Круглый стол в рамках технологической платформы «МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛУРГИИ»

«Материалы и технологии металлургии» ( «МТМ»)

Цель: Концентрация финансовых и административных ресурсов, направленных на создание современной отрасли по производству нового поколения материалов металлургии в части разработки и внедрения в серийное производство энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий изготовления и переработки конструкционных и функциональных материалов, а также техническое перевооружение и оснащение металлургических предприятий роботизированным, автоматизированным и компьютеризированным оборудованием для реализации современных технологических процессов на базе цифровых IТ-технологий и нейронного управления, включая полный логистический цикл изготовления и переработки от исходного сырья до конечного полуфабриката и изделий для различных отраслей промышленности.

Разработка, производство и применение материалов металлургии — важнейший элемент промышленной политики государства.

В рамках реализации Технологической платформы предполагается развитие следующих перспективных направлений:

1. Разработка теоретических основ, методологий создания материалов и технологий их производства и переработки.

• Создание теоретических основ и формирование научных подходов (в том числе на электронном и нейронном уровне), поисковые исследования в области разработки принципиально новых обогатительно-металлургических технологий, конструирования и разработки новых литейных и деформируемых сплавов и сталей, комплексных систем защиты и теплозащитных покрытий с применением компьютерных (IT) технологий.
• Технологии создания систем цифрового моделирования, расчета, проектирования и реализации современных высокоэффективных технологических процессов, прогнозирования оптимальных свойств, в том числе фазового состава и структуры материалов, новых изделий из сплавов и сталей, технологических параметров их изготовления и переработки для выбора основных конструктивно-технологических решений, а также новых методов автоматизированных средств мониторинга технологий, диагностики и неразрушающего контроля материалов и конструкций с использованием компьютерных (IT) методов, совместимых с CAD/CAM/CAE и PLM системами.
• Технологии создания научных основ и технических решений снижения экологической нагрузки на действующих предприятиях, в том числе металлургических

2. Разработка нового поколения материалов с повышенным уровнем служебных характеристик.

• Создание с применением компьютерного конструирования материалов металлургии нового поколения.
• Технологии создания с применением компьютерного конструирования сверхлегких, высокожаропрочных (в том числе интерметаллидных, эвтектических, композиционных и естественно-композиционных) никелевых, кобальтовых, титановых, алюминиевых, магниевых, бериллиевых сплавов, включая сплавы на основе РЗМ и цветных металлов, специальные стали и стали массового назначения.
• Технологии создания с применением компьютерного конструирования литейных высокожаропрочных (в том числе интерметаллидных, эвтектических, композиционных и естественно-композиционных) сплавов, включая новое поколение жаропрочных и высокожаропрочных деформируемых, никелевых, кобальтовых, титановых, ниобиевых суперсплавов, а также сплавов на основе элементов платиновой группы для монокристаллических лопаток (в том числе с транспирационным охлаждением) и других деталей ГТД, ГТУ, ПГУ.
• Технологии создания с применением компьютерного конструирования на электронном уровне высокожаропрочных деформируемых сплавов, включая интерметаллидные с высокой пластичностью.
• Технологии создания высокопрочных жаропрочных и радиационностойких сталей и сплавов, в т.ч. алюминиевых и титановых, для атомных энергетических установок.
• Технологии создания с применением компьютерного моделирования и конструирования, в том числе на электронном и нейронном уровне высокопрочных коррозионно-стойких и теплостойких сталей (в том числе порошковых, аморфных и естественно-композиционных), коррозионностойких, хладостойких и сверхвысокопрочных сталей, включая азотосодержащие, среднеуглеродистых подшипниковых сталей нового поколения (увеличение ресурса работы подшипников не менее чем в 20 раз), сталей массового применения, высокопрочных армированных сталей, а также элементов «сталь-покрытие», металлических приборных материалов (в том числе наноструктурированных) для защиты чувствительных элементов приборных комплексов и биологических объектов от постоянных и переменных магнитных полей.
• Технологии создания магнитотвердых и магнитномягких сплавов (в том числе нанокристаллических и наноструктурированных) на основе железа, кобальта и редкоземельных материалов, включая феррокомпозиты на основе кристаллических, аморфных и нанокристалических порошков, для изготовления сенсоров, реле, трансформаторов, электрических машин, приборов различного назначения, с повышенным в 1,5 раза эксплуатационными характеристиками.
• Технологии создания с применением компьютерного моделирования и конструирования на электронном уровне инварных и элинварных сплавов, обладающих рекордными характеристиками, интеллектуальных материалов с эффектом самозалечивания и самовосстановления, а также безгистерезисных сплавов с эффектом памяти формы (термочувствительность в 7-9 раз более высокая, чем у термобиметаллов) для термочувствительных элементов нового поколения сложных конфигураций;
• Технологии создания перспективных конструкционных, в том числе наноструктурированных материалов, различного назначения с повышенными в 2-3 раза служебными характеристиками;
• Технологии создания пористоволокнистых высокожаропрочных и жаростойких истираемых, износостойких материалов и интегральных звукопоглощающих конструкций.
• Технологии создания наноструктурных, нанослойных (ионноплазменных, магнетронных, термодиффузионных и др.) защитных и упрочняющих покрытий, включая высокопластичные, комплексных теплозащитных покрытий (работоспособных до 1350 — 1400ºС), включая наносимые магнетронным способом (энергосбережение до 50 раз по сравнению с электроннолучевыми технологиями) с применением компьютерного моделирования и конструирования, в том числе для монокристаллических лопаток и других деталей.
• Технологии и организация производства сверхтвердых материалов. Комплексные способы получения новых вольфрамсодержащих и безвольфрамовых твердых сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
• Технологии получения чистых: кремния, германия, теллура и др. с целью создания сырьевой базы микроэлектроники и фотовольтаники.
• Технологии получения, организация и восстановление производства редких и редкоземельных элементов, являющихся стратегическими ресурсами РФ.
• Технологий и организация производства стратегических материалов, содержащих редкие и редкоземельные элементы. Технологии выращивания монокристаллов на основе редкоземельных элементов. Создание сверхмощных постоянных магнитов для промышленного использования, термоэлектрических материалов для энергосберегающих модулей и пьезоматериалов для чувствительных элементов измерительных систем.
• Технологии воссоздания промышленной металлургии полупроводниковых материалов (элементарных полупроводников, полупроводниковых соединений и структур и др.), редкоземельных (неодим, диспрозий, тербий, иттрий, церий, европий и др.), редких тугоплавких (цирконий, вольфрам, ниобий, тантал, ванадий и др.), редких рассеянных (германий, рений, галлий, индий, ртуть и др.), редких легких и щелочных (литий, бериллий, цезий и др.), драгоценных (палладий, платина и др.) металлов в обеспечение структурной модернизации базовых отраслей экономики России и развития инновационного национальных проектов, приоритетных направлений науки, технологий и техники и критических технологий на базе комплексного освоения отечественных природных и техногенных сырьевых ресурсов в жизненном цикле «сырье — материалы и сплавы — новые материалы — изделия».

3. Разработка ресурсосберегающих энергоэффективных металлургических технологий.

• Ресурсосберегающие и экологически чистые металлургические технологии (в том числе бескоксовая металлургия с использованием газовых, угольных и водородных технологий, технологии переработки бедных, труднообогатимых, комплексных полиметаллических руд, техногенных отходов металлургии, химической промышленности, энергетики), включая нетрадиционные виды энергетического воздействия на металл: ультразвук, плазма, электромагнитные поля, магнитогидродинамическую обработку и др.), а также высокоскоростная взрывная кристаллизация наноструктурных материалов на подложках с помощью низкотемпературной лазерной плазмы.
• Технологии повышения качества металлов и сплавов за счет легирования, модифицирования, контролируемой термопластической обработки и др.
• Технологии обеспечения металлургической промышленности отечественными легирующими элементами, в том числе ниобием, танталом, рением, вольфрамом, редкоземельными элементами и др. за счет разработки и внедрения эффективных способов их извлечения на месторождениях Урала, Закавказья, Кольского полуострова и других источников.
• Создание новых экономичных и эффективных лигатур и способов их использования для повышения качества металлопродукции;
• Технологии повышения эффективности комплексного использования минерального сырья за счет разработки и внедрения ресурсоэнергосберегающих, экологически безопасных технологий, а также утилизации техногенных отходов с извлечением ценных компонентов;
• Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии выплавки, внепечной обработки и разливки сталей и сплавов (в том числе с применением глубокого рафинирования, микролегирования и наномодифицирования порошковыми материалами для получения высокого металлургического качества (ультранизкого содержания примесей и газов, узких интервалов легирования и др., включая получение регулируемой структуры слябов и слитков, в том числе непрерывнолитых), а также технологии очистки и нейтрализации газовых выбросов для обеспечения рециклинга сырья и материалов.
• Ресурсосберегающие (повышение КИМ в 3 — 5 раз) и энергоэффективные (экономия электроэнергии в 5 — 10 раз) технологии изготовления заготовок деталей перспективных летательных аппаратов и двигателей различного назначения, включая высокоградиентную (в т.ч. с управляемым градиентом) направленную кристаллизацию, изотермическую точную штамповку на воздухе в условиях сверхпластичности, вакуумную выплавку с использованием всех видов образующихся отходов и др.
• Ресурсосберегающие технологии получения крупногабаритных полуфабрикатов (в том числе изотермическую деформацию на воздухе и деформацию в закрытых контейнерах в условиях сверхпластичности и др.) из труднодеформируемых жаропрочных никелевых, титановых, кобальтовых и других сплавов, включая интерметаллидные.
• Энергоэффективные ресурсосберегающие технологии производства листового, профильного, сортового проката, поковок, штамповок, труб и плакированного материала из коррозионностойких хладостойких и сверхвысокопрочных сталей (в том числе с унифицированным химическим составом), включая наноструктурированные, азотсодержащие аустенитного, мартенситного и аустенитно-ферритного классов с равновесным и сверхравновесным содержанием азота, а также стали массового производства, включая модульные технологии, с совмещением технологических процессов производства металлопродукции.
• Технологии наплавки и других методов нанесения специальных присадочных материалов на рабочие поверхности деталей и изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному износу, в том числе при высоких температурах, для получения на них ультрамелкодисперсных износостойких покрытий с целью повышения износостойкости, кавитационной стойкости, коррозионной стойкости, работоспособности и срока службы деталей и изделий.
• Технологии лазерного селективного формования и испарительной конденсации для получения изделий с повышенной жаропрочностью, износо- и коррозионной стойкостью.
• Технологии получения ультрадисперсных порошков припоев и сплавов на никелевой, кобальтовой и титановой основе, сталей и других металлических материалов методом распыления расплава инертным газом и высокоскоростной универсальной дезинтеграторно — активаторной обработки, в том числе для изготовления деталей методом селективного лазерного спекания с применением CAD-моделирования.
• Технологии создания интегральных конструкций с использованием прогрессивных методов сварки и пайки (в том числе пайки аморфными припоями), включая линейную сварку трением, сварку трением с перемешиванием, лазерную, лазерно-дуговую и электронно-лучевую сварку, растворно — диффузионную пайку и др.
• Технологии создания, разработки и совершенствования с применением компьютерного моделирования и конструирования (в том числе на электронном уровне) процессов производства горячекатаного толстолистового и полосового проката, холоднокатаного тонколистового проката для получения заданных геометрических параметров по неплоскостности, шероховатости поверхности, из сплавов, имеющих комплекс механических характеристик выше на 25-30%, коррозионные свойства (в том числе в сильно окисляющих средах) в 2,5-10 раз более высокие по сравнению с применяемыми в настоящее время нержавеющими сталями;
• Технологии плавки и литья титановых, магниевых и бериллиевых сплавов и высокопрочных сталей, в том числе с повышенной кавитационной стойкостью, включая плавку в защитной атмосфере без использования флюсов, защиту расплава от окисления, новые методы рафинирования, применение модификаторов нового класса, а также изготовление крупногабаритных плоских слитков под производство широких и длинномерных листов и плит, круглых слитков малого диаметра для прессования большой номенклатуры тонких профилей (снижение трудоемкости, энергоемкости производства на 30-50% и себестоимости полуфабрикатов, повышением выхода годного на 20-30%);
• Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии обработки давлением алюминиевых, титановых, магниевых и бериллиевых сплавов, высокопрочных коррозионностойких сталей и сталей массового назначения для получения полуфабрикатов требуемого сортамента, в том числе крупногабаритных, с высокими служебными характеристиками.
• Технологии нанесения металлических и полимерных покрытий для защиты от коррозионного поражения материалов в процессе эксплуатации в различных климатических зонах.
• Прогрессивные технологии сварки никелевых, алюминиевых, титановых, магниевых и бериллиевых сплавов, азотосодержащих сплавов и сталей, высокопрочных сталей с обеспечением высокой прочности сварных соединений, вязкости и коррозионной стойкости.
• Технологии многоступенчатой термической обработки сплавов и сталей, в том числе на агрегатах с управляемым процессом нагрева и охлаждения.
• Технологии изготовления специальной номенклатуры листов из основных конструкционных сплавов и беспримесных конструкционных сталей с мелкозернистой структурой, высокопрочных сталей с высокой демпфирующей способностью и повышенной способностью к формообразованию традиционными методами листовой штамповки;
• Технологии ковки и штамповки, автоклавного формообразования в режиме ползучести, совмещенного с процессом искусственного старения, деталей из плит и прессованных полуфабрикатов, позволяющий максимально исключать трудоемкий ручной процесс доводки и правки и ограничивающий отрицательное влияние неоднородной деформации;
• Технологии производства гнутых листовых профилей из алюминиевых и других сплавов с отработкой и оптимизацией технологии деформации при стесненном изгибе, термообработки, правки, как обладающих повышенной коррозионной стойкостью и весовой эффективностью взамен применяющихся прессованных профилей, склонных к расслаивающей коррозии.
• Технологии малодеформационной закалки листовых и профильных деталей в полимерные среды и на машиностроительных заводах для снижения поводок и коробления, уменьшения трудоемкости правки (как правило, ручной) и повышения качества деталей;
• Технологические процессы соединения и изготовления специальной выкладкой элементов и конструкций из слоистых материалов класса СИАЛ;
• Технологии получения крупногабаритных полуфабрикатов (в том числе изотермическая деформация в закрытых контейнерах в условиях сверхпластичности и др.) из труднодеформируемых высокопрочных магниевых и других сплавов с нанодисперсным упрочнением;
• Энергосберегающие, экологически чистые технологии производства корпусного магниевого литья с использованием новых составов холодно-твердеющих смесей (ХТС) на отечественном сырье с пониженным экологическим воздействием на окружающую среду.
• Принципиально новые способы снижения выбросов серы на металлургических предприятиях России, перерабатывающих сульфидные концентраты, за счет экологически безопасного вывода серы из производственного цикла на стадии обогащения, пиро- и гидрометаллургической переработки сырья и производства высоко ликвидных серосодержащих товарных продуктов.
• Унифицированные технологии переработки рудного молибденового и вольфрамового сырья, в том числе некондиционного, с целью расширения спектра товарных соединений и металлов повышенной чистоты.
• Технологии получения высокочистых металлов для изготовления супержаропрочных сплавов нового поколения, основанных на использовании изопористых наноструктурированных сорбентов с регулируемой удельной поверхностью в гидрометаллургических процессах.
• Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии производства стратегически значимых цветных металлов и сплавов (группа 100), включая перспективные волокнистые магнитные материалы, органические металлы на основе лития и металлического водорода, высокопористые ячеистые материалы с аккумулирующими и гетерными свойствами.
• Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии извлечения в товарную продукцию всех компонентов природного и техногенного сырья цветных, редких и благородных металлов, включая использование технологического кислорода и постоянного тока в плавильных процессах, механоактивации, автоклавного и комбинированного выщелачивания, утилизации объектов вооружения и военной техники.
• Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии переработки полиметаллического сырья, включая медное, медно-никелевое, никелевое (в том числе окисленные никелевые руды), свинцовое, свинцово-цинковое, свинцово-цинковое медьсодержащее, полиметаллическое золотосодержащее сырье и техногенные полиметаллические отходы и полупродукты предприятий цветной металлургии.
• Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии вакуумтермического получения сверхчистых металлов и сплавов, включая получение лития, кальция и интерметаллидов на их основе, в т.ч. способом алюминотермического восстановления в вакууме.
• Комплексные технологии переработки техногенных отходов горно-обогатительных и металлургических производств, обеспечивающие высокую эффективность и высокий уровень извлечения ценных компонентов в высоколиквидные товарные продукты, в том числе технология производства кондиционного цементного клинкера из шлакообразующих оксидов.
• Энерго-, ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии первичной металлургии с освоением высокопроизводительных аппаратурных схем и получением новых видов продукции из цветных металлов (тяжелых, легких, тугоплавких, редких, редкоземельных, платиновой группы, драгоценных), обладающих высоким уровнем служебных свойств, для обеспечения перспективной потребности предприятий транспортного машиностроения, автомобилестроения, топливно — энергетического комплекса, авиа- и судостроения, авиационной, космической, электронной, вычислительной, приборной и т.п. техники, а также различных видов спецтехники.

4. Композиты с металлической и интерметаллидной матрицами.

• Композиты с алюминиевой матрицей. Возможными армирующими средствами в этом классе материалов могут быть волокна бора и углеволокна, нано-углеволокна и углеродные нанотрубки. Технологии переработки алюминиевых сплавов и армированных частицами композитов новыми технологическими методами, приводящими к формированию в изделиях из традиционных многофазных сплавов нетрадиционной структуры, характерной для волокнистых композитов.
• Композиты с титановой и титан-алюминидной матрицами для лопатки компрессора высокого давления. Возможность получения квази-пластичных композитов путём армирования хрупкого интерметаллида оксидными волокнами специальной структуры.
• Композиты с матрицей на основе никеля. Композиты с металлической матрицей могут эффективно применяться в газотурбинных авиадвигателях, совершенствование которых на основе развития никелевых суперсплавов и конструкции двигателя (двух-контурность, газодинамика и т.д.) близко к исчерпанию.
• Композиты с матрицей на основе ниобия, способные работать при значительно более высоких температурах, нежели оксид-никелевые материалы.

5. Технологии создания современного оборудования.

• Технологии создания современного автоматизированного оборудования с компьютерным управлением (в том числе на нейронном уровне) для литья лопаток, включая лопатки с транспирационной системой охлаждения внутренней полости и длиной до 1 метра, и нанесения наноструктурных ионно-плазменных и магнетронных покрытий и др.
• Технологии создания современного автоматизированного оборудования для производства валов, роторов с высоким уровнем химической и физической однородности, с минимальным уровнем остаточных напряжений, с ресурсом безотказной работы не менее 50 лет;
• Техническое перевооружение и оснащение металлургических предприятий автоматизированным и компьютеризированным оборудованием для реализации современных технологических процессов на базе цифровых IТ-технологий и нейронного управления, включая полный логистический цикл их изготовления и переработки от исходного сырья до конечного полуфабриката, изделий из сплавов и сталей для различных отраслей промышленности и товаров народного потребления.

6. Формирование научно-технического задела в области материалов и технологий металлургии.

• Создание научно-технического задела, формирование и развитие промышленных критических и базовых технологий, обеспечивающих производство перспективных изделий (военного и гражданского назначения) различных отраслей промышленности, соответствующих мировому уровню 2020-2025 гг.