» » Возможна ли замена стали альтернативными материалами
06.02.2015

С середины XIX века сталь стала основным конструкционным материалом и остается таковым до сих пор, и это вопреки прогнозам, которые делались в середине прошлого века о том, что возможно снижение объемов мирового производства стали за счет замены ее другими материалами. Базой для таких прогнозов стало расширение технических и экономических возможностей по развитию производства цветных металлов, совершенствование технологий производства полимеров и интенсивное появление их новых видов, освоение производства таких принципиально новых материалов, как керамические, композитные и т.п.
Основными цветными металлами, которые могут конкурировать со сталью, являются алюминий, медь и цинк как основа конструкционных сплавов.
В 2007 г. их мировое производство составило соответственно 37, 16 и 11 млн.т, в то время как на начало 2000 года оно было (также соответственно) 20, 12 и 8 млн.т. Из этих цифр видно, что темпы роста их производства существенны. Ho надо иметь в виду, что медь, в основном, используют для изготовления проводников электрического тока, и в меньшей мере для производства конструкционных сплавов для изготовления отдельных деталей машин, механизмов, бытовых приборов и различной утвари, а цинк - преимущественно для получения антикоррозионных покрытий или для создания композитов с другими цветными металлами и сплавами на их основе.
Алюминий применяют достаточно широко в различных сферах промышленности и хозяйства, в том числе и в качестве конструкционного материала. Основное достоинство алюминия - снижение массы изделий. С учетом равной прочности и стойкости к ударным нагрузкам это снижение составляет примерно 50%.
Однако темпы замены стали алюминием невелики. Объясняется это рядом причин.
1. Энергоемкость производства первичного алюминия примерно в 10 раз выше, чем стали.
2. Несмотря на достаточно резкое падение цен на алюминий в последние 15-20 лет, он продолжает оставаться более дорогим материалом по сравнению со сталью.
3. При производстве первичного алюминия объемы вредных выделений значительно больше, а их опасность для человека и природы значительно выше, чем при производстве стали. Характерно то, что при увеличении объемов потребления в таких странах, как США, Япония, Франция, Германия, производство алюминия в этих странах сокращается. Точнее говоря, его переносят в другие страны.
Производство вторичного алюминия из лома и отходов производства требует затрат энергии в 10 раз меньше, чем первичного, но деформационные свойства вторичного алюминия значительно хуже, чем первичного.
4. He решена проблема полной утилизации лома и отходов алюминия, особенно при использовании его для изготовления тары и упаковки.
Еще одним материалом - конкурентом стали, в том числе и как конструкционного материала, являются пластмассы. Темпы роста производства пластмасс с 40-х по 80-е годы прошлого века опережали темпы роста производства стали, и к началу 90-х годов годовой объем мирового производства полимерных материалов достиг 90 млн.т. В последующие годы темпы роста объемов производства полимерных материалов снизились, но сам рост продолжался и продолжается.
При производстве и потреблении пластмасс также имеются негативные явления:
1. Производство пластмасс менее энергоемко, чем алюминия, но и оно требует затрат энергии в 2,5-3 раза больше, чем для производства стали,
2. В качестве исходного сырья при производстве пластмасс используют нефтепродукты и природный газ, дефицит которых ощущается все острее, а цена их растет очень быстро. Это обусловливает и повышение цен полимерных изделий.
3. Фактически отсутствуют промышленные технологии, позволяющие организовать не только рециркуляцию, но и экологически безопасную утилизацию изделий из пластмасс.
Темпы замены стали альтернативными материалами можно проследить на примере автомобильной промышленности (для заводов фирмы «Форд»).
B период с 1975 по 1985 г,г, доля рядовых, сталей, используемых, при изготовлении легковых автомобилей, снизилась с 60 до 50%, доля пластмасс повысилась с 4 до 9%, алюминия с 2 до 5%. Одновременно с этим повысилась доля высокопрочных сталей с 3 до 10%. Эти цифры подтверждаются и другими исследованиями. Однако основным является вывод, что главным конкурентом рядовых сталей являются высокопрочные стали,
На конференции по черной металлургии и рециркуляции, проходившей в 1995 г. в Дюссельдорфе (Германия), отмечены следующие причины широкого применения стали:
- имеет уникальное сочетание прочностных и вязкостных характеристик, устойчива к вибрации, воздействиям коррозии, тепла и холода (может быть применена при температурах от минус 200 до плюс 1000°С;
- свойства стали поддаются четкому контролю и управлению;
- отношение стоимости и эксплуатационных характеристик гораздо ниже, чем у ее заменителей;
- затраты энергии на производство из первичного сырья и готовой продукции (проката) гораздо ниже, чем у конкурентов;
- способность удовлетворять требованиям безопасности и окружающей среды;
- возможность подвергаться полной рециркуляции, а побочных продуктов плавки - рециркуляции на 80-100%.
Последний пункт начинает играть все более превалирующую роль, поскольку способствует сохранению ресурсов, сокращению отходов, улучшению экологии.
Роль стали в жизни человека эмоционально и очень точно сформулировал П. Марш; «Всё - от автомобиля до высотного здания - без стали просто не существовало бы. Даже изделия, которые содержат очень мало или не содержат вообще стали, например, мобильные телефоны, не могут быть произведены без инструмента, изготовленного из стали».
Из представленных материалов можно сделать вывод, что пока альтернативы стали в больших объемах нет и в ближайшее время не будет.