本文考虑了保障北极海洋结构和碳氢化合物运输路线可靠性和环境安全性的新材料。证明了基础研究与应用研究相结合的高效率。新技术和国内冶金企业相应的装备充足，确保了拒绝进口物资和仅用国内材料制造北极地区的所有结构。考虑了为北极创造先进材料的进一步方法。北极几乎拥有所有类型的自然资源。必须有效利用这些潜在机会，确保人民体面的生活质量以及社会和国家的经济发展。因此，2014年12月16日俄罗斯科学院全体会议确定“北极开发的科学技术问题”这一主题并非巧合，会议期间听取了12场报告，广泛涵盖了从北极国际合作到北极医学的所有问题。俄罗斯大陆架油气田的开发需要大量的海上和陆上结构，这些结构主要完成两项任务：—通过建造现代化的油轮、液化天然气（LNG）运输船和强大的破冰船，确保北海航线全年运行；—通过石油和天然气生产平台、油田和干线管道、服务船、深水无人储存设施和综合设施，安全高效地生产和运输碳氢化合物。
图1. 俄罗斯北极大陆架的碳氢化合物潜力运输基础设施的主要组成部分无疑是强大的核动力破冰船，它们确保了北海航线全年可靠运行。计划在 30 年内建造 150 多艘北极船只、10 艘核动力破冰船和 30 个用于碳氢化合物生产的冰上平台。北极地区及其大陆架的环境安全问题首先与确保近海大型焊接结构的高运行可靠性密切相关。这些结构的运行条件极其恶劣：—运行温度达-55℃；—结构的循环载荷：冰荷载 - 每年10ʌ7 次；风浪荷载 - 每年10ʌ8 次；—冰盐度季节性增加条件下的长期腐蚀效应和腐蚀-侵蚀磨损；—焊点数量极多：例如，在 Prirazlomnaya 海上抗冰平台上，焊缝长度长达 10 公里。从材料科学的角度来看，如何在极端恶劣的工作条件下制造出确保高可靠性的结构材料是一项艰巨的任务。因此，这项工作分阶段进行，并与海洋北极工程设施的设计和建造发展密切相关。自 20 世纪 50 年代以来，国家科学中心 “普罗米修斯中央结构材料研究所”（CRISM “Prometey”）一直是开发耐寒材料的领导者。在工作中，这个创造性团队以研究所在创建可焊接高强度结构钢方面发展的科学流派理论为基础：—关于改进型高强度可焊接钢的合金化理论，该理论可提供具有高抗脆性断裂能力的最佳结构；—焊接船体钢的韧性-脆性断裂理论，该理论已发展成为现代材料断裂线性力学；—开发用于焊接高强度船体钢的焊接材料和工艺，以支持北极海洋设施的建设。研究所科学院工作方式的一个特点是将基础研究与应用研究紧密结合，从而确保研究的高效率。几乎所有的北极结构都是由该研究所开发的结构材料制成的。包括一系列用于冰上航行船只、破冰船、油气勘探和生产的近海结构的高强度可焊接钢，其中 许多已用于 “Shelf ”和 “Caspiy ”等浮式钻井平台的设计，以及50 Let Pobedy、Taimyr 和 Vaygach 核动力破冰船的船体（图 2）。为了解决高盐度冰层条件下腐蚀和侵蚀磨损加剧的问题，人们开发出了特殊的双层（包覆）钢，这种钢在世界范围内都没有类似的产品。
图2. 俄罗斯核动力破冰船队的动力和破冰能力的变化预计到 2030 年，北极地区的结构用钢需求量将超过 950 万吨耐寒可焊接钢。如果考虑到海上结构，特别是石油和天然气生产平台的计划建造量，现代条件下的必要条件就是降低结构材料的成本。同时，物理、化学和机械性能的复杂性应保持在所需的水平上。与许多工程行业不同的是，只有国内生产的材料被建议用于北极海洋结构中。在 2004-2010年期间，俄罗斯企业在实践中首次采用了研究院所制定的原则，这为大规模引进热机械加工创新技术奠定了基础。这确保了新一代低碳耐寒造船钢的开发，而不是传统的昂贵技术。表1. 耐寒钢壳体钢主要特性
引进新钢材和焊接材料的最大对象是佩乔拉海Prirazlomnaya油田的海上抗冰平台，这是一个环形焊接结构，总重量略小于12万吨，焊缝总长度约 1 万米。新钢材在技术变化（弯曲、矫直、切割和焊接）过程中的高稳定性使我们能够获得高质量的结构，根据对低温、海水、风和循环载荷的稳定性评估，毫无疑问，这将确保其在整个使用寿命（超过 30 年）内的可靠运行和环境安全。2014 年，该平台开始运行并运输在此生产的碳氢化合物。阿卡德米克-特里奥什尼科夫号（Akademik Tryoshnikov）科考船在海军造船厂建造并投入使用。这艘科学考察船队的新旗舰集破冰船、干散货运输船、客船和研究基地的功能于一身，船体经过加固，旨在为俄罗斯南极考察队的活动提供支持。2012 年 10 月至 12 月，三艘 21900M 号破冰船在维堡造船厂下水。破冰船能够穿越厚达 1.5 米的冰层，设计用于引导和拖曳大型船只、扑灭漂浮物上的火焰、协助遇险船只以及运输货物。2012 年 12 月，维图斯-白令（Vitus Bering）系列多功能生产平台供应船的主船在同一造船厂投入使用。据 OAO Sovcomflot 新闻社称，“Vitus Bering ”系列船舶是世界上同类船舶中最好的之一。这些船只的设计和设备允许全年向石油生产平台运送人员、必要的供应品和消耗品。2012 年 8 月，波罗的海造船厂决定建造三艘世界上最大、最强大的核动力破冰船 LK-60 （项目 22220），每艘排水量为 3.354 万吨。这种破冰船将能够在北极地区独立运载排水量达 7 万吨的油轮，并首次能够以恒定的速度克服三米厚的冰层。迄今为止，国内冶金工业为北极地区的钻井平台、自升式钻井平台和一些基础设施的建设提供了全部的耐寒钢板（图 3）。
图3 耐寒钢的应用对象： a - 海上抗冰平台 “Prirazlomnaya”、b - “北极 ”号自升式半潜式钻井平台俄罗斯科学、设计和工业企业的成就之一是显著提高了北极油气运输干线系统的可靠性。主要的科学解决方案是为直径达 1420 毫米、壁厚 15 至 40 毫米、具有高耐腐蚀性和高机械性能的管道制造强度等级为 K60、K65、K70、X70、X80、X90、X100 的纳米结构优质管道钢。前几代材料，无论是国产还是进口的，即使在俄罗斯中部地带的条件下使用，事故率也很高。因此，新一代纳米结构材料立即得到了广泛的实际应用。新一代纳米结构材料已在实际应用中大显身手。Bovanenkovo - Ukhta 天然气管道系统、东西伯利亚 - 太平洋石油管道、萨哈林 - 哈巴罗夫斯克 - 符拉迪沃斯托克石油管道以及其他一些具有高度可靠性的管道系统已经建成并开始运行。因此，新一代材料（包括纳米结构材料）的应用、 解决了两个问题：——大幅提高北极海洋结构的可靠性和环境安全性；——拒绝进口用于北极地区近海焊接结构的优质结构钢。许多国家奖项和科学奖授予了这些工作的参与者，以表彰这些发展的重要意义。北极作为一个具有特殊气候条件的经济区，其发展势头正逐渐增强。毫无疑问，对新型海洋设备以及新型结构材料的需求也将增长。建立科技储备的主要研究方向将是在机械制造结构材料中广泛使用纳米技术。已开发的自动化深水碳氢化合物生产综合体也注定要使用钛合金，但比现有的钛合金便宜得多。聚合物复合材料也将得到越来越广泛的应用。
