普罗米修斯中央结构材料研究院纳米相强化钢技术领域的突破

苏苏的凤尾鱼 2025-01-24 15:37:36

2014年 9 月,材料科学领域的世界领先企业、总部位于圣彼得堡的普罗米修斯中央结构材料研究院庆祝了其成立 75 周年。该企业在过去几十年中取得的所有发展都给国内冶金业带来了革命性的变化,其中大部分在世界上都是绝无仅有的。这包括为传奇的T—34坦克和伊尔-2攻击机研发装甲,一系列独特的高强度和耐寒钢,耐用的轻质耐腐蚀钛和铝合金,聚合物复合材料,整个俄罗斯海军和大量民用船只都是从中建造的。在国家级创新项目 “金属 ”和 “管路”中使用的新型耐寒钢在技术和机械性能方面都是世界上无与伦比的。 这使得俄罗斯冶金学家首次生产出直径为 1420mm的钢管,这种钢管可以在零度以下的温度下加工,无需预热,这在北极地区极为重要。同时,钢材的耐磨性提高了 2 倍,抗震性达到里氏 8 级,产品成本保持不变。普罗米修斯中央结构材料研究院是 15 项工业关键技术的开发商,旨在确保国内工业的竞争力。这里诞生了具有纳米结构的新型超强材料和西北地区唯一的纳米结构材料研发中心。在加特契纳,在中央结构材料研究院的研究和生产实验综合体中,首次启动了独一无二的、俄罗斯唯一的工业技术生产线 “Quarto-800轧机”。它被认为是研究所纳米中心的 “心脏”,在这里,他们理所当然地为这台超现代化设备感到自豪,因为世界上没有类似的设备。Quarto-800轧机的推出是中央结构材料研究院和整个俄罗斯冶金工业的一件大事。该轧机开发的现代技术可以加工出比前苏联和俄罗斯海军制造的已经生锈的船体材料高出一个数量级的钢材。新的,更轻,更强,更耐用的最高特性材料将用于机械工程,电气行业,有色金属和有色金属冶金,能源部门和建筑部门。该轧机由普罗米修斯人设计,韩国专家制造。这个想法花了两年半的时间才得以实现,耗资约 3 亿卢布。在谈到这一独特的发展时,普罗米修斯负责人不由自主地将目光投向了遥远的 20 世纪 60 年代。当时,公司在加特契纳建立了自己的科学实验生产设施,对新金属样品和新技术进行测试,以便将测试转移到自己的基地,不影响合作企业工业轧机的生产周期。首先,在加特契纳建筑群内建立了一个小型轧机,至今仍在运转;然后,建立了一个现代化的(至今仍是现代化的)样品检测实验室,这在当今世界上是独一无二的。多年来,实验基地不断扩大和完善。正是在这里,科学家和专家们 “创造 ”出了金属特性,改善、改变了化学成分、可靠性、耐磨性,并模拟了各种熔炼过程。

——Quarto-800轧机完善了开发纳米结构复合材料的设备链。中试线重复工业轧机的所有工艺流程,但应变负荷高于工业轧机。普罗米修斯创造了一种既有高延展性又有高强度的金属工业样品。本来冶金学中最令人头疼的问题就是:如何在高强度的同时实现金属的延展性?在普罗米修斯进行试验之前,这是不可能的。从来没有人取得过这样的成果,普罗米修斯是第一个。普罗米修斯负责人说:“我们正在研究新技术,以便尽可能优化材料结构的化学成分。”使用 “Quarto-800轧机”的优势还在于它可以缩短工业规模的金属生产流程。如今,某种化学成分的材料只适用于某些任务:一种用于农业,另一种用于飞机和造船等。在为高科技产业生产优质钢材时,必须倒入 150 吨生铁来冲洗熔炉,然后再清洗熔炉。这些生铁已不再适合使用。如今,无需清理熔炉即可炼钢。钢厂可以将自己限制在三到四个熔炉内,以工业规模冶炼所有产品。——我不会隐瞒,“普罗米修斯公司的负责人说,”我已经在考虑如何对我们的工厂进行现代化改造,以便更有把握地获得我们想要的金属特性。是的,我们现在有了一台轧机--世界上唯一的一家--我们相信,我们肯定会获得新的质量技术,并将其引入我们的工厂。但是,我们可以尽量减少某些参数,同时增加其他参数。例如,金属是由水冷却的,如今除了水之外,还没有其他液体能如此快速地冷却材料。但我们需要更快的冷却速度。我们已经明白,我们需要施加很大的压力,并加快速度:一吨水,只需一秒钟。这就是我们将对轧机进行现代化改造的地方。当然,我们也希望取得商业上的成功。这些技术很可能需要对冶金工厂进行现代化改造。无论我们有多大的愿望,都不可能在旧设备上取得进步,因为旧设备无法在轧机上轧制材料时获得这些许可。普罗米修斯中央结构材料研究院公司的首席执行官毫不掩饰他对工业界尚未做好纳米技术准备的担忧。但这一进程正在进行中:马格尼特卡公司和谢韦尔钢铁公司正在逐步实现现代化。圣彼得堡希望,如今仍依赖进口的其他企业也能适应新技术。工业化轧机的现代化程度将更高。人们希望新材料最终能在俄罗斯出现,因为纳米技术是经济现代化的基础,而圣彼得堡科学家的新钢材将被用于建造俄罗斯正在着手建造的一大批新型船舶。但他们也在为民用产品制定计划,以便该领域能够开始使用具有纳米结构、高质量和耐用性的材料。如果在萨亚诺-舒申斯卡亚水电站事故发生的六个月前,俄罗斯纳米公司的管理层能够听取圣彼得堡研究所专家的意见,即轴承的使用寿命已经结束,那么水电站的悲剧肯定是可以避免的。普罗米修斯付恶人认为,未来汽车将采用纳米技术制造:材料将更轻,发动机将在新的能源获取方式基础上开发,而且很有可能变成飞行汽车。总体而言,由于纳米技术的引入,我们这个由铁构成的世界将发生重大变化:新材料将不产生废物,垃圾填埋场将消失,环境将得到改善...... 。

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苏苏的凤尾鱼

简介:俄罗斯材料科学与工程领域的研究和应用历史现状