Материалы для Арктики: прочность и надежность при низких температурах

Строительство и работа в Арктике — технически сложная задача, требующая специальных материалов, способных противостоять коррозионному воздействию морского воздуха и экстремально низким температурам. Ведь низкие температуры не только повышают прочность сталей и сплавов, но и снижают их вязкость и трещиностойкость, что может привести к быстрому распространению трещин. Особенно низкотемпературное охрупчивание критично для литых элементов и изделий сложной формы.

Хладостойкие материалы: основные сферы применения

Хладостойкие сплавы — одно из решений для работы в арктических условиях. Эти материалы обладают достаточной вязкостью при низких температурах и широко используются в различных отраслях промышленности:

• металлоконструкции и трубы — хладостойкие сплавы используются для создания прочных металлоконструкций, железнодорожных путей, труб газо- и нефтепроводов в условиях климатического холода (до -60°С);
• авиация и космос — применяются в авиационной и космической технике, где предъявляются высокие требования к прочности и устойчивости к низким температурам;
• криогенная техника — для создания систем, работающих при экстремально низких температурах, таких как температуры кислорода (-183°С) и жидкого гелия (-269°С).

Хладостойкие сплавы: сохранение вязкости при низких температурах

Хладостойкие сплавы — это материалы, которые не подвержены растрескиванию при холодной обработке (не обладают хладноломкостью) и могут сохранять достаточную вязкость при низких температурах (до -269°C). 

Хладноломкость характерна для металлов с объемно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллической решеткой, таких как вольфрам, молибден, железо, хром, а также для магния, цинка и других материалов с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решеткой. Материалы с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой и титановые сплавы с ГПУ-решеткой обычно не имеют порога хладноломкости: их ударная вязкость постепенно снижается с понижением температуры. 

Однако при выборе материалов для использования в Арктике и других экстремальных условиях важно учитывать не только их хладостойкость, но и технологические свойства, такие как свариваемость и пластичность. Первое особенно важно для криогенного оборудования, где широко используется сварка, а второе — для тонких листов и тонкостенных элементов конструкций.

Хладостойкие прецизионные сплавы: идеальные решения для экстремальных условий

В группу прецизионных хладостойких сплавов, предназначенных для использования при низких температурах, входит ряд материалов с различным химическим составом:

• инвар — железо-никелевый сплав, обладает низким коэффициентом теплового расширения, идеально подходит для использования при экстремально низких температурах;
• константан — сплав меди, никеля и марганца со стабильными электрическими свойствами при низких температурах, широко используется в производстве прецизионных резисторов и термопар;
• сплавы с памятью формы (например, нитинол, состоящий из никеля и титана) — способны восстанавливать свою форму после деформации при температурах ниже точки Кюри, что позволяет использовать их в медицинских имплантатах и устройствах, работающих в условиях холода;
• сплавы на основе алюминия, такие как Al-Li — обладают высокой прочностью и стабильностью при низких температурах, широко применяются в аэрокосмической и автомобильной промышленности;
• титановые сплавы — устойчивы к низким температурам, обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью, что делает их идеальными для использования в криогенной технике.

Производство метрологического и геодезического оборудования, а также криогенной и радиоэлектронной аппаратуры требует использования прецизионных сплавов с точным значением температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). В этих случаях значения ТКЛР диктуются условиями эксплуатации. Например, измерительные приборы должны быть высокоточными при любых температурных режимах, эталоны длины — сохранять свои первоначальные размеры при экстремальных колебаниях температуры, а трубопроводы — сохранять надежность и прочность конструкции при транспортировке сжиженных газов.

Сплавы для соединения с диэлектриками (стекло, керамика) также должны иметь определенное значение ТКЛР. Надежные соединения материалов с разными свойствами могут быть созданы только при условии соответствия коэффициентов линейного расширения в технологическом и рабочем диапазоне температур. Чаще всего для указанных целей используются инварные сплавы.

Производство хладостойких материалов на ПЗПС

Материалы, предназначенные для работы в Арктике, должны сочетать хладостойкость, прочность и устойчивость к низким температурам. ООО «ПЗПС» предлагает холоднокатаную ленту из инвара с регламентированным значением ТКЛР марки 36Н в соответствии с ГОСТ 14080-78. 

Современное техническое оснащение и модернизированный лабораторный комплекс завода позволяют обеспечить высокую точность технологических процессов, а также полный контроль на протяжении всего технологического цикла производства холоднокатаной ленты из этого сплава. 

Кроме того, на предприятии действует научно-исследовательский центр, который готов решить многие проблемы металлургического производства, в том числе и разрабатывать новые сплавы для использования в условиях низких температур.