05.02.2014 - 12:17
WorldAutoSteel – автомобильное подразделение Международной ассоциации производителей стали (World Steel Association) – обнародовало результаты реализации программы "FutureSteelVehicle" (FSV) в рамках проекта "Steel Solutions in the Green Economy" ("технологии стали в "зеленой" экономике"). Эта программа нацелена на разработку облегченных элементов стального кузова автомобиля, что дает возможность снизить вес машины почти на 40% и сократить выбросы углекислого газа в течение всего срока службы автомобиля на 70%.
"Зеленый" автомобиль для "зеленой" экономики
Проект WorldAutoSteel под названием FutureSteelVehicle ("автомобиль из сортов стали будущего") стартовал в 2007 году, однако наиболее интенсивно работы по нему начались только в последние годы. В его реализации принимают все члены WorldAutoSteel – 17 крупных металлургических компаний, в том числе, Anshan Steel, Arcelor Mittal, Baosteel, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, ThyssenKrupp, U.S. Steel, Severstal, POSCO и другие.
Главная цель программы – разработка специальных сортов стали, в результате применения которых массу кузова автомобиля можно будет сократить на 35-40% по сравнению с современными машинами. Это позволит уменьшить общий объем выбросов загрязняющих веществ в течение всего срока службы автомобиля на 70%. При этом, в полном объеме должны выполняются все требования к аварийной ударобезопасности машин (пять звезд по результатам краш-тестов) и долговечности корпуса, а снижение массы корпуса не должно повлечь за собой существенных финансовых и иных расходов.
Основными причинами, стимулирующими производителей снижать массу автомобиля, является американское и европейское законодательство, требующее выпускать машины, потребляющие меньше топлива, что можно сделать именно за счет уменьшения веса. Впервые потребление топлива было ограничено американским стандартом Corporate Average Fuel Economy (CAFE), принятым в 1975 году из-за нефтяного кризиса. С тех пор стандарты постоянно ужесточались, а другие регионы, в первую очередь ЕС, тоже стали вводить в действие аналогичные законодательные акты.
После принятия Киотского протокола уменьшение расхода топлива приобрело и экологическое значение. На транспорт сегодня приходится около 20% выбросов парниковых газов, а если учитывать и выбросы, связанные с производством топлива и электричества, потребляемого автомобилестроением, то эта доля еще выше. В то же время, уменьшение массы автомобиля сокращает потребление топлива и, следовательно, любых затрат ресурсов, связанных с его производством и использованием.
В ходе реализации программы FSV были разработаны оптимизированные элементы автомобильного кузова из особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel – AHSS) для четырех моделей автомобилей, коммерциализация которых намечена на период с 2015 по 2020 годы. Это, в частности, аккумуляторные электромобили (Battery Electric Vehicle – BEV) и гибридные автомобили с подзарядкой от электросети (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV) классов А и В, а также автомашины типа PHEV и электромобили с топливными элементами (Fuel Cell Electric Vehicle – FCEV) классов C и D.
За счет использования стали AHSS предусматривается снижение веса при одновременном увеличении прочности таких основных узлов кузова автомобиля, как пороги, средние стойки, боковые и передние продольные элементы крыши, задние лонжероны и лонжероны переднего отсека, ребра жесткости колесных арок, а также элементы аккумуляторного отсека (электромобилей и гибридных машин), поглощающие энергию при лобовом столкновении. Высокопрочные стальные компоненты кузова играют важную роль в т.н. "управлении аварией", определяя, как автомобиль должен вести себя при аварии.
Для прочности важна и технология соединения отдельных частей автомобильного кузова. Замена точечной сварки современными технологиями соединения, в том числе лазерной сваркой и адгезионным связыванием (а также комбинацией адгезионного связывания и точечной сварки) позволяют создавать одновременно и более жесткие, и более легкие конструкции. По словам одного из авторов проекта FutureSteelVehicle Рона Крупитцера из American Iron and Steel Institute (AISI), все больше автомобильных компаний изучают возможность использования этих технологий для соединения высокопрочных сталей.
"При выполнении программы FutureSteelVehicle мы стремились эффективно использовать все преимущества стали в целом и Advanced High-Strength Steel в частности. Это, прежде всего, свобода выбора конструкционных и дизайнерских решений, прочность, пластичность и пригодность к формованию, относительно небольшая стоимость и невысокие промышленные выбросы. Хотя технологии и разработки в рамках FSV сфокусированы, главным образом, на электромобилях, сегодня у нас имеется широкий спектр сортов стали, которые могут быть использованы для уменьшения массы кузова и сокращения выбросов загрязняющих веществ для любого типа автомобиля", – говорит Джоди Шоу, директор подразделения технического маркетинга и исследований корпорации U.S. Steel, который осуществляет общее руководство проектом FutureSteelVehicle.
Главные преимущества
По его словам, можно выделить следующие семь ключевых результатов, которых удалось достичь в ходе реализации проекта FSV:
Автомобили, выполненные по технологии FSV, легки и очень эффективны в плане расхода топлива и снижения выбросов. Этого удалось достичь благодаря оптимизации форм и размеров деталей кузова за счет применения новых сортов стали.
Вес кузова аккумуляторного электромобиля (BEV), выполненного по технологии FSV, не превышает 188 кг, в то время как вес кузова современного легкового автомобиля составляет не менее 290 кг, то есть, он на 35% тяжелее, чем перспективная новинка.
Проект FutureSteelVehicle предусматривает использование более 20 новых сортов стали типа Advanced High-Strength Steel (особо высокопрочная сталь), которые будут производиться серийно и станут коммерчески доступными на рынке к 2015-2020 годам.
Портфель новых материалов проекта FSV включает такие новейшие сорта стали, как двухфазная сталь (Dual Phase Steel), ТРИП-сталь с пластичностью, обусловленной мартенситным превращением (TRIP), ТВИП-сталь с двойниковой индуцированной пластичностью, сталь со сложной микроструктурой (Complex Phase Steel), сталь горячего формования (Hot Formed Steel) и другие. Они по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями обладают повышенной прочностью и одновременно пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штамповки и формования. В наибольшей степени данные свойства востребованы в современной автомобильной промышленности, поскольку обеспечивают большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии производства автомобиля.
Кузова автомашин, выполненных по технологии FSV, отвечают самым строгим требованиям к ударопрочности автомобиля, принятым в мире, а в некоторых случаях даже превосходят их. Поэтому нет ничего удивительного в том, что по результатам краш-тестов автомобили FSV получают самый высокий рейтинг – пять звезд.
Изготовление компонентов кузова электромобилей из сортов стали типа AHSS дает возможность сократить общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в течение всего жизненного цикла автомобиля в соответствии со стандартами энергетической системы США на 56%. В Европе, где эта система и ее источники более эффективны, данный показатель может достигать 70%.
Существенное снижение массы кузова достигается без каких-либо существенных увеличений расходов на производство машин по сравнению с современными автомобилями.
"Все эти достижения, особенно в части существенного снижения массы автомобиля и оптимизации конструкторских решений, устанавливают новый стандарт проектирования автомобилей будущего. Кроме того, реализация проекта FutureSteelVehicle дает возможность значительно снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, что особенно важно с учетом разработки и ввода в действие в ближайшее время новых экологических стандартов в большинстве развитых стран мира", – говорит директор подразделения WorldAutoSteel Сиз тен Брок.
По его словам, в последние годы основной упор на снижении массы автомобиля был сфокусирован на использовании алюминиевых компонентов. Однако применение особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel) ни в чем не уступает алюминию, поскольку этот сорт металла можно производить в очень и очень тонких толщинах, сохраняя при этом прочность как у мягкой малоуглеродистой стали, которая существенно выше, чем у обычной стали, используемой для выпуска автомобилей в последние два десятилетия. Все это дает возможность конструкторам легковых автомашин заменить обычный автолист сталью AHSS, существенно снижая при этом количество материала и вес кузова.
"Применение AHSS дает возможность уменьшить массу автомобиля по сравнению с современными машинами в целом на 39%, в то время как применение алюминия – лишь на 11%, хотя многие говорят, что эта цифра существенно выше и достигает 50%. Однако наши расчеты и практические исследования показали полное преимущество AHSS над алюминием, даже когда из последнего изготавливались отдельные элементы кузова в интересах снижения его массы. К тому же, алюминий существенно дороже стали, поэтому его использование значительно повышает стоимость автомобиля, от чего страдает, в первую очередь, конечный потребитель", – поясняет Брок.
По его словам, широкое применение Advanced High-Strength Steel, как показывают исследования и эксперименты, проведенные в рамках проекта FutureSteelVehicle, дает возможность существенно уменьшить общие выбросы парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. Кроме того, проект FutureSteelVehicle – это весомый шаг на пути к "зеленой экономике" (Green Economy), которая представляет собой новую экономическую политику, основанную на неукоснительном соблюдении принципов экологической безопасности.
С точки зрения директора WorldAutoSteel Сиза тен Брока, значительное уменьшение выбросов углекислого газа автомобилями, построенными по технологии FSV с применением Advanced High-Strength Steel, позволяет в обозримой перспективе создать глобальный парк "зеленого транспорта", приоритетной чертой которого является радикальное повышение энергоэффективности. -- Русмет
Автомобилестроение является одним из крупнейших потребителей конструкционных материалов в мире. При этом рост требований к ресурсам формирует конкуренцию между производителями различных материалов, стимулирует прогресс в разработке их новых видов и повышение качества.
Несмотря на увеличение использования в автомобилестроении новых конструкционных материалов, ведущую роль в производстве продолжает играть стальной прокат. Так, в среднем на российский легковой автомобиль приходится 75% готового проката, метизов и стальных труб, а 25% составляют литейный чугун, цветные металлы, пластмасса, резина, стекло и прочие материалы. Уступая пластмассам и легким металлам по удельному весу, стальные изделия обеспечивают более высокую прочность и, соответственно, надежность и безопасность.
Во времена СССР потребление стали в отрасли было гораздо выше при сравнимых объемах выпуска автомобилей из-за использования более ресурсоемких технологий. Так, в 1990 г. при объеме производства автомобилей на уровне 1,82 млн. ед. потребление всех видов проката черных металлов составляло 3,64 млн. т, а в 2008 г., при сравнимом объеме производства (1,8 млн. ед.), потребление достигло лишь 2,5 млн. т.
Требования автомобилестроителей к стали являются составным элементом общих требований к современному автомобилю. С течением времени они претерпевают определенные изменения. Прежде всего, это связано с ростом требований к весу автомобиля: чем он меньше, тем экономичнее расходуется горючее, снижается нагрузка на окружающую среду, и появляется возможность добавлять больше опций и оборудования. Второе направление - повышение норм безопасности, выполнение которых требует максимального упрочнения силового каркаса кузова для защиты людей и деформируемости внешних элементов для поглощения удара. Третьим направлением является стоимость производства, последующего обслуживания и утилизации. Именно этот фактор обеспечивает сохранение лидирующих позиций стали в сравнении с другими материалами, поскольку сталь подвержена многократному рециклингу: старые транспортные средства можно утилизировать, и уже бывшую в эксплуатации сталь использовать для производства нового автомобиля.
Таким образом, автомобильная промышленность предъявляет к стали очень высокие требования, поскольку в первую очередь она должна удовлетворять двум диаметрально противоположным критериям. С одной стороны, требование по снижению массы изделий предполагает использование высокопрочных материалов, с другой - рост требований по технологичности производства предполагает использование высокопластичных материалов.
В зависимости от соотношения показателей прочности и пластичности (штампуемости), в настоящее время выделяют три основных класса холоднокатаных сталей для автопрома.
Во-первых, это мягкие стали
(Mild steels), практически не отличающиеся по маркам от тех, что были освоены и выпускались еще во времена СССР, лишь с более жесткими требованиями к химическому составу, и так называемые стали IF (чистые низкоуглеродистые) и IS (изотропные). Они легко штампуются и применяются для изготовления внешних панелей. Категория мягких сталей до сих пор является наиболее распространенной для российской автомобильной промышленности. Мягкие стали используются в дверях, капоте, крыше, где требуется металл очень глубокой вытяжки. Основной недостаток обычных низкоуглеродистых сталей - пониженные показатели прочности: при аварии автомобиль, выполненный из таких сталей, очень сильно деформируется, вероятность получить травмы высока.
Во-вторых, это высокопрочные стали
(High-strength steels, HSS). Прочность в них достигается не за счет иного химического состава, а в результате изменений кристаллической решетки металла (фазовых превращений), которые происходят в результате более сложной технологической обработки. В российских автомобилях стали повышенной категории прочности используются в основном для деталей силового каркаса машины, поскольку они должны выдерживать повышенные нагрузки.
С начала XXI века все большее применение в автомобиле находят так называемые особо высокопрочные стали
(Advanced-high-strength steel, AHSS). В отличие от высокопрочных сталей, прочность и штампуемость в этом классе достигается наличием двух и более типов кристаллов (фаз) разной твердости. Достигается это еще более сложной механической и температурной обработкой.
В последнее время выделяют еще и четвертый класс - ультравысокопрочные стали
(Ultra-high-strength steels, UHSS). К нему относят стали нового поколения, которые по сравнению с первыми тремя классами обладают большей прочностью при значительно лучшей штампуемости.
Структура используемых для производства автомобиля материалов в среднем в мире в 2007 г., %
Источник: Ducker Worldwide.
Примером использования высокопрочных и особо высокопрочных сталей в автомобиле может служить модель Audi Q5. Доля стандартных мягких сталей в кузове этого кроссовера составляет 31% (из них изготовлены особо сложные в штамповке элементы, а также внешние детали, поглощающие энергию при ударе), высокопрочных - более 44% (почти весь силовой каркас, защищающий пассажиров), особо высокопрочных - почти 25% (из них при -этом 9,1% ультравысокопрочных сталей нового поколения, которые используются в наиболее ответственных участках).
Применение высокопрочных сталей: Audi Q5
Источник: ММК.
По сравнению с иномарками, в автомобилях российских марок стали повышенных категорий прочности используются не так широко. Все кузовные детали российских автопроизводителей пока изготавливаются из низкоуглеродистых марок сталей. Высокопрочные идут на систему безопасности (внутренние детали). В моделях Lada Samara и Lada Kalina содержится около 5% и 18% деталей из сталей повышенной прочности соответственно. Для сравнения, в Европе, США, Японии в среднем кузов автомобиля содержит 40% деталей из таких сталей. Металл класса AHSS отечественными автозаводами не используется.
Материалы каркаса кузова Lada Kalina, %
Источник: ОАО «АВТОВАЗ».
Причины низкого уровня освоения высокопрочных сталей связаны с финансовыми трудностями автозаводов, заставляющими искать любые способы снижения затрат на материалы и комплектующие, а также невозможностью в одиночку решать технические проблемы, связанные с переходом на новые материалы. Любое значительное изменение структуры потребления осложняется необходимостью поиска средств на сопутствующую модернизацию оборудования и техоснастки.
Для отечественного автомобилестроения увеличение использования высокопрочных сталей является актуальной задачей. На фоне роста конкуренции со стороны зарубежных автопроизводителей АВТОВАЗ и другие производители традиционных российских марок заинтересованы в расширении применения высокопрочных сталей.
Поставщики стали для автопрома
Автомобильная промышленность потребляет следующие виды стальной продукции: листовой прокат без покрытий, сортовой прокат, оцинкованный прокат, трубы.
Листовой прокат подразделяется на холоднокатаный (70% в структуре потребления стали автомобильной промышленностью), из которого изготавливаются кузовные детали автомобилей, и горячекатаный травленый, предназначенный для производства деталей рамы, основания и днища автомобиля.
Основными поставщиками листового проката для автомобильной промышленности являются два металлокомбината: ОАО «ММК» и ОАО «Северсталь». Их доли в общем объеме поставок в российский автопром за январь-август 2010 г. составили 29% и 28% соответственно. Наравне с этими комбинатами ранее стратегическим поставщиком для автомобильной промышленности был ОАО «Новолипецкий металлокомбинат» (НЛМК). Однако в последние годы доля его поставок в российский автопром существенно -- сократилась. Если за период 2006-2010 гг. она составила 8,94 %, то за январь-август 2010 г. уменьшилась до 1,54%. Причиной значительного сокращения поставок НЛМК для предприятий автомобильной отрасли России стали высокие цены на продукцию - на 13-15% выше общероссийских.
|
8 мес. 2010 г., отгрузки для автопрома, т. |
2006-2010 гг., отгрузки для автопрома, т. |
Доля поставщика, % |
||
|
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» |
||||
|
ОАО «Северсталь» |
||||
|
ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» |
||||
|
ООО «Уральская сталь» |
||||
|
ЗАО «Волгоградский металлургический завод «Красный Октябрь» |
||||
|
ЗАО «Полистил» |
||||
|
ОАО «Косогорский металлургический завод» |
||||
|
ЗАО «Металлургический завод «Петросталь» - дочернее общество ОАО «Кировский завод» |
||||
|
ОАО «Златоустовский металлургический завод» |
||||
|
ОАО «Ижсталь» |
||||
|
ОАО «Металлургический завод им. А.К. Серова» |
||||
|
ОАО «Чусовской металлургический завод» |
||||
|
ОАО «Челябинский металлургический комбинат» |
||||
|
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» |
||||
|
ОАО «Первоуральский новотрубный завод» |
||||
|
ЗАО «Северсталь-метиз» |
||||
|
ОАО «Омутнинский металлургический завод» |
||||
|
ООО «Нигмас» |
||||
|
ОАО «Волжский трубный завод» |
||||
|
ООО «Камазавтотехника» |
||||
|
ОАО «Серовский завод ферросплавов» |
||||
|
Всего в автомобильную промышленность |
Источник: Металлургический бюллетень, анализ Russian Automotive Market Research (НАПИ).
По данным за первые 8 месяцев 2010 г., поставки на АВТОВАЗ, предприятия Группы ГАЗ, КАМАЗ и «Соллерс» в структуре всех поставок в автопром России составили 89,27%.
Компания «Северсталь» отгрузила на Волжский автомобильный завод 156,4 тыс. т металлопроката (42% потребностей АВТОВАЗа), на предприятии Группы ГАЗ - 65,6 тыс. т (29,8%), на «Соллерс» 29,9 тыс. т (60,3%).
ММК за первые 8 месяцев 2010 г. осуществил поставки на АВТОВАЗ в размере 137 тыс. т (37,3% потребности завода), на КАМАЗ в размере 58,8 тыс. т (33,1%), на заводы Группы ГАЗ - 48,2 тыс. т (21,9%).
Прямые железнодорожные поставки на основные автомобильные заводы России 2006-2010 гг., т
|
8 мес. 2010 г. |
|||||
|
ОАО «АВТОВАЗ» |
|||||
|
ОАО «УК «Группа «ГАЗ» |
|||||
|
ОАО «КАМАЗ» |
|||||
|
ОАО «Соллерс» |
Источник: Металлургический бюллетень.
Одним из крупнейших поставщиков сортового проката для автопрома является Группа компаний «Мечел». Сортовой прокат поставляется на производство деталей ходовой части, двигателей, трансмиссии, рулевого управления и других деталей, работающих в условиях повышенных знакопеременных нагрузок, агрессивных средах и жестких условиях. В структуре группы на поставках в автомобильную промышленность специализируются ОАО «Челябинский металлургический комбинат» (ЧМК) и ОАО «Ижсталь». За первые 8 месяцев 2010 г. объемы их поставок в автомобильную промышленность составили 14141 т и 23541 т металлопроката соответственно.
Клиентами ЧМК являются АВТОВАЗ, Группа ГАЗ, УАЗ, КАМАЗ, УралАЗ, а также производители автобусов и автокомпонентов. Кроме того, ведутся поставки металлопроката в Республику Беларусь - на МАЗ и БелАЗ.
ЧМК оснащен современным оборудованием для внепечной обработки и разливки металла. Идет постоянная модернизация оборудования сталеплавильных цехов, вводятся в строй новые агрегаты вакуумирования и внепечной обработки металла для достижения качественных показателей стали мирового уровня.
Использование оцинкованного металла для производства автомобилей в России
Объем применения оцинкованного проката в производстве кузовных деталей мировых автопроизводителей в среднем уже превысил 90% от веса всего кузова автомобиля. В России оцинкованную сталь обычно используют для изготовления наиболее подверженных коррозии деталей автомобиля: днища и нижних кузовных деталей.
В настоящее время существует два основных вида нанесения покрытий, используемых в автомобилестроительной промышленности, - электролитическое цинкование (с односторонним и двусторонним покрытием) и метод горячего погружения (включая железоцинковое покрытие).
В странах Европы до 2000 г. преимущественно использовался электролитически оцинкованный (ЭЦ) металл. Однако уже с середины 90-х гг. XX в. началось его вытеснение горячеоцинкованной (ГЦ) сталью, и в 2008 г. ГЦ-сталь стала занимать уже 70% от веса кузова легкового автомобиля, в то время как доля ЭЦ-стали сократилась до 11%. Увеличение объема применения ГЦ-проката в первую очередь связано с меньшей себестоимостью его изготовления по сравнению с ЭЦ-прокатом и, соответственно, меньшей ценой. Однако электролитически оцинкованная сталь обладает рядом преимуществ по сравнению с методом горячего цинкования.
Электролитический способ цинкования позволяет в широком диапазоне весьма точно регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка. Таким способом можно наносить одностороннее или двустороннее покрытие, дифференцированно накладывать толщину цинка, что невозможно при использовании метода горячей оцинковки. Покрытие получается мелкокристаллическим, надежно сцепленным со стальной основой, что сложно достижимо при горячем цинковании высокопрочных сталей. ЭЦ практически не изменяет механические свойства стальной основы тонколистового холоднокатаного проката - это позволяет использовать в автомобилестроении более дешевые конструкционные стали для изготовления сложных деталей, так как сохраняется высокая пластичность металлической основы. На аналогичные детали, изготавливаемые из ГЦ-проката, предпочтительно использовать в качестве металлоосновы IF-стали. К преимуществам метода ЭЦ следует отнести и то, что сцепление ЭЦ-металла и черного проката на один-два балла выше, чем у горячего цинка. Кроме того, у ЭЦ-проката очень хорошая адгезия - на таком металле будут долго держаться лакокрасочные покрытия.
На российском рынке производителями оцинкованного проката являются «Северсталь», НЛМК, ММК и «Полистил». Все они поставщики оцинкованного проката для автомобильной промышленности. Однако производителем электролитически оцинкованной стали является только ЗАО «Полистил». Все остальные заводы оцинковывают сталь методом горячего погружения.
Продукция «Полистил» поставляется на АВТОВАЗ (для моделей Priora, Kalina). Клиентами завода являются также GM-АВТОВАЗ (Chevrolet Niva), Запорожский автомобильный завод (Lanos), ПАЗ; ведется работа по согласованию в техническом плане с заводом Volkswagen в Калуге, направлено предложение по сотрудничеству на «Автофрамос» для производства автомобилей марки Renault, а также в Группу компаний «Соллерс».
Продукция «Полистил» используется для штамповки как внутренних, так и внешних деталей автомобиля. Это связано с тем, что основной потребитель оцинкованной стали - АВТОВАЗ - использует односторонний электрооцинкованный прокат для производства лицевых деталей кузова автомобиля.
Увеличение потребления более экономичного ГЦ-проката сопряжено с определенными сложностями. Все оборудование на АВТОВАЗе специализировано для работы с ЭЦ-прокатом. ГЦ-покрытие на штампах завода отслаивается, шелушится. Для устранения этих недостатков необходимо хромировать рабочие части штампов. Хромирование осуществляется в Голландии, где есть специальная установка. При сварке кузовов из горячего цинка также возникают проблемы.
В целом доля металла с покрытием в кузове отечественных автомобилей Lada старого модельного ряда составляет не более 7%. В новых моделях семейства автомобилей Lada Priora, Chevrolet Niva, Kalina использование оцинкованных сталей достигает 50%. В будущем, по мнению самих автопроизводителей, эта доля будет только увеличиваться.
На сегодняшний день со сталями с покрытиями может работать только АВТОВАЗ. На всех остальных автозаводах, где производятся российские марки, оцинкованная сталь практически не используется. Это вполне объяснимо: в технологии выпускаемых остальными российскими заводами моделей автомобилей заложено использование сталей без покрытий.
Массовая доля оцинкованного проката в кузовах автомобилей ВАЗ-2170 (Lada Priora), ВАЗ-1118 (Lada Kalina)
Источник: ОАО «АВТОВАЗ».
Площадь оцинкованной поверхности кузовов автомобилей ВАЗ-2170 (Lada Priora), ВАЗ-1118 (Lada Kalina)
Источник: ОАО «АВТОВАЗ»
Потребление оцинкованного проката, который включает в себя ЭЦ- и ГЦ-прокат, в автомобильной отрасли России не превышает 100 тыс. т в год. При этом доля горячеоцинкованного проката составляет в настоящее время лишь 20%. Потенциал данного сегмента рынка в разы превышает уровень его потребления за счет открытия на территории России производств Ford, Renault, Toyota, Nissan, Volkswagen, GM и др.
Все лицевые детали автомобилей иностранного производства выполняются из оцинкованного проката, в настоящее время происходит переход от марок сталей с глубокой вытяжкой в сторону ее увеличения. Соответственно, требования к металлопрокату у иностранных производителей выше.
В отличие от иностранных производителей, российские автомобильные заводы пока не могут перерабатывать продукт с покрытиями в массовом производстве. Между тем, в проектах новых автомобилей эти новые виды стали заложены.
Таким образом, в ближайшие годы в России можно прогнозировать повышенный спрос на оцинкованную сталь со стороны автопроизводителей. Что касается метода цинкования, то наиболее востребован будет ГЦ-прокат. Горячеоцинкованные стали среди сталей с покрытием являются технико-экономическим компромиссом для автомобильной промышленности. Применение данного типа позволяет достигать высоких антикоррозийных показателей при меньших общих за-тратах по сравнению с тем прокатом, который применялся ранее.
Трубы для автомобильной промышленности
В конструкции автомобиля трубы используются в системах выхлопа, передней подвески, рулевого управления, ходовой части, для деталей тормозной системы, для топливной аппаратуры дизельных двигателей, для деталей подъема кабины, карданного вала, радиатора, топливного бака и др.
В зависимости от назначения для этих систем используются впускные, выхлопные, нагнетательные, перфорированные и др. трубы. В зависимости от технологии изготовления трубы, используемые в автомобильной промышленности, делятся на горячекатаные, стальные бесшовные холоднодеформированные трубы углеродистых и низколегированных марок стали средних и крупных размеров, тянутые, термообработанные и упрочненные, подшипниковые и др.
Во второй половине 2010 г. заказы труб для автопрома стремятся к восстановлению объемов докризисного периода.
Трубы для автомобильной промышленности в России поставляют Волжский трубный завод, Объединенная металлургическая компания и другие предприятия, однако крупнейшей группой компаний, которая специализируется на поставках трубной продукции в автомобильную промышленность России, является Группа компаний ЧТПЗ. Трубы и трубная продукция ЧТПЗ используются при выпуске всех моделей автомобилей ВАЗ, для марок ГАЗ, УРАЛ, КАМАЗ, СААЗ, МАЗ и др. В структуре группы трубы для автопрома поставляют ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (ЧТПЗ) и ОАО «Первоуральский новотрубный завод» (ПНТЗ). За первые 8 месяцев 2010 г. ПНТЗ поставило в автопром 6908 т труб. Группа ЧТПЗ планирует увеличивать объемы поставок для автопрома и проводит мероприятия по модернизации мощностей, в первую очередь, направленные на обеспечение точности геометрических размеров труб, а также получение требуемых механических свойств и качества поверхности.
К трубам автозаводы предъявляют технические требования, определяющие уровень качества продукции. По этому критерию различают три группы показателей:
. геометрические (для автопрома - повышенная точность геометрических размеров, нормированная перпендикулярность торцов труб);
. внешнего состояния поверхности (для автопрома повышенные требования к качеству наружной и внутренней поверхностей: светлая поверхность, без окалины, без остатков подсмазочных покрытий, без следов ремонта, с консервацией);
. физико-химических свойств (для автопрома - ограниченный диапазон показателей механических и технологических свойств). Кроме того, для ряда труб предусмотрен неразрушающий контроль сплошности поверхности труб (вихретоковой метод).
Производство штампованных автокомпонентов в России российскими и иностранными предприятиями
В последнее время в стране открылось несколько производств штампованных автокомпонентов для иномарок в России.
В Санкт-Петербурге на площадке в Колпино в ноябре текущего года ЗАО «Интеркос-IV», входящее в Группу компаний ММК, планирует ввести в эксплуатацию первую очередь сервисного металлоцентра и завода по изготовлению штампованных деталей. Листовые заготовки, штампованные детали и штампосварные элементы предназначены, в том числе, для кузовного производства на строящихся и действующих автомобильных заводах, таких как предприятия Ford Motor Company, General Motors Company, Nissan Motor, Hyundai Motor Company, Renault Group и др.
Также на территории Санкт-Петербурга открыла два новых производства компания Cosym - совместное предприятие, образованное в 2006 г. Cosym International в структуре компании Magna International и Shin Young Metal Ind. Co., крупнейшего южнокорейского поставщика штампованных деталей, сварных узлов и инструментальной оснастки. На заводе Cosym в промзоне Шушары производят кузовные детали для ходовой части и металлические элементы систем пассивной безопасности для таких автопроизводителей, как Hyundai, General Motors, Nissan и Volkswagen. Второе предприятие Cosym в Каменке производит сборку узлов для кузовов Hyundai.
Кроме того, корейский автоконцерн Hyundai Motor Company официально запустил предприятие «Хендэ Мотор Мануфактуринг Рус» (ХММР) в Санкт-Петербурге. Его запуск состоялся в сентябре 2010г. Предприятие стало первым иностранным автопроизводителем, обладающим собственным цехом штамповки на территории РФ.
В апреле 2009 г. во Всеволожске был пущен в эксплуатацию новый завод ООО «Стадко» по производству деталей для компании Ford. Состоялись предварительные переговоры с компаниями Nissan и Toyota.
Кроме того, 13 июля 2010 г. в Калужской области в индустриальном парке «Грабцево» состоялось открытие штамповочного производства «Гестамп-Северсталь-Калуга» и сервисного металлоцентра «Северсталь-Гонварри-Калуга», основными потребителями которых станут Volkswagen, PSA Peugeot Citroën, Renault-Avtoframos. Сервисный металлоцентр «Северсталь-Гонварри-Калуга» - совместное российско-испанское предприятие двух мировых лидеров в области производства и обработки металла «Северсталь» и Gonvarri. Штамповочное производство СП «Гестамп-Северсталь-Калуга» - совместное испано-российское производственное предприятие, основными участниками которого являются испанский Gestamp Automocion и «Северсталь».
Перспективы развития металлургической отрасли для автомобильной промышленности
К настоящему времени в области металлопотребления автомобильной промышленностью сложилась следующая ситуация.
Отечественный автопром потребляет преимущественно традиционные мягкие стали, обеспечивая свои потребности продукцией с российских металлургических заводов, тем не менее, в перспективных моделях автомобилей возрастет доля высокопрочных сталей.
Российские сборочные заводы иностранных моделей легковых автомобилей уже активно потребляют высокопрочные стали. Несмотря на открытие штамповочных производств в России, большую часть своих потребностей иностранные производители пока обеспечивают за счет импорта металла в виде готовых автокомплектов. Возможность локализации кузовной штамповки в России осложняется практическим отсутствием качественного проката требуемого сортамента на российских металлургических пред-приятиях.
Таким образом, со стороны и российских, и иностранных автозаводов можно констатировать возросшую потребность в сталях повышенных категорий прочности.
Однако в настоящее время в России объем производства высокопрочных сталей очень мал, а особо- и ультравысокопрочные не производятся, и требуются немедленные усилия, направленные на освоение выпуска такой продукции.
Понимая, что в стране появляется высокий спрос на новые виды сталей, металлургические заводы ведут разработки в области повышения качества проката и освоения производства новых перспективных марок сталей.
Так, на Череповецком металлургическом комбинате, входящем в группу «Северсталь», в рамках программы клиентоориентированности приступили к строительству нового агрегата продольной резки автолиста для холодно- катаного проката, общей стоимостью 570 млн. руб. Решение о реализации данного проекта принято в целях дальнейшего улучшения качества выпускаемого автолиста, главным образом, первой группы поверхности, увеличения доли поставок для автопрома, в том числе иностранным компаниям, локализующим производство автокомпонентов в России. Достижение этих целей обеспечит комплекс оборудования, которым будет дополнен агрегат. В частности, в составе агрегата предусмотрен участок инспекции полосы, где будет производиться постоянный контроль поверхности полосы с верхней и нижней стороны на наличие дефектов. Это позволит гарантировать 100%-ное качество автолиста в рулоне. На агрегате будет производиться порезка холоднокатаного металла толщиной от 0,45 мм до 2,0 мм, предназначенного для производства лицевых деталей автомобиля. Пуск агрегата годовой производительностью 200 тыс. т намечен на 1 квартал 2011 г.
Гораздо более масштабные нововведения осуществляются в настоящее время на ММК. Для освоения развивающегося рынка высокопрочных и особо высокопрочных сталей, в Магнитогорске идет реализация инвестиционного проекта «Строительство комплекса холодной прокатки» стоимостью 1,5 млрд. долл. Основное назначение комплекса - производство высококачественного холоднокатаного и оцинкованного проката по передовым технологиям для производства внешних и внутренних деталей автомобилей. Комплекс холодной прокатки рассчитан на выпуск и обработку низкоуглеродистой, высокоуглеродистой и высокопрочной стали, прежде всего, для автопрома. Это будет импортозамещающая продукция - автолист такого качества в России пока не производят. Ориентировочный объем производимой продукции в новом комплексе холодной прокатки составит: 700 тыс. т в год оцинкованной продукции в рулонах, 400 тыс. т в год холоднокатаной продукции в рулонах, 900 тыс. т в год холоднокатаной нагартованной продукции в рулонах.
Первая очередь комплекса (непрерывная травильная линия, совмещенная с 5-клетьевым станом холодной прокатки) производительностью 2100 тыс. т. в год будет введена в строй в июле 2011 г. Вторая очередь (линия непрерывного горячего цинкования, комбинированная линия горячего цинкования с линией непрерывного отжига, линия перемотки и инспекции полосы, линии упаковки) вступит в строй в 2012 г.
Пуск данного стана позволит немедленно предложить российским автомобилестроителям полный сортамент холоднокатаного листа из сталей повышенной прочности, необходимый для организации производства новых моделей. Новый комплекс холодной прокатки ММК способен полностью закрыть все виды требуемых российскими автозаводами товарных позиций, как по марочному составу и механическим свойствам, так и по размерам. Сортамент, который можно будет производить на данном оборудовании, позволит закрыть также большинство потребностей мировых автопроизводителей, действующих на территории РФ.
ММК уже начал проводить активные консультации по акцептации металлопроката с крупными производителями автомобилей и комплектующих, действующих на территории РФ. Продукцию с нового комплекса холодной прокатки ММК готов поставлять уже в 2011 г. Вначале она будет поставляться на экспорт. Перспективными партнерами сейчас выступают Stadco (штампованные детали для Ford), Matador (штамповка для Volkswagen), Benteler (комплектующие) и Hayes Lemmerz (колеса штампованные из горячекатаного листа). По прогнозам ММК, через пару лет рынок в России будет готов потреблять эту продукцию в не меньших объемах.
Основным институтом, осуществляющим при взаимодействии с металлургическими заводами научно-исследовательские работы по созданию и освоению производства новых, а также повышению качества существующих металлических материалов для автомобилестроения в России, является ЦНИИчермет им.И.П. Бардина.
В настоящее время в ЦНИИчермете проводятся научно-исследовательские работы в направлении создания листовых горяче- и холоднокатаных сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости. На российских металлургических предприятиях при участии ЦНИИчермета происходит освоение технологии производства горячекатаного, а также холоднокатаного без покрытия и с покрытием высокоштампуемого проката из двухфазных феррито-мартенситных сталей повышенной прочности. ЦНИИчермет совместно с компанией «Северсталь» осваивает технологию получения горячекатаной двухфазной феррито-мартенситной стали на стане «2000». Проведены успешные эксперименты по получению горячекатаной двухфазной стали в условиях НЛМК. Показана возможность получения горячекатаных двухфазных сталей на стане «2000» ММК.
В ЦНИИчермете также ведутся работы в направлении повышения коррозионной стойкости стали. В институте была разработана и освоена технология цинкования с нерастворимыми анодами, позволяющая обеспечить двукратную интенсификацию процесса, снизить расход электроэнергии при нанесении покрытия, исключить энергоемкую операцию выплавки анодов и улучшить качество и коррозионную стойкость покрытия. Процесс высокоскоростного цинкования внедрен на линии электролитического цинкования ООО «ПФК Проминдустрия». К преимуществам такого метода можно отнести высокую производительность, низкие эксплуатационные расходы, высокое качество покрытия на полосе, а также универсальность и простоту нанесения одностороннего и двухстороннего покрытия, покрытий сплавами цинка.
Кроме того, в ЦНИИчермет был создан принципиально новый подход к процессу горячего цинкования. Совместно с SMS Demag ЦНИИчерметом был разработан процесс «Вертикаль», который не имеет аналогов в мире. Он заключается в использовании магнитогидродинамического затвора для удержания жидкого металлического расплава в процессе нанесения горячих покрытий при вертикальном прохождении полосы через ванну с жидким расплавом. На модуле «Вертикаль» защитное антикоррозионное покрытие наносится на полосу из расплавов цинка, алюминия и их сплавов без традиционного погружного оборудования. Стальная полоса проходит вертикально через щель в днище ванны с расплавом металлопокрытия, который удерживается от вытекания магнито- гидродинамическим затвором. Процесс «Вертикаль» позволяет получать высококачественный автомобильный лист с повышенными пластическими свойствами покрытия за счет сокращения продолжительности цинкования. Технология обеспечивает возможность быстрого перехода с одного вида покрытия на другой (цинкование, алюминирование, покрытие сплавами Zn-Al и др.). К другим преимуществам данного процесса можно отнести исключение быстроизнашиваемого погружного оборудования из нержавеющей стали, увеличение производительности процесса на 10-15%, улучшение качественных показателей выпускаемой продукции.
Также в ЦНИИчермете совместно с АВТОВАЗ для повышения эффективности использования сортового проката для деталей двигателя и трансмиссии ведется разработка и освоение производства экономнолегированных марок конструкционных сталей с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами. В целях снижения массы и повышения надежности работы данных узлов автомобиля в ЦНИИчермете была осуществлена разработка состава экономно легированных конструкционных сталей с требуемым уровнем прочности и запасом вязкости (микролегирование стали ферросплавами, нитридо- и карбидообразующими элементами при пониженном на 30-50% содержании никеля). Уникальное сочетание физико-механических и коррозионных свойств, присущее нержавеющим сталям, не может быть достигнуто на сплавах других систем легирования.
В число других направлений работы ЦНИИчермета входят следующие области изучения:
. разработка и освоение технологий получения наноструктур в объеме и на поверхности металлоизделий из конструкционных сталей и сплавов;
. разработка экономно легированных нержавеющих сталей и сплавов для выхлопных систем автомобиля;
. разработка жаропрочных сталей и сплавов для деталей двигателя, работающих в условиях высоких температур.
Согласно прогнозу ММК, потребность российской автомобильной промышленности в холоднокатаном листовом прокате, который занимает около 70% используемого предприятиями российского автопрома металлопроката, в 2015 г. будет составлять 2183 тыс. т, потребность в оцинкованном прокате превысит уровень в 1 млн. т.
Если бы не глобальное оледенение, по Земле до сих пор бы бродили динозавры. А если бы не проигрыш армий Сирии, Египта, Ирака и Иордании в так называемой войне Судного дня с Израилем в октябре 1973 года, то не было бы последующего нефтяного кризиса, то есть топливного бойкота арабскими странами Америки и Европы. И кто знает, как бы пошла тогда эволюция основного кузовного материала — стали?
В плоть до семидесятых годов прош-лого века кузова по-прежнему производили преимущественно из дешевой низкоуглеродистой стали с высоким содержанием кремния и кислорода — ее еще называют кипящей. Разве что к пятидесятым годам миллиметровые внешние панели для снижения себестои-мости и массы сделали тоньше — толщиной 0,8 мм. А из более качественной спокойной стали, пластичность которой выше благодаря пониженной концентрации кремния и кислорода, штамповали лишь некоторые сложные детали.
Но тут грянула война Судного дня, а за ней — и нефтяной кризис. Очереди на заправках, снижение популярности исконно американских больших, тяжелых и мощных машин... В 1978 году в США ввели средние корпоративные нормы по расходу топлива, известные как CAFE (Corporate Average Fuel Economy). А еще как раз в те времена в Америке всерьез озаботились пассивной безопасностью. И автопроизводители оказались в тисках. С одной стороны, машины должны были стать безопаснее, но с другой — экономичнее. Может, вообще отказаться от стали?
Прогресс металлургии, конечно, не стоял на месте. Сталелитейные компании в те времена уже выпускали автомобильный прокат повышенного качества IF (Interstitial Free, без фаз внедрения) с очень низким содержанием углерода (около 0,002%) и азота и с микролегированием титаном и ниобием. Но в 1975 году, согласно данным аналитического агентства Ducker, на сталь повышенной прочности, в том числе на IF, в конструкции кузова в среднем приходилось менее 5%.
В конце 70-х к интенсивным разработкам в области несущих алюминиевых кузовов приступили Porsche и Audi, а в 1984 году Pontiac Fiero и Renault Espace обзавелись пластиковыми наружными панелями. И вот тут крупнейшие поставщики стального проката задумались. Ведь переход автоконцернов на альтернативные материалы грозил потерей многомиллиардных прибылей!
Несущий кузов проекта ULSAB, спроектированный почти двадцать лет назад, был невероятно передовым. Доля мягких сталей в нем составляла менее 8%, все остальное — обычная «высокопрочка» плюс несколько усилителей из сверхвысокопрочной стали. Масса — около 200 кг. Многие технические решения с успехом применяются и в современных кузовах: так называемые Tailored Blanks, то есть детали из заготовок переменной толщины и прочности, гидроформинг, а также соединения лазерной сваркой и клеем
В начале 1990-х свыше тридцати крупнейших производителей стали и металлопроката, в том числе Nippon, Posco, Tata, Krupp и U.S. Steel, объединились в консорциум под названием ULSAB (Ultralight Steel Auto Body) для разработки облегченного стального кузова. Проект, к которому привлекли компанию Porsche Engineering, стартовал в 1994 году. В качестве точки отсчета инженеры усреднили характеристики нескольких серийных автомобилей того времени, включая BMW пятой серии, Mercedes Е-класса, Хонду Accord и Lexus LS. В итоге масса референсного кузова оказалась 271 кг, а жесткость на кручение — 11500 Нм/градус. Спустя четыре года был сделан опытный образец кузова, в котором суммарная доля высокопрочных (предел текучести 210—550 МПа) и сверхвысокопрочных сталей (свыше 550 МПа) составила 90% при толщине деталей от 0,65 до 2 мм. Массу удалось снизить на 70 кг, а жесткость на кручение выросла в два раза!
А экономический расчет специалистов Porsche Engineering показал, что всего через два года массового выпуска себестоимость таких кузовов будет не выше, чем у тогдашних серийных.
Как мы знаем, это не помешало расширять применение алюминия таким компаниям, как Audi, Jaguar, BMW или Mercedes-Benz. Но самым востребованным кузовным материалом до сих пор остается сталь: консорциум ULSAB собирался не зря.
Впрочем, концерн BMW и без того постоянно увеличивал долю высокопрочных сталей. Если в 1981 году в кузове пятой серии поколения E28 было всего четыре процента «высокопрочки», то через семь лет в Е34 — двенадцать, а в E39, дебютировавшей в 1995-м, — уже сорок.
Сталь получают из чугуна, снижая в нем концентрацию углерода. В первой половине ХХ века производство стали осуществлялось в мартеновских печах. Туда загружали чугун, стальной лом, железную руду и известняк — и плавили шихту, используя коксовый или природный газ. Плавка длилась до десяти часов и требовала большого количества топлива, а качество готового продукта оставляло желать лучшего. Сейчас сталь получают кислородно-конвертерным способом: в огромный сосуд (на фото) заливают жидкий чугун и продувают его технически чистым кислородом. Этот процесс гораздо эффективнее, длится меньше часа и не требует внешнего источника тепла
Сейчас в каталоге крупнейшего в мире производителя стали ArcelorMittal значится больше семидесяти разновидностей проката для автомобильной промышленности. А что в России? Увы, наши металлурги долгое время вообще не могли производить подобный качественный прокат — и лишь в 2011 году окончательно прекратили выплавлять сталь старым и неэффективным способом в мартеновских печах. Хотя в Германии, США и Японии их «потушили» еще в начале 90-х, перейдя на современный кислородно-конвертерный процесс. У нас же тогда только-только освоили выпуск -IF-проката. А история помнит времена, когда вазовские машины на треть состояли из импортной стали.
К атегория:
Автомобильные эксплуатационные материалы
-
Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей
Все стали в зависимости от химического состава разделяют на углеродистые и легированные. К углеродистым относят те, в которых основным элементом, влияющим на свойства, является углерод. Легированные стали содержат добавки различных цветных металлов и неметаллических веществ (кремний, бор), которые изменяют свойства стали в нужном направлении, придавая ей специальные свойства.
Г1о назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные. При производстве и ремонте автомобилей применяют стали углеродистые и легированные всех трех групп, причем сортамент их включает более 250 марок: углеродистые конструкционные обыкновенного качества, углеродистые конструкционные качественные, литейные углеродистые, низколегированные и легированные конструкционные, автоматные, рессорно-пружинные, высоколегированные корро-зионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, инструментальные стали и др.
Для обозначения различных марок стали установлена буквенно-цифровая система маркировки сталей.
-
Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовленных с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках.
В зависимости от гарантируемых характеристик качества стали Делятся на группы А, Б и В. Стали группы А поставляются по механическим свойствам и маркируются СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Стали группы Б посталяются по химическому составу и маркируются БСтО - БСтб. Стали группы В поставляются по механическим свойствам и химическому составу и маркируются ВСт1- ВСтб. Во всех марках буквы Ст обозначают «сталь», а цифры - номер стали. Чем выше номер, тем больше в стали углерода и тем выше ее твердость.
Область применения сталей обыкновенного качества: СтО - Lt4 - малонагруженные детали конструкции кузова автомобиля, кРепежа, гнутые профили; Ст5, Стб - средненагруженные оси, малоответственные болты и гайки, клинья, планки, профили и т. д.
При производстве сталей данного назначения получают два рода сталей: полуспокойную и кипящую. Кипящая сталь при застывании в изложнице обильно выделяет газы - кипит. Для отличия этих сталей в марку стали добавляют буквы «кп» или «пс» например, БСт1пс, Ст2кп.
Углеродистые конструкционные сталп качественные идут на изготовление деталей кузовов, двигателей и нормалей. Стали этой группы подразделяются на подгруппы: малоуглеродистые высокой пластичности марок 08-10, малоуглеродистые меньшей пластичности марок 15-25, среднеуглеродистые повышенной прочности марок 30-55, высокой прочности марок 60-80. Цифры в обозначении марок сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Стали марок 08-10 (содержание углерода от 0,08 до 1%) хорошо деформируются в холодном состоянии, поэтому применяются для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей. Стали марок 15-25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Они применяются для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, вал рулевого механизма, тяги, шкивы, крепеж и т. д.).
Сталп марок 30-55 идут на изготовление методом горячей штамповки различных деталей широкого применения: валов, зубчатых колес, полуосей и т. д. Для них используют все виды термической обработки, значительно повышающие эксплуатационные и прочностные свойства деталей.
Сталп марок 60-80 обладают высокой прочностью и упругими свойствами, приобретаемыми после закалки и отпуска. Их примениют для деталей, работающих при больших статических и динамических нагрузках: крестовин карданных шарниров, дисков сцепления, гибких валов, пружин и т. д.
Стали литейные углеродистые применяют для изготовления литых автомобильных деталей различными методами литья, в том числе точного для фасонных деталей с минимальным объемом последующей механической обработки.
Марки сталей этой группы обозначают двухзначным числом с добавлением буквы Л, например: 15Л, 20Л, 25Л. Из литейных сталей получают отливки различных корпусных деталей, ступиц колес, дисков, зубчатых колес, муфт, маховиков и т. д.
Низколегированные и легированные стали дороже качественных углеродистых сталей, но по свойствам их существенно превосходят. Ио сравнению с углеродистыми эти стали обладают более высоким пределом прочности, лучшей пластичностью и вязкостью, пониженной хладоломкостью, лучшей коррозионной стойкостью. Легированные стали позволяют обеспечить оптимальные механические свойства валов и других ответственных деталей.
Все положительные свойства легированным сталям придают легирующие добавки элементов: хрома (X), марганца, (Г), никеля (И), кремния (С), молибдена (М), вольфрама (В) и др.
Маркировка легированной стали состоит из двух цифр и последующих букв: цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы - условное обозначение легирующего элемен-
Если после буквы идет цифра, то она указывает на содержание ТцРИрующего элемента в процентах. Отсутствие цифры после буквы бозначает содержание легирующего элемента в пределах менее 1%. Например, 18ХН2М - хромоникельмолибденовая сталь для рычагов привода клапанов, содержащая 0,18% углерода (С), до 1 % хрома /X), 2% никеля (Н2) и до 1% молибдена (М).
Легированные стали применяются в основном на автомобилях для изготовления наиболее ответственных деталей: поршневых пальцев, толкателей, клапанов, шатунов, осей, валов переключения передач, шестерней, сателлитов, полуосей, высокоточных деталей системы питания дизелей и др.
Низколегированные стали применяют для металлоемких несущих элементов конструкции автомобиля, таких, как грузовая платформа, рама, балка моста и др.
Сталь автоматная применяется главным образом для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на быстроходных автоматных станках. Для достижения повышенной обрабатываемости она содержит до 0,3% серы и до 1,5% фосфора и поставляется в холоднотянутом состоянии в виде путков. Марка стали перед цифровым обозначением содержания углерода в сотых долях процента имеет букву А - автоматная (А20, А40 - с легирующей добавкой марганца).
Сталь рессорно-пр ужинная подразделяется на качественную, высококачественную и коррозионностойкую и характеризуется высокими значениями предела текучести и выносливости. Наибольшее применение для пружин общего назначения, подвески, рессорных листов и торсионов находят углеродистые качественные стали марок 65, 70, 75, 85, а также стали с таким же содержанием углерода и добавками марганца (60Г, 65Г, 70Г), кремния (60С2, 70СЗ) и др.
Сталь высоколегированная корозионно-стойкая жаростойкая и жаропрочная предназначена для работы в агрессивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основного назначения стали этой группы Делятся на подгруппы: I - коррозионностойкую против всех видов коррозии (20X13, 17Х18Н9 и др.); II - жаростойкую до 500 °С (40Х9С2 и др.); III - жаропрочную до 1000 °С (36Х18Н25С2 и др.).
Из сталей указанных подгрупп изготовляют детали систем питания двигателей, запорную иглу карбюратора, пружины, детали форсунок, клапаны, глушители и т. п.
Стали для изготовления инструмента и технологической оснастки отличаются повышенной твердостью и теплостойкостью. Они содержат углерод и различные легирующие добавки. В обозначении марки стали содержание углерода указывается в десятых долях процента, а легирующие элементы обозначаются по аналогии с углеродистыми легированными сталями. Например: 4ХС – 0,4% С, 1% хрома, 1% кремния.
Особую группу инструментальных сталей составляют быстро-Режущие Сталн, которые предназначены для изготовления режущего инструмента быстроходных станков. Они имеют в обозначении марки стали букву «Р» (режущая) и число - процент содержания вольфрама. Например, Р9 - быстрорежущая, 9% - содержание вольфрама, а содержание углерода превышает 0,7%.
Чугуны, применяемые для автомобилей, классифицируются по состоянию углерода в сплаве (микроструктуре) на следующие основные виды: серый чугун (СЧ), белый чугун, ковки чугун (КЧ).
В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии р. виде пластинчатого или шаровидного графита. Ковкий чугун представляет собой то же, что и серый чугун, но форма включений графита хлопьевидная.
В белом чугуне весь углерод связан в химическое соединение - цементит, вследствие чего он обладает повышенной твердостью.
Серый чугун маркируют буквенно-цифровыми обозначениями. Буквы СЧ обозначают серый чугун, а цифры, написанные через тире - предел прочности при растяжении (первая группа) и при изгибе (вторая группа). Например, СЧ18-36 означает, что серый чугун данной марки имеет предел прочности при растяжении 18 кгс/мм2, при изгибе - 36 кгс/мм2.
Ковкий чугун маркируют так же, как и серый, но вторая группа цифр здесь обозначает относительное удлинение в процентах. Например, КЧ35-10 означает: ковкий чугун с пределом прочности на растяжение 35 кгс/мм2 и относительным удлинением 10%.
Чугуны находят широкое применение при изготовлении автомобильных деталей. Из серого чугуна изготавливают блоки цилиндров двигателей ЗИЛ , ЯМЗ , ГАЗ , головки цилиндров, гильзы блоков цилиндров, картера сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные цилиндры, барабаны и др.
Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочнее-; ти и вязкости: картеров редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор, коробок сателлитов и др.
Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др.
Среди большого числа отраслей промышленности и направлений применения стали, разработка и использование сталей с высокими эксплуатационными характеристиками способствуют снижению выбросов парниковых газов.
Сталь является одним из самых эффективных современных строительных материалов. Она обладает самым высоким отношением предела прочности к массе среди традиционных материалов, а также очень износоустойчива. В настоящее время используется свыше 20 млрд тонн стали в виде самых разнообразных изделий. Сталь может бесконечно подвергаться повторной переработке, позволяя создавать новую продукцию из старой без какой-либо потери прочности, пластичности или любых других эксплуатационных характеристик. Именно поэтому во всем мире сталь остается наиболее предпочтительным материалом для строительства и промышленности.
Новые химические составы высокотехнологичных сталей позволяют автопроизводителям изготавливать более прочные и легкие транспортные средства, потребляющие меньше энергии. Сталь имеет значительные преимущества для строительства башен ветровых турбин вследствие ее прочности и долговечности. Воздействие на окружающую среду сведено к минимуму, так как сталь может повторно перерабатываться без ограничений. Прочность стали также позволяет разработчикам использовать меньше материала без ущерба для конструктивных характеристик сооружений. Сталь также является частью инновационных технологий, позволяющих снизить энергопотребление в зданиях.
Разработка под определенные сферы применения
Сталь может быть разработана для конкретных конечных потребителей и соответствовать определенным требованиям по прочности, долговечности и утилизации в конце эксплуатационного цикла. Новые и сложные производственные процессы также позволяют внедрять экологически ответственные технологии производства.
Новые области применения стали вытеснили традиционные материалы. Это позволило сократить выбросы парниковых газов, если принимать во внимание весь жизненный цикл изделия. В настоящем информационном бюллетене представлены некоторые примеры таких сфер применения стали.
Сталь в транспортной отрасли
Сталь применяется в железнодорожном транспорте при строительстве поездов и железных дорог, а также создания инфраструктуры. Поездки на короткие и средние расстояния по железной дороге сокращают время в пути и выбросы CO2на 1 км путипо сравнению практически со всеми другими видами транспорта.
Автопроизводители в настоящее время используют ряд высокопрочных сталей, чтобы значительно уменьшить толщину стальных конструкций кузова. Снижение веса означает, что транспортные средства потребляют меньше топлива и выделяют меньше СО2, при этом не страдает безопасность автомобиля, а его стоимость увеличивается незначительно или остается прежней.
Особо высокопрочные стали (AHSS) в настоящее время применяются практически во всех новых разработках транспортных средств. Сегодня транспортное средство состоит на более чем 50% из стали, а использование AHSS позволяет создать облегченную оптимизированную конструкцию, способствующую повышению безопасности, снижению расхода топлива и количества выбросов парниковых газов на протяжении всего времени эксплуатации автомобиля.
При ежегодном производстве 71 млн легковых автомобилей, такой переход от традиционных сталей к сталям AHSS оказывает огромный эффект. Если типичный пятиместный автомобиль изготовлен из новых марок стали AHSS и разработан с использованием оптимизированных технологий, то за весь срок его службы снижение выбросов парниковых газов составляет примерно 2,2 тонны по сравнению с обычными марками. Это значение превышает общий объем выбросов CO2, при производстве всей стали для этого транспортного средства. Если бы конструкция кузова всех автомобилей, произведенных в 2008 году, была выполнена из стали AHSS, то снижение выбросов эквивалентов CO2составило бы 156 млн тонн.
В конструкции кузова автомобиля Ford Fiesta 2008 г.в., например, широко используются ультра высокопрочные стали. Концерн Ford утверждает, что «значительное количество специализированных сталей, включая борсодержащую и двухфазную сталь, — секрет качественного скачка в жесткости несущей конструкции Fiesta при малом весе». Ожидается, что выбросы CO2 составят менее 100 г на км.
Еще один новый автомобиль, Mazda 2 2008 г.в., имеет снаряженную массу 950 кг, что на 100 кг меньше, чем у его предшественника. Такое снижение веса отчасти кроется в изменении конструкции и облегчении кузова, состоящего более чем на 40% из высокопрочной стали. Следовательно, снижается нагрузка на подвеску и тормозную систему. Эти и другие усовершенствования конструкции означают, что топливная экономичность этой новой модели улучшена на 15% по сравнению с предшествующей, что, соответственно, снижает количество выбросов CO2.
В премиум классе MercedesC-Class2008 г. является одним из немногих автомобилей, получившим признанный на международном уровне экологический сертификат за высокие показатели на протяжении всего срока существования изделия (LCA). Корпус автомобиля состоит на 70% из сплавов высокопрочных сталей, что позволило снизить выбросы CO2 одного автомобиля за весь его жизненный цикл на 9 тонн.
Сталь в энергетической отрасли
Сталь необходима как для производства, так и снабжения энергией. Она применяется для строительства опор линий электропередач и морских нефтяных платформ, а также для армирования бетонных конструкций на гидроэлектростанциях. Без стали инфраструктура поставки электроэнергии в наши дома была бы крайне неэффективна.
Сталь находит настолько широкое применение в современных конструкциях, что мы зачастую не осознаем, насколько они эффективны. Ярким примером являются стальные башни ветровых турбин, которые сейчас устанавливаются по всему миру. Как правило, более высокие башни позволяют получить повышенную производительность в плане генерации энергии, так как скорость ветра увеличивается на большей высоте.
Новые стали, используемые в строительстве таких башен, имеют гораздо более высокую прочность на единицу массы, чем другие материалы, так что более высокие башни могут быть возведены с гораздо меньшей нагрузкой на конструкцию. Более низкий вес также позволяет производить такие башни секциями по 30 м, а затем собирать и устанавливать их на месте.
В ходе текущих исследований появляются все новые и новые стали, еще более прочные, чем их предшественники, следовательно, сводится к минимуму масса будущих башен. В результате, вес башни (на установленную мощность в кВт) снизился примерно на 50% за последние 10 лет. Например, высота типичной современной башни ветроэлектростанции HornsRev в Дании составляет 70 м, а вес — всего 140 тонн. Это означает снижение веса на 50% и предотвращение выбросов более 200 тонн СО2 при производстве каждой башни по сравнению с ее предшественницами всего лишь10-летнейдавности.
Сталь в зданиях
Новые виды стали также применяются в современных системах солнечного отопления крупных зданий и складов. Например, канадская воздушно-отопительная система SolarWall ® , недавно установленная на военной базе в США, предназначена для предотвращения выброса более 1800 тонн CO2 в год. Также предполагается, что она даст экономию топлива 46000 ГДж в год.
Другим передовым направлением применения стали для зданий является кровельная система Arsolar с солнечными батареями, разработанная компанией ArcelorMittal. Система Arsolar преобразует солнечную энергию в электричество. Каждый кровельный модуль Arsolar состоит из фотоэлектрических сэндвич-панелей, закрепленных на оцинкованных стальных кровельных панелях. Данная система предотвращает выброс 30 тонн CO2 в год на каждые 45м2 установки.
Сталь в судостроении
В судостроении традиционно используют конструкционную толстолистовую сталь для изготовления корпусов судов. Современный стальной толстый лист имеет гораздо более высокую прочность на разрыв, чем его предшественники, поэтому он гораздо больше подходит для эффективного строительства крупных контейнерных судов.
Доступен особый тип толстого листа с предусмотренной при проектировании устойчивостью к коррозии, идеально подходящий для строительства нефтяных танкеров. Такие стали позволяют строить более легкие суда, чем раньше, или суда с большей вместимостью при том же весе, предоставляя существенные возможности экономии потребления топлива и, следовательно, снижения выбросов CO2.
Прогрессивные стали, используемые в виде листовой стали, также нашли применение в ряде смежных отраслей. Морские буровые вышки, мосты, железнодорожные вагоны, цистерны и сосуды под давлением, атомные, тепловые и гидроэлектростанции — все эти области применения выигрывают благодаря характеристикам современных сталей.
Важность оценки жизненного цикла стали
Приведенные выше примеры — лишь некоторые из множества способов применения прогрессивных сталей в нашей повседневной жизни. Существует много других направлений. Общим фактором является то, что они основаны на современных сталях, разработанных для специфических областей применения и обладающие характеристиками и преимуществами, специальным образом подобранные для каждой сферы применения.
При рассмотрении вопроса о выбросах парниковых газов, ключевым фактором в понимании реального воздействия материала на окружающую среду является Оценка его жизненного цикла (LCA). Данный подход учитывает общие выбросы парниковых газов, выделяющихся при ее производстве, во время использования и по окончании жизненного цикла (переработка или утилизация) продукции.
На первый взгляд материалы, весящие меньше стали, такие как алюминий, магний и пластик, могут показаться интересными альтернативами. Однако, когда во внимание берется весь жизненный цикл материала, у стали нет конкурентов благодаря ее прочности, износоустойчивости, пригодности к переработке и многофункциональности.
Жизненный цикл стальной единицы в многокомпозитной продукции
Некоторые факты о стали
- Сталь на 100% может быть переработана по окончании жизненного цикла, либо повторно использована до переработки.
- При производстве кузова типичного пятиместного автомобиля с применением высокопрочной стали AHSS за весь его жизненный цикл выделяется примерно на 2,2 тонны меньше парниковых газов.
- Уменьшение выбросов CO2 посредством переработки стальной упаковки в Европе в 2006 году было эквивалентно объему CO2, который в том же году был выброшен в атмосферу 1,6 млн автомобилей, (исследование проводилось на примере автомобилей, например, Ford Focus с дизельным двигателем объемом 1,8 л) со степенью выбросов CO2 — 137 г/км, с пробегом 20 000 км в год.
- Ориентировочно 459 млн тонн металлолома было переработано в 2006 году, что позволило предотвратить 827 млн тонн выбросов CO2.
- Консервная банка является самым перерабатываемым контейнером для пищи и напитков в мире с общей степенью переработки 67%.
- Там, где системно применяются сбор и обработка лома, степень вторичной переработки очень высока. 97% всех автотранспортных средств из потока отходов попадают в поток переработки и движущей силой этой переработки является сталь.
С оригиналом материала вы можете ознакомиться на сайте
