Управляя структурой: ученый рассказал о создании жаропрочных материалов

Атомщики — лауреаты государственных премий в области науки рассказывают о себе. Наш первый герой — ​Павел Козлов, ученый Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ). В 2014 году он получил премию Правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых. С тех пор прошел путь от старшего научного сотрудника до первого заместителя гендиректора по научно-технической деятельности.

О разработке

Премию нам присудили за жаропрочные материалы для трубопроводов тепловых электростанций. Традиционно в мире на тепловых энергоблоках применяют перлитные стали, их рабочая температура — ​не более 580 °C. Именно на такой температуре работали российские блоки, в то время как за рубежом уже преодолели порог 620 °C.

При повышении рабочей температуры существенно вырастает эффективность. На угольных станциях, например, повышение примерно на полсотни градусов позволяет экономить от 70 до 120 млн т топлива в год на одном блоке. Есть еще одно преимущество — ​при повышении температуры сжигания сокращается выброс оксидов серы, углерода. Подъем до 650 °C уменьшает негативный след от сжигания топлива где‑то в 1,5 раза.

Способность материала сопротивляться воздействию высокой температуры определяется его внутренней структурой. Один из способов получения нужной структуры — ​оптимизация химического состава, легирование и термообработка.

Мы взяли стали с содержанием 9 % хрома, подобные материалы известны с 1970‑х. Новшество в том, что мы легировали их кобальтом, оптимизировали соотношение вольфрама, молибдена и других элементов. Но главное — ​разобрались, какая структура дает наибольшую жаропрочность и как повлиять на эту структуру легированием и термообработкой.

Наша команда разработала две группы материалов: с обычным содержанием углерода и с пониженным — ​была гипотеза, что это повысит жаропрочность. И она подтвердилась. Мы получили технологию, отработали ее на заводах. Работа была задельная, широкого применения в промышленности эти материалы пока не нашли, но наши механизмы и способы управления свойствами материалов в ЦНИИТМАШе используют при выполнении других разработок.

О соискании

Подать заявку на премию нам предложил Алексей Владимирович Дуб, тогда директор ЦНИИТМАШа.

По ощущениям, это как заново написать диссертацию. Коллективный научный труд с полным описанием разработки, комплектом сопроводительных документов на каждого соискателя с описанием личного вклада, профессиональных характеристик и проч. Потом были слушания в экспертных советах, публичное слушание в Центральном НИИ черной металлургии им. Бардина.

О личном вкладе

Наша команда — ​это пять человек под научным руководством директора Института материаловедения ЦНИИТМАШа Владимира Николаевича Скоробогатых. Я пришел в институт, когда необходимо было проверить ряд гипотез, довести до эксперимента и доработать. Тут как раз пригодился мой студенческий опыт моделирования физических процессов.

Моей задачей было смоделировать поведение материалов и выбрать те, что стоило исследовать экспериментально. Раньше надо было сделать порядка 100 опытных составов и изучить каждый. Моделирование помогло определить 10 кандидатных материалов. И в итоге работу, которая заняла бы десятилетие, мы сделали за три года.

О личной пользе

За короткое время я получил бесценный опыт. Мы решили фундаментальную задачу — ​создали новые материалы и технологии производства. Я побывал на заводах, где выплавляют сталь и изготавливают трубы, листы, поковки, элементы трубопроводов и котельного оборудования для теплоэнергетики. Узнал, как предприятия осваивают новые материалы. Участвовал в комплексных испытаниях. Изучил нормы и правила в области тепловой энергетики. Работал в мультидисциплинарной команде — ​с материаловедами, металлургами, технологами, сварщиками, контролерами.

Я свои награды не афиширую, но строчка в личном деле о премии Правительства, конечно, впечатление производит.

О мотивации молодежи

Я стараюсь поддерживать молодых ученых, в том числе в выдвижении на правительственные и госпремии. Важно, чтобы молодежь себя проявляла. Ведь ЦНИИТМАШ — ​не только головная материаловедческая организация атомной отрасли, но и государственный научный центр. Немногие организации обладают таким статусом. Фактически премии — ​подтверждение этого статуса, признание вклада института в научно-техническое развитие страны. Это также способ показать молодым сотрудникам, насколько важными вещами они занимаются. В исследовательской рутине легко перегореть и перестать замечать масштаб дел, которые за ней стоят.

О будущем

У работы руководителя есть специфика. Не всегда остается время на собственные исследования. Но научная деятельность — ​фундамент для развития и реализации профессиональных амбиций. Я задумываюсь о докторской диссертации. Мне интересна область прогнозирования характеристик материалов на длительный срок. Атомные станции проектируют на 60 лет эксплуатации, но уже ставится вопрос о более длительном сроке — ​80–100 лет. Интересная задача.