Модернизировать российские промышленные предприятия можно не только с помощью импортируемых технологий. Опыт компании «Термохим-инжиниринг» по коммерциализации технологий упрочнения поверхностей металлов показывает, как можно успешно использовать в этом процессе высококлассные технологические заделы советского периода

Защитить кандидатскую Сергею Циху не удавалось довольно долго. В 1980-е, в самом начале своей карьеры, нынешний генеральный директор компании «Термохим» и заведующий лабораторией химико-термической обработки НПО ЦНИИТМАШ попал в историю, очень характерную для отраслевой науки того времени. Любые разработки хотя бы с намеком на двойное назначение, не говоря уже об оборонных, тогда умело засекречивались, и зачастую сотрудники того или иного исследовательского учреждения не знали, чем конкретно занимаются работающие с ними бок о бок коллеги. За несколько месяцев до защиты, рассказывает Сергей Цих, умер его научный руководитель профессор Дмитрий Прокошкин. И после его смерти в МВТУ им. Баумана объединили две кафедры: термообработки, которую Прокошкин возглавлял, и металловедения. Предзащита аспиранта проходила уже на объединенной кафедре. В то время между кафедрами шло жесткое соперничество, и обсуждение диссертации вылилось в ожесточенную дискуссию. Ученые с бывшей кафедры Прокошкина, на которой учился, а затем окончил аспирантуру Сергей Цих, работу единодушно поддержали; вторая же сторона сочла ее незавершенной. Особенно много вопросов касалось практической значимости работы, причем на главные претензии оппонентов: для чего же нужны эти «теоретические выкладки? — автор ответить просто не имел права. Между тем научные результаты были получены при выполнении совершенно конкретной исследовательской работы и предназначались для использования в ракетной технике, в частности для разрабатываемого ядерного ракетного двигателя (ЯРД), и находились под грифом «совершенно секретно». Убедить членов кафедры в том, что ссылки на секретность — это не просто попытка уйти от ответа, не удалось, и диссертацию молодого ученого положили «в стол» на целых два года.

В диссертации Циха рассматривались различные аспекты применения технологии плазменного азотирования — одного из методов упрочнения поверхности металла. Речь шла об участии Бауманки в секретном проекте создания ядерного ракетного двигателя: по заказу химкинского КБ «Энергомаш» перед кафедрой термообработки ставилась задача увеличить высокотемпературную прочность капилляров-трубопроводов, которые и без того изготавливались из самого жаропрочного из существующих тантал-вольфрамового сплава для работы с ураново-марганцевой средой при температурах свыше 1700 °C. Из опыта запуска ракет другого типа было известно, что сам сплав без специальной обработки при таких условиях быстро корродирует и разрушается, но при этом сопла ракет с упрочненным покрытием деталей из этого же сплава могут выдерживать колоссальные температуры. В случае с заказом «Энергомаша» необходимо было обрабатывать поверхность внутренней части трубопроводов, и бауманцы справились с этой задачей, создав технологию азотирования в тлеющем разряде.

Профессор, пьющий цианат

Известно, что рабочие характеристики деталей не только ракетного двигателя, но и любого металлического изделия вообще во многом зависят от качества обработки его поверхности. Существуют десятки технологий улучшения свойств поверхностного слоя металла — прочности, вязкости, износо-, задиро-, коррозионной и других видов стойкости, — придающих инструменту и деталям машин несравнимо более высокие эксплуатационные характеристики, которые достигаются за счет диффузионного насыщения этого слоя различными веществами. Для этого применяют в том числе химико-термические способы обработки: цементацию, азотирование, диффузионную металлизацию. В компании «Термохим-инжиниринг» занимаются как раз этими традиционными, известными во всем мире химико-термическими методами. Но есть в арсенале компании и две технологические «звезды», которые во многом обеспечивают коммерческий успех предприятия: это технологии жидкостной карбонитрации и так называемой хромонитридизации (этой технологией, речь о ней пойдет ниже, кроме компании Циха, в мире не обладает никто).

Первую технологию Сергей Цих «вытащил» из Бауманки. Ее автор — тот самый Дмитрий Прокошкин, учитель и научный руководитель Циха. Его имя мало что говорит обывателю, тем более, как нередко бывает с выдающимися отраслевиками, это ученый без всяких академических регалий. Между тем Прокошкин — мировая величина в материаловедении, автор отечественной теории диффузии и всей базовой теории химико-термической обработки металлов. В 1938 году вышел его фундаментальный труд «Диффузия элементов в твердое железо: химические и термические методы обработки стали», предопределивший все дальнейшее развитие советского металловедения в области обработки материалов. С 1954-го по 1959 год он служил ректором МВТУ им. Баумана и долгое время курировал в Министерстве высшего образования все техническое образование в СССР.

Еще до войны был известен метод цианирования. Суть его в том, что детали машин, изготовленные из различных видов сталей, подвергают азотированию в нагретом расплаве солей, содержащих в том числе цианистый калий, что, естественно, сильно ограничивает использование этой эффективной технологии. В 1970-х Дмитрий Прокошкин выяснил, что в процессе диффундирования участвуют не сами цианиды, а их оксидные производные — цианаты, и предложил использовать в составе солей именно их. На лекциях, вспоминает Сергей Цих, профессор для убедительности тезиса о безопасности своей технологии растворял цианат калия в воде и медленно выпивал раствор на глазах у изумленных студентов. В отечественной технологии карбонитрация как безвредный процесс упрочнения заменила цианирование. Эта технология используется в качестве альтернативы таким процессам обработки, как поверхностная закалка, гальваническое хромирование и цементация для повышения усталостной прочности и увеличения коррозионной стойкости, уменьшения коэффициента трения, кратно — до десяти раз — улучшая износостойкость металла. Но, как часто бывало с отечественными разработками, до развала Союза карбонитрация быстрой популярности не приобрела. Внедрять эту технологию начали в 1980-е на единичных производствах, развитие она получила в основном на оборонных предприятиях, в частности, использовалась для обработки танковых орудийных стволов. За границей же, прочитав публикации Прокошкина, напротив, очень быстро технологию подхватили и развили, и ее разновидности под названием «тенифер-процесс» или «тафтрайдинг-процесс» получили значительно более широкое распространение. Сам метод стал широко доступным и для специалистов секрета не представляет, в отличие от солей, состав которых каждый производитель (тот же «Термохим») держит в строгом секрете. В западных солях, кстати, сохраняется небольшая доля цианистого калия. Цих не видит в этом никакой технологической целесообразности и связывает это с желанием западных компаний сохранить патентную чистоту именно своих методов. В 2000-е они уже вовсю стучались в ворота российских производств, спотыкаясь лишь об извечную технологическую косность управленцев, к тому же занятых не модернизацией, а поиском возможностей выживания своих предприятий. До сих пор, приезжая на некоторые предприятия как раз в связи с решением модернизационных проблем, рассказывает Сергей Цих (он, кроме прочего, выступает экспертом в компании «Вебер Комеханикс», занимающейся комплексным перевооружением металлообрабатывающих предприятий), сталкиваешься с тем, что об этой технологии знают мало. Технологи заводов часто хватаются за голову, говорит руководитель «Термохима»: как же мы раньше о ней не знали! Между тем результаты такой обработки применимы в любой отрасли — от пищевой промышленности до космоса, на каждом предприятии машиностроения — везде, где трутся детали, где нужно понизить характеристики износа металла.

Как умножить стипендию

Учиться применять эту технологию Сергей Цих начал еще студентом на кафедре термообработки факультета автоматизации и механизации производства Бауманки. Причем он не просто изучал, но к окончанию аспирантуры практически освоил ее среди других основных химико-термических технологий упрочнения поверхности металлов, какими занимались тогда в МВТУ. Сейчас от многих руководителей предприятий или институтских лабораторий часто можно слышать стенания по поводу отвратительной вузовской подготовки инженеров-специалистов и выводы о смерти всей системы подготовки технарей. Сам Цих, который ежегодно выпускает несколько дипломников в Бауманке и МИСиСе, убежден: инженерное образование в стране по сути разрушено. Как же в советское время удавалось воспитать практические инженерные навыки еще во время обучения в вузе? В Бауманке в то время обучали не только теории, рассказывает Сергей Цих, у ученых-преподавателей и их студентов была живая связь с предприятиями, они совместно разрабатывали технологии и впоследствии внедряли их на производстве. В том же МВТУ существовал порядок, характерный для многих других советских технических вузов и обеспечивающий такие взаимосвязи. В подчинении заведующего кафедрой находилось несколько доцентов, в обязанности которых входило не только преподавание, но и ведение хоздоговорных тем, причем большинство из них носило поисковый, исследовательский характер. В исследовательскую работу обязательно вовлекали аспирантов, в свою очередь курировавших дипломников-старшекурсников, которым предстояло защититься по соответствующей теме. Оказавшись втянутым в такую систему подготовки, Цих получил основательный теоретический и технологический задел для своей будущей деятельности, в которой ученого очень трудно оторвать от производственника. Мало того что он учился под руководством автора самих методов обработки, специалиста мирового уровня, но еще и выполнял под его руководством практические работы, упрочняя детали и инструменты по договорам на существовавшем при кафедре экспериментально-производственном оборудовании, зачастую собранном самими преподавателями и студентами. Получалось, что работа, сопряженная с учебой, опиралась, во-первых, на теоретические и экспериментальные наработки самого учебного заведения, а во-вторых, прямо переводила этот ученый опыт в плоскость практического применения. Причем в таком трансфере были материально заинтересованы все участники исследовательско-производственного процесса. По крайней мере, в аспирантские годы, по словам Сергея Циха, за счет такой работы ему удавалось иногда подработать еще несколько «стипендий». Надо отметить, что до поступления в аспирантуру выпускник был обязан отработать три года на производстве.

Генеральный директор компании «Термохим» Сергей Цих мечтает построить центры упрочнения по всей России

Нашему герою тоже пришлось пройти через этот опыт. Из кузницы квалифицированных инженерных кадров для ВПК, какой была Бауманка, он сразу попадает в королёвскую фирму — закрытое КБ «Химмаш» имени А. М. Исаева, известное своими разработками жидкостных реактивных двигателей для ракет различного назначения, где работает мастером в литейном цехе отдела, который занимался разработкой корректировочно-тормозных двигательных установок.

После окончания аспирантуры в 1989 году Сергея Циха распределяют в другой крупный материаловедческий центр страны — НПО ЦНИИТМАШ. Этот головной технологический центр энергомашиностроительной отрасли, один из первенцев советской прикладной науки (он создан в 1929 году), сейчас входит в структуру «Росатома». С самого начала перед институтом была поставлена задача разработки материалов, технологий и оборудования, которые позволили бы отказаться от импорта машиностроительной продукции. И в свое время, как известно, эта задача была решена, по крайней мере в части энергомашиностроения, включая атомное. По словам Сергея Маркова, бывшего заместителя директора института, ЦНИИТМАШ с самого начала был определен головной организацией, которая должна заниматься вопросами стратегического характера в отраслях, связанных с тяжелым машино- и гидротурбостроением. Специфическая черта этой организации, по словам Маркова, заключалась в том, что в связи со сложностью решаемых проблем с самого начала во главу угла всех институтских исследований ставилась комплексность, всесторонность подхода. В институте исследовалась и разрабатывалась вся технологическая цепочка — от создания материалов (прежде всего металлургии: сталей и различных сплавов), выпуска пилотных образцов оборудования для их производства до создания технологий выпуска продукции из этих материалов.

Сергей Цих начинает здесь работать в лаборатории химико-термической обработки — одной из самых мощных в Советском Союзе, основанной еще одним советским корифеем металловедения мирового уровня — Юлием Грибоедовым. Под его руководством, рассказывает Цих, в СССР было создано новое научное направление — диффузионная металлизация поверхности металлов. Разработанные им принципы легли в основу технологий, которые позволяют внедрять в поверхность — к примеру в стальную — практически любой металл, что нашло широкое применение в защите от износа и коррозии, повышении жаростойкости деталей, в том числе из аустенитных сталей, в паротурбостроении и атомном реакторостроении. Одна из них — хромонитридизация — послужила залогом научного и материального выживания лаборатории в смутные для отечественной науки и производства 1990-е и дала старт компании «Термохим».

Институт дал «добро»

История развития хромонитридизации уходит корнями опять-таки в область двойных технологий. В 1960–1970-е в СССР разрабатывались атомные подводные лодки проектов 705, 705К «Лира» с реакторами на быстрых нейтронах (подробнее см. «Не тормозите нейтроны», «Эксперт» № 21 за 2001 год), за счет мощности которых скорость лодок могла достигать 70 км в час. Теплоносителем в реакторе выступал жидкометаллический свинцово-висмутовый расплав. Метод традиционного азотирования оказался непригодным для обработки поверхности деталей, выполненных из аустенитных сталей, работающих в условиях длительной эксплуатации с жидким металлическим сплавом (или с натриевым расплавом в быстром ректоре БН-600 «мирной» Белоярской АЭС). Дело в том, что аустенитные стали — а это стали с низким содержанием углерода и высоким содержанием хрома и никеля — характеризуются высокими коррозионными и жаростойкими свойствами, но обладают крайне низкими свойствами по износо- и задиростойкости. Как говорят инженеры, аустенитные стали мягкие, как пластилин. Технологий поверхностного упрочнения аустенитных хромоникелевых сталей, которые существенно повышают твердость, износостойкость, задиростойкость, немало. Но при этом они почти в сто раз ухудшают коррозионные свойства сталей — свойства, ради которых они, собственно, создавались. Разработанный в ЦНИИТМАШЕ метод, который представляет собой комплексное диффузионное насыщение поверхности стали вначале хромом, а затем азотом, всех этих недостатков не имеет и считается лучшим в мире способом поверхностного упрочнения сталей без потери необходимых свойств.

В 1970-х на территории ЦНИИТМАША была создана первая опытно-промышленная установка, затем еще две появились на оборонных предприятиях, работающих на военно-морской флот: на Горьковском машиностроительном и Калужском турбинном заводах. В самом начале 1990-х начали создавать комплекс оборудования для упрочнения крупногабаритных деталей запорно-регулирующей арматуры для «мирных» тепловых турбин на параметры перегретого пара больше 560 ºC. Руководил проектом заведующий лабораторией химико-термической обработки Виталий Гришин, один из отцов технологии хромонитридизации, по оценке Сергея Циха, ученый энциклопедических знаний в области материаловедения, имеющий большой практический опыт создания современных термических производств. В 1993 году, рассказывает Сергей Цих, был согласован большой контракт с харьковским «Турбоатомом» — флагманом бывшего советского энергомашиностроения. Харьковчане заключили крупный договор с Индией на поставку турбин и сопутствующего оборудования и были готовы заплатить за доводку оборудования для хромонитридизационной обработки деталей, например запорно-регулирующей арматуры из аустенитных сталей идущих на экспорт агрегатов. Любопытно, что для своего рынка жаропрочное энергооборудование изготавливалось из более дешевых теплостойких перлитных сталей. Оно работало не более года, а затем требовало замены. Для экспорта такой подход не годился. Но возникла проблема: деньги, перечисляемые на счета ЦНИИТМАША, списывались тогда за долги института в безакцептном порядке. Виктор Гришин и Сергей Цих обратились к руководству института с просьбой разрешить создать компанию, чтобы иметь оперативный простор для управленческих и финансовых решений. Пообещав не мешать, но и не помогать, тогдашний директор института Александр Зубченко дал «добро» на учреждение компании «Термохим». Забегая вперед, можно сказать, что в итоге в выигрыше остались обе стороны. Сейчас большой объем контрактов приходит в «Термохим» от энергетиков, в выполнении которых субподрядчиком является ЦНИИТМАШ, на счетах которого в итоге остается до половины суммы договора. Дело в том, что институт является держателем технических условий по многим технологиям и владельцем части авторских прав. ЦНИИТМАШ заинтересован и в том, что сама компания, совершенствуя свои технологии, по сути, развивает и лабораторную науку, которая имеет высокий мировой научный рейтинг. Понятно, что и «Термохиму» выгодно работать под научной и технологической крышей института».

Контракт с «Турбоатомом» был исполнен («Недавно нам рассказали, — не без гордости замечает директор “Термохима”, — что те самые обработанные нами аустенитные детали работают без замены уже семнадцать лет»), а у предприятия появилась своя производственная база. Вскоре она приросла и оборудованием для карбонитрации.

В те годы в компанию за помощью как-то обратился главный инженер Чебоксарского дизельпрома Александр Трусков: его предприятие, которое производило крупные установки для золото- и алмазодобытчиков, несло крупные убытки по причине простоя агрегатов из-за частой поломки небольших втулок дизеля. «О цене он не спрашивал, — вспоминает Цих, — и даже предоплатил наличными небольшую установку, которую мы собрали буквально на коленке за два-три дня. Я спросил его, почему он не стал торговаться, когда мы на переговорах наобум назвали первую сумму, пришедшую в голову. Оказалось, что до работы с нами завод только в Якутии держал две бригады, которые лишь тем и занимались, что летали по приискам, собирая и разбирая двигатели в пятидесятиградусный мороз. После нашей обработки детали перестали ломаться, и многих ремонтников пришлось сократить. В “Термохим” по принципу сарафанного радио стали поступать новые заказы. Оставшаяся после заказа дизелистов установка стала приносить по 500 долларов в день за обработку деталей, и это в то время, когда зарплата 100 долларов считалась очень приличной. Тогда мы и начали понемногу вкладывать деньги в исследовательскую работу».

Центр обработки в складчину

Настоящий бизнес пошел, когда на «Термохим» вышли газовики, вынужденные все чаще ремонтировать импортное оборудование, которое стало массово выходить из строя. «Термохим» поставил нескольким газпромовским предприятиям оборудование для карбонитрации, подсадив их на иглу поставки солей, секрет производства которых компания не раскрывает. Но, как сейчас признает сам Цих, он совершил стратегический просчет. Уже в середине 1990-х у компании были серьезные обороты, но 80–90% составляли заказы «Газпрома», и казалось, что так будет всегда. Однако после дефолта 1998 года и смены руководства «Газпрома» обороты фирмы упали почти в десять раз. Пришлось приложить колоссальные усилия, чтобы раскрутить деятельность по новой (сейчас оборот «Термохима» составляет около 2 млн долларов).

Из-за нарастающей необходимости ремонтных работ карбонитрация оказалась востребована и энергетиками. Технологию аттестовали: выпустили технические условия, провели на паях с предприятиями отрасли весь комплекс исследований и получили разрешение на ее применение в энергетике, включая атомную. Вслед за эксплуатирующими компаниями в «Термохим» пришли сервисные, работающие с теми же газовиками и нефтяниками. В 2000-е, когда начался рост экономики, увеличился поток деталей, направляемых на обработку методом карбонитрации, от производственных компаний, прежде всего работающих на добывающие отрасли и энергетику. Технологию начали активно использовать многие арматурные заводы, работающие на атомную энергетику, предприятия, выпускающие буровую технику. Сергей Цих вышел на своих конкурентов — мирового лидера в расплавных технологиях немецкую компанию Durferrit GmbH, которая выпускает 13 тыс. тонн солей в год, и заключил эксклюзивный договор на поставку их оборудования и солей в Россию.

Руководитель «Термохима» признается, что очень многому научился у немцев и многое у них перенял. Это касается и самой технологии «тенифер-процесс», и организации работ, и того, как работает подобный рынок на Западе. Если многие российские предприятия, унаследовавшие еще советский уклад, зачастую имеют весь цикл переделов вплоть до финишной термической и химико-термической обработки поверхности метизов, то, например, у немцев такое могут себе позволить только большие корпорации, подобные «Мерседесу». Средние и мелкие фирмы обслуживаются в центрах обработки, каких в одной Германии более 150. В таких центрах работает в среднем около 20 человек, они обрабатывают до 10 тонн изделий, зарабатывая примерно по 4–5 млн евро в год. Зародилась идея создания подобных центров и в России. План таков: большинство занимающихся термообработкой подразделений предприятий имеет одряхлевшую инфраструктуру, в лучшем случае тридцатилетней давности, из-за чего качество продукции на выходе зачастую просто неконкурентоспособно. Многие ищут пути к модернизации, но для большинства производственных компаний выйти на технологически новый уровень, переоборудовав свою обработку, представляется неподъемной задачей. В то же время создавать отдельные центры упрочняющей обработки, современная начинка которых, по западному опыту, стоит 2–3 млн евро, тоже непросто, поскольку маркетинг и поиск сторонних заказов оттянет сроки возврата инвестиций и сделает весь проект непривлекательным. Но если начать создавать такие центры не на пустом месте, а совместно с предприятиями, которые на первом этапе начнут загружать их собственными заказами, получая обслуживание по цене ниже рынка, то можно выйти на уровень безубыточности довольно быстро — в течение года-двух. Со временем подтянутся и сторонние заказы.

Сергей Цих начинает искать инвесторов для реализации своих замыслов и активизирует маркетинговую деятельность. Один из уже предпринятых шагов — участие в экспертовском Конкурсе русских инноваций, где его проект по жидкостной нанокарбонитрации получил в прошлом году гран-при. После короткой публикации об итогах конкурса в нашем журнале Сергей Цих познакомился с руководством завода экспериментальных машин, которое быстро подхватило идею создания предприятия химико-термической обработки с современными технологиями, включая обе ключевые технологии «Термохим-инжиниринга». С апреля этот центр уже начал работу. Решением созданной в прошлом году совместной комиссии по инновационным проектам «Роснано» и «Росатома» проект создания сети самостоятельных центров упрочнения попал в список ее приоритетных программ.

Сайт компании ООО «ТЕРМОХИМ»: www.termohim.com

Автор: Ирик Имамутдинов