Автомобильная индустрия потребляет значительные объемы стальной продукции. Поэтому металлургические компании стараются развивать долгосрочные взаимоотношения с автозаводами.
В "Северстали" ведутся исследовательские работы, направленные на повышение качества автолиста. Одним из направлений работ стало повышение чистоты стали по неметаллическим включениям. Также в "Северстали" проведены сравнительные испытания и обмен практиками с лабораторией компании Renault и независимыми исследовательскими организациями в части испытаний количества поверхностного углерода. На сегодня освоено производство горячекатаного проката стали марок S500MC, S550MC с учетом технических требований КамАЗа. Ведется работа по изготовлению для КамАЗа опытных партий горячекатаного проката стали марки S700MC. Планируется освоение производства профиля из стали марок S550MC и S600MC. В сжатые сроки освоено производство стали 20ГЮТ, при этом проведенный в компании комплекс мероприятий позволил обеспечить гарантированную штампуемость деталей рамы автомобиля "КамАЗ" сложной формы на уровне шведской стали Domex500MCЕ. С начала 2013 года "Северсталь" уже имеет годовые контракты на поставку металлопроката группе ГАЗ, "Соллерсу", КамАЗу, GM Uzbekistan, Volkswagen, договоры на полгода заключены с Hyundai--Kia, Renault--Nissan, на квартал с ЗАЗом и др. В частности, в 2013 году ГАЗ приступает к серийному производству нового семейства легких коммерческих автомобилей "Газель NEXT", основная часть деталей кабины которых будет изготовлена из оцинкованной стали.
На НЛМК проводятся мероприятия по повышению качества холоднокатаного листового проката, в том числе первой группы отделки поверхности, что чрезвычайно важно для автомобильной промышленности. Целью является уменьшение количества дефектов на готовом прокате за счет внедрения агрегатов инспекции.
На ММК в 2011-2012 годах введен в эксплуатацию комплекс холодной прокатки ЛПЦ-11, который дает возможность производить в одном цехе и холоднокатаный, и оцинкованный лист, с мощностью оборудования, необходимой для обеспечения всех потребностей России в высокопрочном прокате для автомобильной промышленности. Максимальное усилие прокатки в 3,5 тыс. тонн в сочетании с главными приводами повышенной мощности позволяет производить холодную прокатку высокопрочных и особо высокопрочных марок сталей. В планы ММК по работе с автопроизводителями входит освоение всего марочно-размерного сортамента комплекса, в том числе двухфазных и многофазных сталей, а также одобрение и поставка продукции комплекса стана 2000 российским и зарубежным производителям автомобилей.