Закрыть
Войти
Подписаться на новости
Фото
Видео
Телеграм

Александр Комиссаров: «Металл в огне не горит и на морозе не ломается»

Александр Комиссаров: «Металл в огне не горит и на морозе не ломается»

18 ДЕКАБРЯ 2024
сталь строительство металлоконструкции отрасль
Фото: Пресс-служба Университета МИСИС

Каждый новый амбициозный строительный проект — это вызов для металлургов, так как почти ни одна стройка сегодня не обходится без использования металла, а для сложных проектов требуются материалы с особыми свойствами. Разработкой новых марок металлов занимается Университет науки и технологий МИСИС. О том, какими качествами должны обладать марки стали для строительства небоскрёбов и ледоколов и какую роль в развитии металлургии играют древние викинги, мы поговорили с кандидатом технических наук Александром Комиссаровым, заведующим лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» НИТУ МИСИС.

Тоньше, легче, но прочнее

– Расскажите, пожалуйста, о вашей новой разработке –огнестойкой стали. Почему в ней возникла потребность и почему именно сейчас?

– Это связано с крупными пожарами, которые произошли за последнее десятилетие: горели ТРК «Зимняя вишня» в Кемерово и гипермаркет «Лента» в 2018 году, большие склады маркетплейсов в 2022-м и в 2024-м. Во время захвата комплекса «Крокус сити холл» в Москве большая часть людей пострадала не от рук террористов, а в результате пожара: когда здание загорелось, те, кто находился внутри, просто оказались завалены обрушившимися конструкциями.

В этих и других печальных случаях можно было бы минимизировать потери либо вовсе их избежать, если бы металлические конструкции были более устойчивы к воздействию высоких температур. А для этого необходимы огнестойкие марки стали.

Мы смогли разработать такую формулу стали, что в условиях высоких температур материал становится прочнее, в частности, по пределу текучести. А это главная характеристика металла с точки зрения огнестойкости.

– То есть эта марка стали, именно благодаря её собственным свойствам, позволяет уменьшить использование огнезащиты?

– Абсолютно верно. Конечно, полностью огнезащиту убрать не получится, потому что никакой материал не сможет оказаться совершенно огнестойким. Но, например, сократить толщину наносимого покрытия, тем самым уменьшив себестоимость строительства, можно. Уменьшится площадь огнезащиты – конструкция станет легче. Но самое главное – это повышает безопасность самой постройки. Чем дольше смогут продержаться конструкции, тем больше у находящихся в здании людей шансов спастись, тем больше возможностей у пожарных не допустить распространения огня и обрушения постройки.

Фото:Nordroden/Shutterstock/FOTODOM

– Можно ли сказать, что актуальность этой разработки связана ещё и с тем, что в последние годы активнее используются технологии строительства с применением металлокаркаса?

– Да, так и есть. Чем больше у нас быстровозводимых каркасных конструкций, тем актуальнее тема их прочности.

Металлокаркас будет использоваться всё больше, так как он ускоряет строительство, здания на его основе легко разбираются и собираются. Конструкции легко транспортировать – таким образом решается проблема доставки стройматериалов в труднодоступные регионы. Плюс металл можно перерабатывать, получая новые конструкции с нужными нам параметрами. Бетон такими свойствами не обладает.

Новые материалы как фишка застройщика

– Какие свойства металла, помимо огнестойкости, сегодня требуют дополнительного внимания учёных?

– Прежде всего, необходимо повышать коррозийную стойкость. Например, это одно из ключевых качеств металла, который применяется в трубопроводном транспорте. Здесь металл имеет дело с высокоактивными веществами, которые транспортируются по трубе, и нам важно защитить его как от воздействия этих веществ, так и от воздействия внешней атмосферы.

Чтобы обеспечить такую защиту, создаются специальные марки стали, на которых при взаимодействии с внутренней транспортируемой средой образуется защитная плёнка на поверхности трубы. Она является неким естественным самовосстанавливающимся слоем, защищающим металл от коррозии. Кроме того, трубы регулярно подвергаются чистке – механической и химической. И металл должен обладать устойчивостью к этому.

Стойкость металла к воздействию атмосферных явлений также важна для строительства зданий. В этом случае тоже за счёт внутренних ресурсов самого металла образуется защитный поверхностный слой.

Кстати, застройщики стали использовать как маркетинговую фишку тот факт, что при строительстве своих ЖК они применяют инновационные материалы. Скажем, при возведении жилого микрорайона «ЗиЛАрт» в Москве, на месте завода ЗиЛ, применялась как раз сталь, которая за счёт своих особенностей способна препятствовать коррозионному поражению. Застройщик подавал это как конкурентное преимущество жилого комплекса.

«Русал» в своё время анонсировал строительство алюминиевого моста на трассе в Нижегородской области. Использование этого металла для мостостроения очень непривычно, однако сооружение прекрасно показало себя за те семь лет, что оно находится в эксплуатации.

Отдельный вопрос – разработки составов металла для производства арматуры. Это очень специфический вид стройматериала. Во-первых, она имеет неоднородную структуру: сердцевина её более мягкая, что позволяет наделить арматуру уникальными свойствами: высокой прочностью и возможностью гасить колебания. Во-вторых, сложный рельеф арматуры должен обеспечивать ей сцепление с бетоном.

Всё это создаёт дополнительные сложности при разработке марок стали для арматуры.

Учёные работают и над разработкой марок металла, способных выдерживать повышенную нагрузку в условиях высотного строительства. Ведь нагрузки на материалы, из которых строится 16-этажный и 60-этажный дома, разные. В том числе, кстати, это связано с огнестойкостью, так как эвакуация людей из небоскрёба во время пожара – очень сложный процесс, поэтому необходимо, чтобы конструкции долго не деформировались и дали сотрудникам МЧС возможность спасти людей.

Цикличность нагрузок – тоже интересная тема для материаловедов. Возьмём, к примеру, парящий мост в Зарядье. Это уникальная конструкция арматуры и бетона, которая выдерживает очень высокую нагрузку летом в дневное время, когда множество людей оказывается одновременно на этом мосту. А ночью там почти никого нет. Это был серьёзный вызов для проектировщиков: им нужно было подобрать такие материалы, которые обеспечили бы работоспособность парящего моста в этих сложных условиях.

Фото: SSV.Photo/Shutterstock/FOTODOM

Сталь для ледокольного флота

– Какие особенные свойства требуются от металла, который используется в условиях Арктики?

– В первую очередь, отрицательные температуры – минус 60, минус 70 градусов – приводят к повышению склонности материала к хрупкому разрушению. Это так называемая хладноломкость. Мы стараемся работать над созданием материала, который способен сопротивляться этому хрупкому разрушению.

Есть нюансы, связанные с взаимодействием металла с криогенной средой. Это материалы для строительства резервуаров для сжиженного природного газа. Газ сжижается путём охлаждения до температуры ниже минус 161 градуса по Цельсию. Надо подобрать такую марку стали и арматуры, чтобы они выдерживали внешнее воздействие атмосферы в холодных условиях и воздействие самого газа.

Специальные материалы нужны и для строительства ледокольного флота. Здесь, помимо низких температур, металл испытывает ударное воздействие, так как ледокол призван обеспечить круглогодичную навигацию по Северному морскому пути и колоть лёд на этом маршруте. А толщина льда в арктических широтах очень серьёзная, поэтому судовые стали должны выдерживать сложные нагрузки.

Фото: maks_ph/Shutterstock/FOTODOM

Мы, как университет, готовы откликнуться на решение этих задач, и именно в партнёрстве между университетами и индустриальными компаниями такая работа будет наиболее эффективной. Так как металлурги, строители, судостроители могут тестировать пилотные образцы, давая нам обратную связь об их качествах, а мы улучшаем свойства разработанных материалов.

Студентов не выгонишь из университета

– Сейчас все говорят о нехватке кадров, о том, что молодёжь неохотно идёт учиться на инженерные специальности. Испытываете ли вы такую проблему?

– Я заведую лабораторией, плюс я директор передовой инженерной школы Университета МИСИС «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии». Поверьте, недостатка в желающих заниматься наукой в направлении материаловедения, металлургии, нет. И есть спрос на инженерные специальности.

Думаю, тут многое зависит от того, видит ли молодёжь перспективу. Когда ребята работают над проблемой, которая не просто абстрактно придумана, а может быть использована в конкретном проекте или в компании, то это очень хороший стимул.

Обязательное условие прохождения обучения – стажировки на предприятиях, где студенты видят, как на практике применяется то, чему они учатся. И потом они делают дипломную работу не в стол, а решают конкретную актуальную задачу, которая будет реализовываться.

Наши студенты очень вовлечены в работу: их не выгонишь из университета.

Что такое биорезорбируемые сплавы

– Но чтобы ребята захотели поступить в вуз, надо их заинтересовать. Я знаю, что у вас есть разработки, которые способны привлечь школьников в вуз. Например, ваш проект по анализу материалов, из которых сделаны мечи викингов.

Фото: NataliAlba/Shutterstock/FOTODOM

– Да, это была работа с музеем. Мы исследовали образцы мечей, чтобы понять, как были получены такие структуры, как древние мастера добивались уникальных свойств металла. Я уверен, что это очень помогает популяризации металлургии, особенно когда о таких вещах рассказывают по телевидению.

– Удалось разгадать секрет дамасской стали?

– Мы до сих пор не знаем, как её делали. На 100% понять весь процесс и повторить его сегодня пока невозможно.

– Сейчас очень большое внимание уделяется обмену опытом с Китаем. Как мы можем с ними сотрудничать в области металлургии?

– Нам есть чему поучиться у них в плане работы с металлами. Например, у них есть интересные разработки по медицинским сплавам. Китай – один из мировых лидеров по титановым сплавам, которые обладают уникальными свойствами.

Как обычно происходит в протезировании: установили человеку титановый винт с пластиной, например, при переломе кости. Когда кость срослась, титан нужно извлечь – это опять операция, дополнительное травмирование. Мы совместно с китайскими коллегами разрабатываем специальные сплавы, когда повторное хирургическое вмешательство уже не требуется, материал сам растворяется и выводится из организма.

Ну и, конечно, сейчас, когда Европа для нас закрыта, оборудование в основном мы везём из Китая. Его качество как минимум не хуже, чем у европейского.

– Китай, как мне кажется, интересен ещё и тем, что он, как своеобразный агрегатор, со всего мира собирает самые разные технологии, перерабатывает их и создаёт на их основе инновационные продукты.

– Совершенно точно. Возьмите автомобили: раньше никто и не рассматривал Китай как производителя автомобилей. А теперь мы видим, что их машины обладают таким функционалом и качествами, о существовании которых мы даже не подозревали.

То же самое в строительстве: в Китае возводят сложнейшие транспортные развязки, высотные здания. Материалы, которые применяются при этом, очень интересны для изучения. И мы работаем тут над созданием всё новых материалов, потому что у нас тоже развивается строительство.

– Получается, что это такой бесконечный процесс: появляются новые амбициозные проекты, для которых требуются новые материалы, и учёные вместе с металлургами получают заказ на их разработку.

– Конечно. Если требуется построить сооружение или конструкцию с определёнными свойствами, которые отличаются от тех, что требовались раньше, – значит, нужны и новые материалы для таких проектов. Можно сказать, одни металлы в огне не горят, другие в холоде не разрушаются, третьи должны выдерживать перепады температур.

Кроме того, мы же постоянно хотим улучшать и улучшать уже имеющиеся свойства материалов. Это как с зарплатой: если я получаю 100 рублей, то я стараюсь работать лучше, развиваться, чтобы получать 120 рублей. А когда добьюсь этого результата, то начинаю стремиться к 150. Так же и с металлом: создав сталь с высоким уровнем огнестойкости, устойчивости к коррозии, мы сразу же начинаем думать, как усилить эти свойства. Так что без работы мы точно не останемся.

18 ДЕКАБРЯ 2024
сталь строительство металлоконструкции отрасль