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.

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.

Расскажем из чего делают кузова автомобилей и какие технологии появились? Рассмотрим недостатки и преимущества основных материалов, используемых при изготовлении машины.

Для изготовления кузова необходимо сотни отдельных частей, которые затем нужно соединить в одну конструкцию, соединяющую все части современного автомобиля. Для легкости, прочности, безопасности и минимальной стоимости кузова конструкторам необходимо идти на компромиссы, искать новые технологии, новые материалы.

Сталь

Основные детали кузова изготовляют из стали, алюминиевых сплавов, пластмасс и стекла . Причем предпочтение отдается низкоуглеродистой листовой стали толщиной 0,65...2 мм. Благодаря применению последней удалось снизить общую массу машины и повысить жесткость кузова. Это вызвано ее высокой механической прочностью, недефицитностью, способностью к глубокой вытяжке (можно получать детали сложной формы), технологичностью соединения деталей сваркой. Недостатками этого материала являются высокая плотность и низкая коррозионная стойкость, требующая сложных мероприятий по защите от коррозии .

Конструкторам нужно, чтобы сталь была прочной и обеспечивала высокий уровень пассивной безопасности, а технологам нужна хорошая штампуемость. И главная задача металлургов - угодить и тем и другим. Поэтому разработан новый сорт стали, позволяющий упростить производство и в дальнейшем получить заданные свойства кузова.

Изготавливается кузов в несколько этапов. С самого начала изготовления из стальных листов, имеющих разную толщину, штампуются отдельные детали. После эти детали свариваются в крупные узлы и с помощью сварки собираются в одно целое. Сварку на современных заводах ведут роботы.

Преимущества:

• низкая стоимость;
• высокая ремонтопригодность кузова;
• отработанная технология производства и утилизации.

Недостатки:

• самая большая масса;
• требуется антикоррозийная защита от коррозии;
• потребность в большом количестве штампов;
• ограниченный срок службы.

Что в будущем? Совершенствование технологий производства и штамповки, увеличение в структуре кузова доли высокопрочных сталей. И применение сверхвысокопрочных сплавов нового поколения. К ним уже можно отнести TWIP-сталь с высоким содержанием марганца (до 20%). Данная сталь обладает особым механизмом пластической деформации, благодаря которому относительное удлинение может достигать 70%, а предел прочности - 1300 МПа. Для примера: прочность обычных сталей составляет до 210 МПа, а высокопрочных - от 210 до 550 МПа.

Алюминий

Алюминиевые сплавы для изготовления автомобильных кузовов начали использовать относительно недавно. Используют алюминий при изготовлении всего кузова или его отдельных деталей – капот, двери, крышка багажника.

Алюминиевые сплавы применяются в ограниченном количестве. Поскольку прочность и жесткость этих сплавов ниже, чем у стали, поэтому толщину деталей приходится увеличивать и существенного снижения массы кузова получить не удается. Кроме того, шумоизолирующая способность алюминиевых деталей ниже, чем стальных, и требуются более сложные мероприятия для достижения акустической характеристики кузова.

Начальный этап изготовления алюминиевого кузова схожий с изготовлением стального. Детали вначале штампуются из листа алюминия, потом собираются в целую конструкцию. Сварка используется в среде аргона, соединения на заклепках и/или с использованием специального клея, лазерная сварка. Также к стальному каркасу, который изготовлен из труб разного сечения, крепятся кузовные панели.

Достоинства:

• возможность изготовить детали любой формы;
• кузов легче стального, при этом прочность равная;
• легкость в обработке, вторичная переработка не составляет труда;
• устойчивость к коррозии, а также низкая цена технологических процессов.

Недостатки:

• низкая ремонтопригодность;
• необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей;
• необходимость специального оборудования;
• значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше.

Стеклопластик и пластмассы

Под названием стеклопластик имеется в виду любой волокнистый наполнитель, который пропитан полимерными смолами. Наиболее известными наполнителями считаются – карбон , стеклоткань и кевлар.

Около 80% пластмасс, применяемых в автомобилях, приходится на пять типов материалов: полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, АБС-пластики, стеклопластики. Остальные 20% составляют полиэтилены, полиамиды, полиакрилаты, поликарбонаты.

Из стеклопластиков изготовляют наружные панели кузовов, что обеспечивает существенное уменьшение массы автомобиля. Из полиуретана делают подушки и спинки сидений, противоударные накладки. Сравнительно новым направлением является применение этого материала для изготовления крыльев, капотов, крышек багажника.

Поливинилхлориды применяют для изготовления многих фасонных деталей (щиты приборов, рукоятки) и обивочных материалов (ткани, маты). Из полипропилена делают корпуса фар, рулевые колеса, перегородки и многое другое. АБС-пластики используют для различных облицовочных деталей.

Достоинства стеклопластика:

• при высокой прочности маленький вес;
• поверхность деталей обладает хорошими декоративными качествами;
• простота в изготовлении деталей, имеющих сложную форму;
• большие размеры кузовных деталей.

Недостатки стеклопластика:

• высокая стоимость наполнителей;
• высокое требование к точности форм и к чистоте;
• время изготовления деталей достаточно продолжительное;
• при повреждениях сложность в ремонте.

Автомобильная промышленность не стоит на месте и развивается в угоду потребителю, который хочет быстрый и безопасный автомобиль. Это приведет к тому, что в производстве авто используются новые, отвечающие современным требованиям материалы.

MODERN HIGH-TECH 05ХГБ STEEL INTENDED FOR THE MANUFACTURE OF WELDED OIL AND GAS PIPES WITH IMPROVED OPERATIONAL RELIABILITY

D. KUDASHOV, G. SEMERNIN, I. PEIGANOVICH, ITC «Vyksa metallurgical plant» JSC, L. EFRON, P. STEPANOV, S. MOKEROV, CPTR «United metallurgical company» JSC (OMK)

Специалисты инженерно-технологического центра АО «ВМЗ» разработали новую трубную сталь для сварных нефтегазопроводных труб повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Разработана технология производства, позволяющая гарантированно обеспечивать высокий уровень свойств основного металла и сварного соединения труб. Результаты масштабных испытаний новой стали, в том числе в условиях эксплуатации, свидетельствуют о том, что при большей технологичности трубы из новой стали по своей коррозионной стойкости в различных средах превосходят лучшие из известных аналогов.

The engineering and technology center of «VSW» JSC has developed a new pipe welded steel for oil-gas pipes with increased corrosion resistance and operational reliability. The developed technology of production, which guarantee to provide a high level of properties of base metal and welded joints of pipes. The results of large scale tests of new steel, including under operating conditions, indicate that the greater the processability of the pipes of the new steel for its corrosion resistance in various environments surpass the best of the known analogues.

Растет потребность отечественных нефтегазодобывающих компаний в нефтегазопроводных трубах, отличающихся повышенной коррозионной стойкостью. В нормативно-технической документации, как правило, требования к коррозионной стойкости нефтегазо­проводных труб из низколегированных сталей ограничиваются узким перечнем испытаний: стойкость к водородному растрескиванию (HIC), сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (SSC) и общей коррозии (ОК). Положительные результаты указанных испытаний свидетельствуют лишь о стойкости продукции к коррозионному растрескиванию, связанному с воздейст­вием высокого парциального давления сероводорода. Подобные условия на территории России встречаются локально в разных регионах, а коррозионные поражения, вызванные сероводородным растрескиванием, не массовые. Таким образом, соблюдение данных требований зачастую не гарантирует высокой эксплуатационной надежности продукции в разных условиях.
Важнейшим условием обеспечения долговечности трубопровода, повышения наработки на отказ (срока безаварийной эксплуатации) является гарантированное качество каждой из его составляющих. Существенную роль играет технологичность продукции. Нефтегазопроводные трубы из низколегированных сталей, применяемые сегодня крупнейшими нефтегазодобывающими компаниями РФ, порой не технологичны. Согласно последним исследованиям, проведенным совместно с НИЦ «Термохимия материалов» (НИТУ МИСиС), в процессе сварки таких сталей, как 13ХФА и 09ГСФ, образуется ряд тугоплавких окислов, не всегда удаляемых из сварного соединения, что негативно сказывается на качестве.
Недостаточно эффективно в условиях контролируемой прокатки рулонного и листового проката и микролегирование стали ванадием, необходимое для обеспечения требуемого химического состава данных марок стали. Микролегирование дает лучшее качество при производстве бесшовных труб.

Разработка новой марки стали

В 2010 г. специалисты АО «ВМЗ» с привлечением ведущих научно-исследовательских организаций приступили к разработке инновационной трубной марки стали, которая должна отвечать следующим требованиям:
– иметь наиболее востребованный класс прочности (К52);
– быть хладостойкой до -60 °С;
– быть коррозионно стойкой в различных средах;
– иметь хорошую свариваемость как в условиях завода, так и в полевых условиях;
– обладать высокой технологичностью.
Требования к механическим свойствам труб представлены в табл. 1.
Всему комплексу требований отвечает низкоуглеродистая сталь с системой легирования на основе марганца, кремния, хрома и микролегирования на основе ниобия. Строгое ограничение содержания углерода позволяет обеспечивать оптимальную микроструктуру, гарантирующую высокую хладостойкость и стойкость к коррозионному растрескиванию в сероводородсодержащих средах (HIC, SSC). В сталь 05ХГБ введен хром для повышения ее стойкости к углекислотной коррозии. Пониженное содержание углерода в стали повышает эффективность добавки хрома.
Проведенные в ООО «ИТ-Сервис» сравнительные испытания на стойкость к углекислотной коррозии образцов труб из стали 13ХФА и 05ХГБ свидетельствуют, что продукты коррозии одинаково представлены карбонатом железа и хромсодержащими соединениями (в основном – Cr(OH)3) (рис. 1). Толщина продуктов коррозии составляет 15 – 32 мкм в обоих случаях.
По сравнению с 09ГСФ и 13ХФА сталь 05ХГБ отличается повышенным, но в то же время ограниченным содержанием марганца. Увеличенное содержание марганца необходимо для повышения технологичности сварки без потери стойкости к водородному растрескиванию. В соответствии с литературными данными (R. Pöpperling), сталь с содержанием углерода 0,06 % может содержать до 1,20 % марганца без ухудшения ее стойкости к растрескиванию. В то же время повышение содержания марганца по сравнению со сталью 13ХФА позволяет обеспечивать стабильный уровень механических свойств при более низком содержании углерода, а также увеличить соотношение /, важное с точки зрения свариваемости, в особенности при сварке ТВЧ (HFW).
Одним из основных микролегирующих элементов стали 13ХФА является ванадий. Данная система микролегирования наиболее эффективно обеспечивает прочность и вязкость стали после проведения термической обработки по режиму «закалка + отпуск». Для обеспечения механических свойств стали 05ХГБ в условиях контролируемой прокатки ванадий заменен на другой карбидообразующий элемент – ниобий. Исследования сварных соединений труб из стали 13ХФА и 05ХГБ, а также выполненный термодинамический анализ свидетельствуют, что при сварке ТВЧ стали 13ХФА образуются более тугоплавкие окислы. Это связано с отличиями в химическом составе стали: в содержании углерода и отношении концентраций марганца и кремния (табл. 2).
Благодаря возможности достижения благоприятного соотношения / в стали 05ХГБ, при сварке ТВЧ образуются более легкоплавкие окислы. В связи с этим возможно увеличение содержания хрома до 1 % без ухудшения качества сварного соединения.
Впервые при разработке химического состава стали учитывались особенности производства электросварных труб сваркой ТВЧ и особенности эксплуатации, в связи с чем пришлось решать ряд принципиальных вопросов производства проката и высококачественной заготовки по схеме производства литейно-прокатного комплекса: в том числе – формирования бездефектной заготовки, снижение ликвации в осевой зоне сляба, получение сверхнизкого содержания серы (менее 0,002 масс. %) и формирования мелкозернистой структуры в готовом прокате. Был разработан и реализован ряд технологических решений: оптимизация состава шлака для прохождения глубокой десульфурации; модифицирование расплава редкоземельными металлами; подбор режимов вторичного охлаждения и мягкого обжатия при разливке; ускоренное охлаждение раската после черновой стадии; ускоренное охлаждение проката на отводящем рольганге перед смоткой в рулон. В результате проведенных мероприятий трубы из данной марки стали наряду с высокой коррозионной стойкостью обладают повышенным ресурсом по хладостойкости (рис. 2). Значительное снижение показателей ударной вязкости наблюдается только при температурах ниже -80 °С. При этом доля вязкой составляющей в изломе находится на уровне 80 – 100 % до – 70 °С. Такие показатели открывают потенциал стали для применения при разработке арктических месторождений.

Оценка коррозионной стойкости

Проблема обеспечения коррозионной стойкости неф­тегазопроводных труб из низколегированных сталей осложняется многообразием механизмов коррозионного разрушения в условиях эксплуатации, а также ограниченностью лабораторных методов оценки, позволяющих прогнозировать данную характеристику. Несмотря на это при разработке новых видов продукции в сегменте нефтегазопроводных труб повышенной коррозионной стойкости необходимо оценивать реальный уровень данного показателя. Программа-минимум в данном случае – сравнение коррозионной стойкости с существующими аналогами, максимум – определение с достаточной точностью наработки на отказ труб (срок безремонтной эксплуатации) для конкретных условий или региона.
Разумеется, невозможно объективно оценить коррозионную стойкость продукции из низколегированной стали при помощи одного определенного метода. По характеру и условиям проведения существующие способы оценки коррозионной стойкости можно разделить на: 1) лабораторные испытания; 2) стендовые испытания в модельных средах; и 3) опытно-промышленные испытания.
При преимуществах и недостатках каждого из них использование комплекса методов дает относительно объективную картину. Разработанная сталь 05ХГБ прошла огромный путь – от лабораторных коррозионных испытаний до опытной эксплуатации действующего трубопровода.

Стендовые испытания

Перспективным направлением считается применение стендовых испытаний в лабораторных установках, имитирующих условия эксплуатации. Принципиальная схема установки, созданной специалистами ГУП «ИПТЭР», в которой испытывались на коррозионную стойкость трубы из стали 05ХГБ в сравнении с аналогами, – на рис. 3.
Моделируя условия эксплуатации трубопроводов и их воздействие на материал, испытания проводили 14 – 30 сут, непрерывно производя контроль фоновой скорости коррозии при помощи метода LPR. При правильном подборе испытательной среды такой экспозиции достаточно для реализации механизмов общей и локальной коррозии. На рис. 4 представлены микрофотографии поверхности образцов после испытаний продолжительностью 14 сут в модельной среде. Видны локальные язвенные повреждения.
Модельные среды разрабатывались на основании анализа эксплуатационных характеристик действующих трубопроводов. Учитывались скорость потока, давление, температура, расход жидкости и компонентный состав смеси коррозионно-активных газов (табл. 4).
Принцип испытаний состоит в том, что подготовленные надлежащим образом образцы сталей устанавливаются в испытательные ячейки модели трубопровода (рис. 3, поз. 1). Буферная емкость (рис. 3, поз. 2) заполняется моделью минерализованной подтоварной воды. На компьютере задаются параметры модели в части обеспечения нужного парциального давления наиболее коррозионно-активных компонентов (H2S и CO2). При необходимости задаются количество растворенного в воде кислорода, а также механических примесей. Скорость жидкости регулируется частотным преобразователем, который воздействует на частоту вращения центробежного насоса и измеряется ультразвуковым расходомером. Температура поддерживается с помощью блока терморегулятора, оснащенного нержавеющим ТЭНом и термодатчиком. Через заданное количество времени образцы извлекаются, и путем замера остаточной массы определяется скорость коррозии в мм/год. Скорость локальной коррозии определяется путем оценки глубины питингов/язв методом двойной фокусировки на оптическом микроскопе.
Преимущество данного метода оценки коррозионной стойкости состоит в возможности прогнозировать эксплуатационную надежность материала в тех или иных условиях. То есть в отличие от натурных испытаний, где кроме подтоварной воды присутствует в различном соотношении нефтяная и газовая фракции, в данном случае агрессивная среда в равной степени воздействует на образцы весь период испытаний. При этом исключаются обстоятельства, связанные с эксплуатацией трубопроводных систем (неоднородность среды, отключение, ингибиторная защита, кислотная обработка и т.д.). С целью определения влияния химического состава стали и состояния поставки на коррозионную стойкость в различных условиях были проведены несколько серий испытаний образцов различного сортамента (табл. 3).
Результаты сериальных коррозионных испытаний в модельных средах (не менее двух повторений по три образца для каждой среды) свидетельствуют, что выбор марки стали очень важен для обеспечения коррозионной стойкости в разных условиях. При этом сталь 05ХГБ по средним показателям общей и локальной коррозии незначительно уступает стали 08ХМФЧА, но превосходит все остальные испытанные марки стали (рис. 5). Наиболее важно то, что образцы из 05ХГБ в различных средах показывали стабильно наиболее низкие скорости коррозии.

Натурные испытания

Несмотря на ряд преимуществ, данные исследования направлены на оценку коррозионной стойкости материала, а не изделия. В этой связи натурные испытания играют неотъемлемую и наиболее важную роль при прогнозировании эксплуатационной надежности нефтегазопроводных труб.

Как правило, применяются два типа испытаний: гравиметрические с использованием образцов-свидетелей и байпасные с применением испытательных катушек (патрубков). При оценке коррозионной стойкости труб из стали 05ХГБ применялись оба типа испытаний.
Наиболее показательны байпасные коррозионные испытания, так как в данном случае можно прогнозировать целесообразность применения изделия, а не только материала. Основной недостаток подобных испытаний заключается в их продолжительности, измеряемой, как правило, годами. В то же время использование определенных подходов позволяет существенно сократить срок экспозиции. В частности, к ним можно отнести:

– выбор объекта для монтажа байпасного стенда с гарантированно высокой фоновой скоростью коррозии;
– предварительный мониторинг фоновой скорости коррозии методами LPR или ER с использованием средств телеметрии;
– мониторинг остаточной толщины стенки испытательных и контрольных катушек с определенной периодичностью, устанавливаемой в зависимости от агрессивности перекачиваемой среды;
– контроль за состоянием объекта (исключение ингибиторной обработки в период проведения испытаний и т.д.).
Использование данного подхода позволяет сократить срок испытаний до 10 – 12 месяцев с получением результатов, достаточных для прогнозирования целесообразности применения продукции в данных условиях.
В настоящее время завершены байпасные коррозионные испытания в двух регионах: в Западной Сибири испытания проводились в условиях двух месторождений АО «Газпром нефть–Ноябрьскнефтегаз», в Республике Коми – в условиях двух месторождений ООО «ЛУКОЙЛ- Коми» (табл. 5).
Проведенные расчеты динамики локальной коррозии, основанные на данных диагностики остаточной толщины стенки, свидетельствуют, что наиболее активен коррозионный процесс в начальной стадии.
Расчет скорости осуществляли по формуле (1):
VTi = VT1 x (Ti – T1)-0,33619459, (1)
где VTi – скорость локальной коррозии в i-й момент времени эксплуатации (мм/год);
VT1 – скорость локальной коррозии в начальный период эксплуатации (мм/год);
Ti – i-й момент времени эксплуатации (сутки);
T1 – начальный момент эксплуатации (сутки).
В обоих из рассмотренных вариантов получено, что скорость локальной коррозии стали 05ХГБ во весь период испытаний ниже, чем сравнительных образцов.

Авторы выражают благодарность коллективам ГУП «ИПТЭР», ООО «ИТ–Сервис», ФГУП «ЦНИИчермет», НИЦ «Термохимия материалов», ООО «Самарский ИТЦ»,
ООО «Сибнефтегаздиагностика», ФГУП «ВНИИК», ООО «ПечорНИПИнефть» и др.
за помощь в проведении исследований.

По итогам проведенного комплекса испытаний, подтвердивших высокие служебные характеристики труб из стали 05ХГБ, данная продукция была одобрена для применения в ряде отечественных нефтегазодобывающих компаний. В настоящее время проводится опытно-промышленная эксплуатация трубопроводов из стали 05ХГБ. Опытная эксплуатация сопровождается авторским надзором со стороны АО «ВМЗ», включая проведение внутритрубной диагностики. Специалистами АО «Выксунский металлургический завод» полностью разработана сквозная технология производства проката и труб из стали 05ХГБ диаметром 159 – 530 мм и толщиной стенки 5 – 12 мм, гарантирующая стабильно высокий уровень показателей качества и надежности.