Научный центр физико-химических основ и технологий металлургии

Директор: д.ф.-м.н., проф Зайцев Александр Иванович
тел./факс: (495) 777-93-48
e-mail: aizaitsev1@yandex.ru
Заместитель директора: д.т.н. Родионова Ирина Гавриловна
тел.: (495) 777-93-33, (495) 922-94-20
e-mail: cpmc@yandex.ru

НЦФХО является комплексным научным подразделением, ориентированным на решение, как сложных фундаментальных проблем, так и важных для развития экономики страны  практически важных задач по развитию металлургии и материаловедения стали, сплавов, других перспективных материалов.

В настоящее время основными направлениями деятельности НЦФХО  являются является проведение фундаментальных исследований в следующих областях:

  • Физическая химия и теории металлургических процессов.
  • Физическая химический анализ и химическая термодинамика материалов. Неорганическая химия, синтез и исследование новых веществ и материалов
  • Материаловедение массовых высококачественных сталей, сплавов и других материалов с особыми свойствами
  • Физика конденсированного состояния, включая особые состояния вещества (аморфные, квазикристаллические, наноматериалы, многофункциональные сплавы) и экстремальные воздействия
  • Статистическая физика и термодинамика
  • Специальные виды коррозии и разрушения, проблемы состояния водорода и других примесей в стали.
  • Физическое, физико-химическое, статистическое моделирование процессов и материалов

и прикладные разработок в направлениях:

  • Создание массовых  высококачественных сталей (конструкционные, автолистовые, трубные, плакированные, строительные, специальные легированные, рессорно-пружинные  и другие) и технологий их производства.
  • Разработка новых  эффективных и модернизация существующих сквозных технологий, а также отдельных переделов металлургического производства прогрессивных видов металлопродукции.
  • Разработка флюсов, шлаков, шлаковых смесей. Сварка, наплавка
  • Создание уникальных сталей, сплавов, материалов особого назначения (биметаллы, многофункциональные стали, сплавы, другие материалы специального назначения) и эффективных технологий их производства.
  • Физические, термодинамические,  физико-химические, кинетические, статистические  модели процессов и сквозных технологий металлургического  переделов
  • Испытание стойкости материалов против различных видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения
  • Разработка новых материалов для  ТЭК, в том числе арктического назначения, возобновляемых источников энергии, каталитического синтеза.
  • Разработка защитных покрытий, проката с покрытиями и эффективных технологий их производства.

В настоящее время Научный центр физико-химических основ и технологий металлургии имеет следующие структурные подразделения:

  • Лаборатория «Физико-химических основ создания новых технологий и высокотемпературных процессов» (ФХО-1),
  • Лаборатория «Технологий производства биметаллов и автолистовых сталей» (ФХО-2),
  • Лаборатория «Коррозионной стойкости и надёжности сталей и сплавов» (ФХО-3),
  • Лаборатория «Технологий производства многофункциональных материалов и новых методов формирования их структуры и свойств» (ФХО-4),
  • Лаборатория структурных исследований (ФХО-5),
  • Лаборатория организации научных исследований (ФХО-6),
  • Лаборатория защитных покрытий (ФХО-7).

НЦФХО обладает обширной, во многом, уникальной экспериментальной  базой:

  • УНУ «Молекулярный пучок»,
  • практически все экспериментальные методы химической термодинамики,
  • металлографическое оборудование,
  • установки для исследования состояния водорода в стали;
  • оборудование для механических испытаний;
  • оборудование для комплексных коррозионных, в том числе электрохимических, испытаний,
  • установки для определения теплофизических свойств,
  • печи для синтеза, термообработки образцов металла и проведения исследований в контролируемой атмосфере,
  • вакуумные установки,
  • современная вычислительная и компьютерная база, базы данных,
  • установки для моделирования отжига холоднокатаного проката в установках периодического и непрерывного действия,
  • приборный комплекс для проведения уникальных исследований структуры, неметаллических включений, фазовых выделений методами электронной микроскопии локального рентгено-спектрального анализа.
  • оборудование для изучения микрорельефа поверхности (шероховатость, волнистость, плотность пиков и т.д.)

В настоящее время в состав ЦФХО входит 42 квалифицированных специалиста, включающих 1 профессора, 3 докторов и 12 кандидатов наук.

НЦФХО обладает обширной, во многом, уникальной экспериментальной  базой:

  • УНУ «Молекулярный пучок»,
  • практически все экспериментальные методы химической термодинамики,
  • металлографическое оборудование,
  • установки для исследования состояния водорода в стали;
  • оборудование для механических испытаний;
  • оборудование для комплексных коррозионных, в том числе электрохимических, испытаний,
  • установки для определения теплофизических свойств,
  • печи для синтеза, термообработки образцов металла и проведения исследований в контролируемой атмосфере,
  • вакуумные установки,
  • современная вычислительная и компьютерная база, базы данных,
  • установки для моделирования отжига холоднокатаного проката в установках периодического и непрерывного действия,
  • приборный комплекс для проведения уникальных исследований структуры, неметаллических включений, фазовых выделений методами электронной микроскопии локального рентгено-спектрального анализа.
  • оборудование для изучения микрорельефа поверхности (шероховатость, волнистость, плотность пиков и т.д.)

Сотрудниками НЦФХО  за последние 10 с небольшим лет выполнено и выполняется:

  • 21 проект РФФИ, РНФ.
  • 7 международных проектов,
  • 35 проектов в рамках ФЦП Минпромторга России и Минобрнауки России,
  • 177 прямых хозяйственных договоров, а также 22 работ по проведению школ повышения квалификации, экспертизы производства, ТД.

По полученным результатам:

  • опубликовано более 500 статей
  • сделано более 400 докладов
  • получено более 70 патентов РФ
  • защищено более 15 кандидатских и 1 докторская диссертация.
  • подготовлены к защите 2 кандидатских диссертации.

Основные научные достижения

  • Разработана новая теория металлургических шлаков, позволившая достичь принципиального прогресса в технологиях выплавки и обработки стали.
  • Впервые создана теория стеклообразования и образования квазикристаллов в металлических сплавах, играющая ключевую роль для прогнозирования условий получения таких материалов, в том числе непосредственно из расплава.
  • Разработано более 40 новых марок горячекатаных и холоднокатаных низкоуглеродистых, сверхнизкоуглеродистых, высокопрочных низколегированных, прогрессивных автолистовых сталей с показателями уровня и стабильности механических и других служебных свойств, сопоставимыми или существенно превышающими характеристики лучших мировых аналогов, при снижении затрат. Большинство марок акцептовано зарубежными автопроизводителями
  • Разработаны методики адекватной диагностики стойкости трубных, конструкционных сталей против коррозионного и коррозионно- механического разрушения, эксплуатационной надежности, трубных, конструкционных сталей в различных средах.
  • На базе использования разработанных оригинальных технологических приемов и технологий достигнуто увеличение в 2-5 раз коррозионной стойкости, ресурса эксплуатации в нефтепромысловых средах ряда серийно производимых и разработанных новых трубных сталей.
  • Разработаны технологии производства более 10 сталей и сплавов с комплексом высокого уровня трудно сочетаемых физических, физико-химических, механических свойств для объектов специальной техники.
  • Разработаны сквозные технологии производства методом наплавки износостойких плакированных сталей и изготовления тяжело нагруженных элементов сельскохозяйственной техники с ресурсом эксплуатации в 2-3 превосходящим показатели лучших мировых аналогов.
  • Разработаны сквозные технологии производства проката из новых сталей для изготовления прогрессивными методами горячей штамповки ответственных деталей транспортной, и других видов техники с уникальным сочетанием увеличенных до 3 раз показателей прочности – до 2200 Н/мм2, хладостойкости, коррозионной стойкости, эксплуатационной надежности, при высокой пластичности, технологичности, свариваемости, снижении металлоемкости, общих затрат на производство до 20%.
  • Разработаны новые экономнолегированные  стали ферритного класса с улучшенным в 1,5-2 раза, по сравнению с существующими аналогами, комплексом трудно сочетаемых показателей прочности, пластичности, штампуемости, других свойств, при снижении металлоемкости, затрат  до 15-20 % для транспорта машиностроения, строительства.
  • Разработаны эффективные технологии производства методом электрошлаковой наплавки новых высокопрочных (не менее 850 Н/мм2), коррозионностойких плакированных сталей с предельно высокой прочностью (не менее 450 Н/см2), и сплошностью (0 класс по результатам УЗК) соединения слоев, и изготовления из них, без использования специальных приемов, сварных конструкций и химического, нефтехимического оборудования, энергетических установок с увеличенным в 2-2,5 раза ресурсом эксплуатации.
  • Разработана эффективная технология производства сортового проката из рессорно-пружинных и сталей 60С2ХА, 54SiCr6 свысоким качеством поверхности для автомобильных пружин.
  • Разработаны эффективные технологии производства круглого проката из специальных легированных сталей с гарантированной группой холодной осадки 66 и 66Т для изготовления высокопрочных крепежных и других изделий методом ХОШ.
  • Разработаны эффективные технологии производства сталей с заданной водородопроницаемостью для однослойного эмалирования.
  • Разработаны эффективные, возобновляемые накопители водорода с уровнем водородопоглощения до 10% и простотой реализацией обратимого цикла поглощения и выделения водорода при температурах не более 140-160оС для обеспечения работы энергетических устройств в экстремальных условиях.
  • Разработаны новые стали, устойчивые (скорость локальной деградации металла не более 0,05-0,1 мм/год) при экстремальном воздействии активных водород и углеродсодержащих газовых сред для водородной энергетики, установок каталитического синтеза, промышленного получения и переработки водорода, синтез-газа, в том числе, в жидкие моторные топлива и других назначений.
  • Создан, внедрен и успешно используется уникальный экологически чистый электролит для лужения жести на основе сульфаминовой кислоты с отечественными ПАВ.
  • Разработан принципиально новый процесс нанесения горячих покрытий «Вертикаль» с удержанием расплава в ванне с помощью магнитогидродинамического затвора

Полученные результаты нашли широкое признание мировым научным сообществом:

  • Премия Правительства РФ в области науки и техники 2010 г. для молодых ученых
  • Премия Правительства РФ в области науки и техники 2013 г.
  • 13 Золотых и 4 Серебряных медали, 3 Диплома Международной выставки Металл-Экспо’ 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018.
  • Две Золотые медали ВВЦ,
  • Медаль Лауреата ВВЦ
  • Четыре Золотые медали лауреата «Антикор и гальваносервис 2010, 2011, 2013, 2014»
  • Три Диплома МОО «Ассоциация сталеплавильщиков»
  • Восемнадцать дипломов и наград Российских и Международных конференций, в том числе, молодых ученых.
  • 2 Золотых и 3 Серебряных 1 Бронзовая и 4 Диплома Лауреата Московского Международного салона изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД» 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018.
  • 2 Диплома Инженерной Академии наук.

Предполагается расширение и оптимизация сферы фундаментальных исследований:

— Исследование и моделирование кинетики формирования фазовых выделений, в том числе наноразмерных, в аустените, феррите при гцк-оцк фазовом превращении стали.

— Исследование и моделирование фазовых, структурных превращений в сталях, сплавах, других материалах.

— Исследование и моделирование степени стабилизации аустента в зависимости от состава режима обработки стали.

— Исследование и моделирование закономерностей влияния неметаллических включений, фазовых выделений, форм присутствия примесей на структурное состояние , комплекс свойств стали.

— Разработка нового поколения экономнолегированных конструкционных сталей с однородной структурой, высоким и стабильным комплексом свойств на базе оригинальных научных  принципов обеспечения благоприятной формы существования примесей, неметаллических включений.

— Исследование и моделирование влияния разных факторов на показатели стойкости стал против различных видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения.

— Разработка принципов достижение комплекса предельно высоких показателей трудно сочетаемых свойств сталей, сплавов, других материалов.

-Разработка принципов создания кассетных технологий производства из стали одного химического состава материалов разных категорий прочности.

— Разработка принципов рафинирования  металлургического кремния до «солнечного» качества для фотоэлектрических преобразователей энергии.

— Разработка принципов получения сталей, сплавов, других материалов на базе оригинальных методов управления превращениями специально сформированного  метастабильного состояния в разного системах:

  • контролируемой кристаллизации расплава,
  • контролируемой кристаллизации предварительно полученного прекурсора с аморфной структурой,
  • контролируемых превращений предварительно полученного прекурсора с метастабильной кристаллической структурой,
  • контролируемых процессов формирования наноразмерных фазовых выделений.

— Создание эффективных, возобновляемых  накопителей водорода с уровнем водородопоглощения до 10% и простотой реализацией обратимого цикла поглощения и выделения водорода при температурах не более 140-160оС для обеспечения работы энергетических устройств в экстремальных условиях

— Разработка научных основ создания нового поколения многофункциональных сплавов на основе железа для авиационно-космической и ракетной техники.

Расширение и оптимизация сферы прикладных исследований:

— Разработка комплексных технологий производства горячекатаного, холоднокатаного и холоднокатаного покрытого проката из новых сталей для изготовления прогрессивными методами горячей штамповки ответственных деталей транспортной, строительной, горнодобывающей и других видов техники с уникальным сочетанием увеличенных до 3 раз показателей прочностных характеристик (временное сопротивление – до 2200 Н/мм2, предел текучести – до 1900 Н/мм2),  хладостойкости (ударная вязкость KCU-60°C — более 98 Дж/см2), коррозионной стойкости, эксплуатационной надежности, при высокой пластичности, технологичности, свариваемости, снижении массы, металлоемкости, общих затрат на производство до 20%.

— Разработка комплексных технологий производства новых экономнолегированных сталей ферритного класса с уникальным сочетанием высоких показателей прочности (до 1000 — 1200 МПа), пластичности  (относительное удлинение — более 17-19%), хладостойкости, коррозионной стойкости и других свойств для ответственных изделий транспорта, машиностроения, строительства, при снижении затрат, металлоемкости до 15-20 %, замещении импорта.

— Разработка комплексных технологий производства холоднокатаного проката из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталей с улучшенными в 1,5-2 раза показателями пластичности, штампуемости, коррозионной стойкости  для изготовления изделий особо сложной формы для транспорта, машиностроения, строительства, при импортозамещении, расширении сырьевой базы, снижении затрат до 10-15%

— Повышение качества, в первую очередь, пластичности и стабильности прочностных характеристик автолистовых сталей марок S550MC, S600MC, S700MC, НХ260LAD, НХ300LAD, НХ340LAD, НХ380LAD,  НХ420LAD, HC300LA, HC340LA, HC380LA, HC420LA и других. Создание кассетных технологий производства проката различных марок и классов прочности из стали одного химического состава, обеспечение выполнения малых заказов.

— Разработка технологий производства новых высокопрочных (до 1600 – 2000 МПа) улучшенных  прогрессивных (двухфазных ферритно-мартенситных, многофазных  трип-) сталей с высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам, стойкостью против коррозии для создания облегченных высоконадежных конструкций для автомобилей, машиностроения, строительства и т.п..

— Разработка нового поколения экономнолегированных сталей и сквозной технологии производства из них сортового проката с гарантированными показателями холодной осадки для изготовления высокопрочных крепежных и других ответственных изделий с увеличенными до 1,5-2 раз показателями надежности, долговечности, качественных характеристик, при импортозамещении, общем снижении затрат до 15%.

— Разработка нового поколения экономнолегированных конструкционных (трубных) сталей с улучшенным не менее чем в 1,5-2 раза комплексом трудносочетаемых показателей служебных свойств и качества для ответственных изделий топливно-энергетического комплекса с увеличенной до 2-3 раз эффективностью и надежностью эксплуатации, при снижении металлоемкости   до 15-20 %.

Разработка технологии производства нового поколения конструкционных (трубных) сталей (на базе марок 13ХФА, 09ГСФ, 05ХГБ и других) с гарантированно высокой (увеличенной в 2-3 раза по сравнению с существующими  аналогами) стойкостью против общей и локальной коррозии (скорость локальной коррозии – не более 0,2-0,3 мм/год), стабильностью показателей механических свойств (разброс прочностных характеристик в рамках одного класса прочности – не более 30-40 МПа), при снижении затрат, отсортировки проката по дефектам металла, механическим свойствам, неудовлетворительным результатам коррозионных испытаний, затрат.

— Разработка технология производства нового поколения конструкционных (трубных) сталей (на базе марок 13ХФА, 08ГФБ-У, Х56S) с гарантированно высокими, удовлетворяющими  всем российским и международным стандартам, показателями стойкости против ВР, СКРН, стабильности механических свойств (разброс прочностных характеристик в рамках одного класса прочности – не более 30-40 МПа), при снижении затрат, отсортировки проката по дефектам металла, механическим свойствам, неудовлетворительным результатам коррозионных испытаний

— Разработка технологии производства нового поколения конструкционных (трубных) сталей (на базе марок 13ХФА, 05ХГБ, 08ГФБ-У, Х56S, 10Г2ФБ и др.) с одновременно гарантированно высокими, показателями стойкости против всех видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения удовлетворяющими  всем российским и международным при стабильности механических свойств (разброс прочностных характеристик в рамках одного класса прочности – не более 30-40 МПа), снижении затрат, отсортировки проката по дефектам металла, механическим свойствам, неудовлетворительным результатам коррозионных испытаний.

— Новые экономнолегированные высокопрочные (1700 МПа и выше) стали с полностью мартенситной структурой и гарантированными показателями плоскостности.

— Разработка технологии производства нового поколения судостроительных сталей с повышенной не менее чем в 1,5-2 раза  коррозионной стойкостью, эксплуатационной надежностью.

— Разработка технологии производства новых Al–H–Mn-сталей (% (масс.): <0,5 C; >15 Mn; >1 Al) обладающие при высокой прочности предельно высокой пластичностью за счет реализации TRIP — или TWIP- эффектов для изготовления ответственных узлов транспортной, промышленной, бытовой других видов техники.

— Разработка технологий производства новых сталей устойчивых к разрушению (скорость локального разрушения не более 0,05-0,1 мм/год) в активных углерод и водородсодержащих газовых средах для водородной энергетики, каталитического синтеза, глубокой переработки нефти, каменного угля, древесины, термообработки в контролируемых атмосферах, систем фильтрации отходящих конвертерных газов.

— Разработка технологий производства новых экономнолегированных сталей для лазерной резки.

— Разработка технологий производства коррозионностойких и износостойких плакированных сталей  для высоко нагруженных элементов почвообрабатывающей, горнодобывающей  техники, высокоскоростного железнодорожного транспорта, химического, нефтехимического  машиностроения, других ответственных назначений.

— Разработка технологий производства специальных сталей и прецизионных сплавов с комплексом трудносочетаемых физических свойств высокого уровня.

— Разработка технологии рафинирования металлургического кремния до «солнечного» качества для фотоэлектрических преобразователей энергии. Достижение стоимости кремния солнечного качества 8-10 доллар/кг, что позволит сделать энергию, производимую солнечными батареями, дешевле производимой на тепловых станциях.

— Разработка эффективных накопителей водорода на базе интерметаллических соединений легких элементов с массовой долей хранения водорода более 10% для топливных элементов .

— Разработка эффективных технологий производства методом электрошлаковой наплавки новых высокопрочных, коррозионностойких плакированных сталей с предельно высокой прочностью (не менее 450 Н/см2), и сплошностью (0 класс по результатам УЗК) соединения слоев, и изготовления из них, без использования специальных приемов, сварных конструкций и оборудования для опреснителей воды, энергетических установок  с увеличенным в 2-2,5 раза ресурсом эксплуатации. Обеспечение увеличения не менее чем в 1,5-2 раза прочности (не менее 850 Н/мм2),  коррозионной стойкости, снижения металлоемкости на 15-20%, материальных и энергетических затрат – не менее 30-35%, расхода дорогих, остродефицитных легирующих компонентов в 2-3 раза, аварийности и объем ремонтных работ до 40%, повышения безопасности жизнедеятельности человека, улучшения экологии.

— Разработка на базе оригинальных методов управления составом, структурным состоянием, характеристиками неметаллических включений, форм присутствия примесей  нового поколения конструкционных сталей для средств разведки, добычи и  транспортировки углеводородного сырья с увеличенными в 2-3 раза показателями эксплуатационной надежности, срока безаварийной службы, долговечности, в том числе в экстремальных условиях северных широт, при снижении затрат , металлоемкости до 15-20%.

— Разработка, на базе оригинальных принципов управления характеристиками структурного состояния,  эффективных технологий производства нового поколения экономичных трубных сталей, обеспечивающих увеличение срока безаварийной эксплуатации тепловых сетей с 8-10 до 20-25 лет, исключение необходимости профилактического отключения горячего водоснабжения.

— Разработка, с использованием методов интенсивного воздействия на металл, технологии производства двухслойных коррозионно-стойких труб котельного сортамента, имеющих на наружной поверхности тонкий слой из жаростойкой с высокой коррозионной стойкостью стали, внутренний из углеродистой с высокой теплопроводностью стали.

— Разработка, с использованием методов интенсивного воздействия на металл, технологии производства двух-  трехслойных коррозионно-стойких труб с пдакирующими слоями из коррозионностойких сталей, обеспечивающих увеличение ресурса эксплуатации средств разведки, добычи и транспортировки углеродного сырья в 3-5 раз в экстремальных условиях.

— Разработка нового поколения высокопрочных конструкционных сталей для увеличения ресурса эксплуатации тяжело нагруженных элементов угледобывающего оборудования в 1,5-2 раза.

— Разработка нового поколения высокопрочных конструкционных сталей для увеличения в 1,5-2 раза ресурса эксплуатации рамных и кузовных конструкций сельскохозяйственной техники.

— Разработка методик диагностики коррозионной стойкости, эксплуатационной надежности стали.

— Разработка методик определения ТКЛР и других физических свойств сталей си сплавов.

– Разработка технологий переработки углеводородсодержащих отходов в товарный синтетический газ с использованием реактора  с металлическим расплавом.

—  Разработка нового поколения многофункциональных сплавов на основе железа, обладающих следующим комплексом трудносочетаемых свойств высокого уровня: коэффициент термического расширения, регулируемый в зависимости от конкретных требований в диапазоне от -2×10-6К-1 до + 16×10-6К-1 при температурах -196 ¸ +300°С; температурный коэффициент модуля упругости при температурах -196 ¸ +300°С ниже 20×10-6К-1; предел прочности до 1700 МПа; предел упругости до 1400 МПа; относительное удлинение 8-30%; магнитная индукция 1,2-1,5 Тл; Магнитная проницаемость 100000 Гс/Э, коррозионная стойкость 1-2 балла; добротность при механических колебаниях (3¸6)х104.

—  Разработка эффективных технологий производства эффективных технологий производства рессорно-пружинных сталей с увеличенными в 2-3 раза показателями свойств и качества.

— Разработка физических, физико-химических и математических моделей металлургических процессов, сталей, других материалов;

— Разработка новых видов проката с защитными покрытиями на основе цинка, алюминия, сплавов цинка с алюминием и магнием, наносимых горячим способом;

— Разработка технологий получения проката с покрытиями с высоким качеством отделки поверхности для лицевых деталей кузова автомобиля и белой техники;

-Совершенствование технологии производства и повышение качества белой жести электролитического лужения;

— Разработка новых материалов на основе проката с покрытиями и новых способов нанесения покрытий.

— Разработка технологических и технических заданий на создание (закупку) технологического оборудования агрегатов покрытий, экспертиза проектов, создание нормативной документации.

Если у Вас есть какие-либо вопросы по НЦФХО, Вы можете задать их через форму