журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
ТЕМА НОМЕРА

ИТОГИ И ТЕНДЕНЦИИ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

ЦЕНОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №2, 2002

АВТОМОБИЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Производители нержавеющей стали ищут подходы к автомобилистам

Дорогой металл может выиграть только за счет своих уникальных свойств

В среднестатистическом европейском автомобиле содержится около 15 кг нержавеющей стали, главным образом, в системе отвода выхлопных газов. Кроме того, производители изучают возможности нового применения данного металла, так что перед ним отрываются хорошие перспективы на рынке автомобильных деталей. Остается лишь решить несколько мелких проблем глобального характера…

Преимущества и недостатки

Автомобильная промышленность представляет собой обширнейший рынок, весьма привлекательный для производителей многих материалов. В связи с острой конкуренцией между различными металлами, пластмассами, керамикой и композитами распределение этого рынка весьма нестабильно и быстро изменяется с появлением перспективных материалов или новых сфер использования существующих.

Свойства меди и свинца ограничивают их применение определенными нишами, и спрос на эти металлы зависит, главным образом, от объемов продаж автомобилей и тенденций в сфере дизайна. Алюминий фактически доминирует в сфере производства блоков двигателей, корпусов коробок передач и прочих литых деталей. Нержавеющая сталь нашла спрос, главным образом, в системах отвода выхлопных газов, особенно оборудованных каталитическими преобразователями. Однако именно этот материал имеет весьма значительные перспективы в автомобильном секторе: механические и тепловые характеристики в комбинации с коррозионной стойкостью делают его серьезным конкурентом обычной стали во всех ключевых конструкционных узлах.

Производители стремятся реализовать преимущества этого материала в трех важнейших сферах. Высокая прочность нержавеющей стали дает возможность производить из нее более тонкие и, соответственно, более легкие детали, чем из альтернативных алюминия и углеродистых сталей. Кроме того, значительное деформационное упрочнение (при "сминании") и способность поглощать большое количество кинетической энергии при ударах – весьма привлекательные технические характеристики относительно безопасности пассажиров автомобиля при столкновениях. Коррозионная стойкость нержавеющей стали избавляет от необходимости наносить на нее защитные покрытия. Комбинация этих особенностей при хорошей формуемости создает данному материалу прочную основу для конкуренции на автомобильном рынке.

Тем не менее, прогресс в увеличении рыночной доли нержавеющей стали пока весьма умеренный, и, очевидно, в этом плане не следует ожидать скорых перемен. Причина вполне тривиальная – высокие цены. Действительно, производителям автомобилей нет смысла вместо углеродистой стали для производства кузовных деталей использовать листовую нержавеющую сталь, которая, по меньшей мере, в три раза дороже оцинкованных рулонов. Даже алюминий, который после проникновения в автомобильный сектор стабильно расширяет свою долю рынка, на три четверти используется в виде литья, а отнюдь не в качестве листов и профилей.

Разумеется, в техническом отношении у нержавеющей стали значительные преимущества. Однако, как и у алюминия, ахиллесова пята этого металла – высокие цены, и только когда ее производители сумеют запустить механизм их долгосрочной стабилизации на относительно низком уровне, смогут измениться и перспективы в плане продвижения этого материала в автомобильную промышленность. Тем не менее, в секторе проводятся интенсивные разработки новых видов продукции для различных областей применения в автомобильной промышленности, и со временем это может сыграть немаловажную роль.

Места под солнцем

В соответствии с тенденциями покупательского спроса одно из принципиальных требований к современным автомобилям – топливная экономичность, и при конструировании новых моделей используется все для уменьшения их веса. Это обеспечило предпосылки для еще более широкого использования в производстве автомобилей алюминия и композитных материалов, ощутимо потеснивших более тяжелую сталь на ее традиционном рынке. Тем не менее, сталь сохраняет свои традиционные преимущества – меньшую стоимость и более высокую прочность. К тому же, сталелитейные компании продвигают на рынок более прочные категории продукции, из которых можно изготовлять более тонкие детали кузова и, соответственно, меньшего веса.

Особо благоприятные возможности в этой сфере у нержавеющей стали, имеющей высокий предел прочности на разрыв, что позволяет использовать более тонкие листы и производить детали, сравнимые по весу с алюминиевыми. Другие преимущества – исключительная легкость формовки и коррозионная стойкость, избавляющая от необходимости обеспечивать дополнительную защиту деталей посредством цинкования или покраски.

Для широкого использования в автомобильной промышленности (например, в производстве шасси и кузовных деталей) наиболее подходит нержавеющая сталь категории 1.4318 (301L), содержащая меньше никеля (а, следовательно, и более дешевая), чем классические сорта 1.4301 (304) и 1.4401 (316). У стали 301L исключительные характеристики в плане нагартовывания, что можно использовать для повышения стойкости автомобиля к ударным нагрузкам. В настоящее время разрабатываются сорта нержавеющей стали, которые при еще меньшем содержании никеля сохраняют прекрасные характеристики в отношении деформационного упрочнения. Эти новые сорта весьма перспективны как альтернативный материал для изготовления кузова и несущей конструкции.

Европейскими производителями нержавеющей стали разработаны проекты по созданию новых видов продукции для автомобильной промышленности, в результате чего следует ожидать значительного расширения сфер использования этих материалов. В США компания AK Steel за последние годы разработала прототипы кузовных панелей, деталей подвески, бензобаков, бамперов и рам из нержавеющей стали.

Однако основное назначение этого материала в настоящее время – системы отвода выхлопных газов. Только в Европе с этой целью ежегодно используется 300 тыс. т нержавеющей стали. С автомобильными выхлопными газами в атмосферу поступают углеводороды (СН), окись углерода (СО) и окислы азота (NOx). Каталитические системы, применение которых в Европе обязательно с 1993 года, преобразуют их в безвредные воду, двуокись углерода и азот. Однако присутствие этих компонентов приводит к изменению температурного режима и создает в выхлопных системах агрессивную коррозионную среду, поэтому для изготовления глушителей, труб и прочих деталей таких систем необходимо использовать некорродирующие материалы.

Определенные детали выхлопных систем функционируют в обычном тепловом режиме (резонатор, промежуточная труба, глушитель и выхлопная труба), но некоторые узлы подвергаются воздействию высоких температур (коллектор, выпускные трубы и каталитический преобразователь). Для их производства разработаны специальные жаропрочные категории нержавеющей стали.

Узлы, расположенные в "холодной" части, в зимнее время подвергаются воздействию солей и других агентов, применяемых для удаления с автодорог снега и льда. Таким образом, как изнутри, так и снаружи воздействует агрессивная коррозионная среда. Некоторые производители применяют для изготовления внутренней части выхлопной системы ферритную нержавеющую сталь, а холодную часть выполняют из алюминированного материала. В некоторых дорогих автомобилях (например, Mercedes) всю систему делают из аустенитных сортов – для лучшего визуального восприятия. Компания AK Steel разработала нержавеющую сталь марки Black CoatTM, предназначенную специально для производства выхлопных систем. Этот материал имеет многослойное покрытие, нанесенное на различные ферритные подложки, для него характерны улучшенная формуемость, коррозионная стойкость и высокая жаропрочность.

По мнению специалистов Ассоциации развития европейского рынка нержавеющей стали Euro-Inox, выхлопные системы – классический пример успеха нержавеющей стали в конкуренции с альтернативными материалами, в этой сфере ее рыночная доля неуклонно увеличивается. Следующий этап – каталитические преобразователи, изготовляемые полностью из нержавеющей стали. В настоящее время каталитическая поверхность выполняется из керамики, поэтому у преобразователей довольно велики вес и габариты. При этом, керамическое покрытие можно заменить очень тонкой (до 40 мкм) фольгой из нержавеющей стали. Кроме уменьшения веса и размеров, в этом случае появится дополнительное преимущество: использование электропроводного материала позволит осуществлять предварительный электрический нагрев, и в результате каталитический эффект будет проявляться непосредственно с момента запуска двигателя. Каталитический преобразователь из нержавеющей стали в отличие от существующих систем нагревается до рабочих температур за несколько секунд.

Перспективные разработки

По данным Euro-Inox, еще одна сфера, где использование ферритной нержавеющей стали быстро интенсифицируется, – это внутренняя и наружная декоративная отделка автомобилей, причем, в США этот рост более активный, чем в Европе. Нержавеющую сталь легко обрабатывать, а специальные сорта с добавками молибдена и ниобия обладают повышенной коррозионной стойкостью, им легко можно придать необходимый рельеф. Кроме того, поскольку, помимо данных свойств, для нержавеющей стали характерны высокая механическая прочность и упругость, ее можно использовать в производстве таких деталей как хомуты для крепления шлангов, прокладка головки цилиндров, корпус помпы, теплозащитные фильтры, стеклоочистители, газовые контейнеры для подкачки шин и пружины ремней безопасности.

В прежние времена прокладки головки цилиндров изготовлялись из слоеного материала, состоящего из асбеста и стальных пластинок. Однако теперь применение канцерогенного асбеста запрещено, а рабочие температуры и давление современных двигателей значительно увеличились, появилась необходимость в разработке прокладок иного типа. Одна из таких новых систем, обладающая высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, состоит из 3-5 слоев особопрочной нержавеющей стали с тонким резиновым покрытием; толщина каждого слоя не превышает 0,25 мм. Кроме того, можно использовать нержавеющую сталь в узлах подвески; такие системы были установлены на демонстрационных моделях Ford Escort и Landrover Freelander. Однако такие подвески – дело будущего, а более близкие надежды производителей связаны с бензобаками из нержавеющей стали.

Традиционно бензобаки выполняются из углеродистой стали с матовым свинцово-оловянным покрытием. Подходящей альтернативой этому материалу считаются пластмассы. Однако ужесточение экологических требований должно привести к запрету использования пластиковых бензобаков, через которые просачиваются пары углеводородов. Кроме того, эти баки трудно утилизировать. Баки же из нержавеющей стали не пропускают и не поглощают углеводородных паров, на них не требуется наносить защитные покрытия и при утилизации их можно полностью перерабатывать на вторичный металл. Кроме того, новая технология гидроформинга позволяет легко придавать нержавеющей стали сложные формы, при которых бак компактно заполняет полости рамы. Двое из "большой тройки" американских производителей автомобилей уже проводят исследования целесообразности применения топливных баков из нержавеющей стали на моделях, предназначенных для эксплуатации в США. Это означает формирование нового рынка с потенциалом в 140-200 тыс. т нержавеющей стали в год.

Характеристики нержавеющей стали прекрасно подходят для конструкционных деталей пассажирских автомобилей: в конкуренции с альтернативными материалами этот металл предоставляет лучшие возможности для уменьшения веса, повышения формуемости, обеспечения свариваемости, достижения более высокой коррозионной стойкости, увеличения усталостной прочности и стойкости к ударным нагрузкам. Последнее из перечисленных свойств позволяет лучше обеспечивать защиту пассажиров при дорожно-транспортных происшествиях и минимизировать ущерб при мелких столкновениях, когда кинетическая энергия изначально гасится за счет пластической деформации материала (таким образом, чем лучше данная характеристика, тем больше поглощается энергии). Нержавеющие стали проявляют тем лучшие механические свойства, чем больше скорость увеличения динамической нагрузки, т.е. чем быстрее увеличивается нагрузка, тем выше сопротивление металла деформации. Поскольку при столкновениях нагрузка растет очень быстро, это свойство обеспечивает высокую противоударную стойкость.

Правильно сконструированные несущие детали из нержавеющей стали тоже будут сминаться постепенно – контролируемым и предопределенным образом. Разработаны сорта нержавеющей стали с удачной комбинацией прочности, сопротивления усталости, легкой формуемости, простоты соединения деталей при помощи сварки, пайки твердым припоем, адгезионного связывания и т.д.

В кузовостроении уже появилась новая концепция о связи ненесущего кузова с жесткой пространственной рамой, изготовленной, например, из тонкостенных труб. Она позволяет конструировать новые модели очень быстро при организации их производства без значительных инвестиций в сложное оборудование. В настоящее время в таких конструкциях используются углеродистая сталь (Renault Espace) и алюминий (Audi A8 и A9), однако очевидно, что в этой сфере у нержавеющей стали имеются большие перспективы. По мнению технологов AK Steel, разработанный компанией прототип пространственной рамы из нержавеющей стали, примерно, на 50% легче и прочнее традиционных стальных конструкций.

Тем не менее, до сих пор зафиксировано мало примеров промышленного использования таких конструкций. Один из них – модель Buddy Taxi, сконструированная компанией Asha Engineering (США), которая теперь принадлежит McLaren Performance Technologies. На этом автомобиле установлена дуальная система подачи топлива (жидкий пропан и бензин). Другой пример – модель Isigo группы Rivolta: мини-автомобиль спортивного типа, стальная пространственная рама которого весит 53 кг. Кроме того, в Великобритании производят спортивный автомобиль Beaverton Honda Gazelle, в котором на шасси установлена пространственная рама из нержавеющей стали, а сам кузов выполнен из нержавеющей стали и композитных материалов. Эта модель сконструирована инженерами бывшей компании Rover, в ней установлены двигатель 215HP, пятиступенчатая коробка передач и вездеходная подвеска из нержавеющей стали.

В начале 2001 года AK Steel стала учредителем Built-To-Order, первой в США автомобильной компании, созданной для производства автомобилей на заказ. Понятно, что это быстро приблизит разработанные компанией прототипы конструкций из нержавеющей стали к внедрению в производство. Built-To-Order планирует представить серию своих первых моделей автомобилей к 2004 году.

Галина Резник, по материалам Metal Bulletin Monthly, Metal Bulletin

 
© агенство "Стандарт"