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.

Краткая характеристика на Wielarider + Schill InvertaSpot GT

Удовлетворяет всем современным требованиям автопроизводителей и кузовных цехов в отношении надёжности и эффективности. Аппарат с высокочастотной инверторной технологией предназначен для сварки современных сверхвысокопрочных и борсодержа-щих сталей (UHSS, USIBor). Рабочая частота аппарата - 10 000 Гц, номинальный ток сварки 13 000А, давление в точке сварки 650 даН. Омологирован многими автопроизводителями. Главная особенность аппарата - трансформаторные сварочные клещи С-образной конструкции. При использовании клещей этого типа потери мощности минимальны, поскольку преобразование происходит в самих клещах, а потребляемый ими ток не вызывает избыточного нагрева кабеля. Интеллектуальный контроль технологического процесса сварки гарантирует получение сварных точек, аналогичных формируемым в процессе производства автомобилей. Все данные по сварке сохраняются на карте памяти (SD-формат). Имеется возможность записи данных по параметрам 100 000 сварочных точек, что позволяет впоследствии контролировать качество ремонта. Возможна работа с оригинальными данными от производителя (OEM - программа). Если пользователь не может определить качество свариваемых сталей, существует уникальная и защищенная патентом программа тестирования материала. Возможно обновление ПО аппарата через карту памяти SD. Графический дисплей отображает параметры сварки в режиме реального времени по основным параметрам (кА, мсек, даН). Полное микропроцессорное управление позволяет исчерпывающим образом контролировать процесс сварки.

Другие особенности аппарата:

Индивидуальный выбор и установка параметров сварки;
- автоматическое исправление неправильного хода сварки;
- возможность сообщения о необходимости обслуживания насадок электродов;
- вывод сообщений об ошибках в текстовой форме;
- отображение типа наконечников электродов, которые могут использоваться;
- распечатка результатов в формате А4; .
- наличие центрального разъёма для подключения различных сварочных инструментов.

Магнитное поле данного оборудования имеет уровень намного ниже разрешённого предела, поэтому InvertaSpot GT работает с минимально возможным воздействием на организм человека.

Доступна версия для сварки алюминия с током сварки 20 000 ампер.

Аппарат может использоваться не только в кузовном ремонте, но и в производстве, где необходимо проводить качественную сварку. Оборудование может применяться при производстве автобусов, для односторонней сварки кузовных панелей.

Комментарии специалиста

Сварка - один из способов соединения деталей кузова автомобиля, применяемый на сегодня наряду с прочими, например, клейкой и клёпкой. И прошедший достаточно длинный путь совершенствования, отслеживающий, порой с опозданием, модернизацию конструкции автомобиля и обновление материалов, используемых в его производстве.

До недавнего времени именно сварка была фактически единственным способом соединения кузовных деталей без применения резьбовых вариантов крепления. Почему? Причина вполне прагматична и ясна: это быстро, технологично и просто. А также возможно в тех случаях, когда условия не позволяют работать, имея доступ к детали с обеих сторон.

Недостатки сварки проявили себя уже в первом поколении аппаратов для сервисного использования - газовых. Это коррозия по шву, грубый заметный след работы, ослабление материала. Проблемы серьёзные, и решать их было необходимо. В степени, достаточной для своего времени, это удалось благодаря внедрению нового типа аппаратов MIG/MAG, производящих сварку в среде инертного или неинертного газа. Швы стали аккуратнее, коррозионная стойкость выросла. И мастера ненадолго вздохнули с облегчением.

Именно ненадолго -ведь автопроизводители вступили в новую фазу борьбы за клиента. Автомобиль стало необходимо делать всё легче, динамичнее, экономичнее и экологичнее. То есть - перейти к применению прогрессивных материалов, не рассчитанных и в малой степени на старые сварочные технологии.

invertaSpot GT, его С-образные клещи и фотографии экрана.

В первую очередь речь идёт о высокопрочных сталях. При работе с ними сварка швами утратила всякую привлекательность. Ведь проявился её новый, критически опасный недостаток: изменение структуры металла в зоне воздействия высоких температур, ведущее к его переходу из категории высокопрочных в группы обычных сталей. А это -ослабление конструкции автомобиля, делающее его дальнейшую эксплуатацию после серьёзного ремонта опасной.

Шагом к решению проблемы стали аппараты точечной сварки, сводящие к минимуму опасное воздействие и сохраняющие прочность соединения высокой и надёжной. То есть по сути произошел переход от обычной и привычной сварки к более сложному процессу соединения при комплексном воздействии давления и тока. Иное решение - внедрение альтернативных технологий крепления: клейки и клёпки. Не только более сложных и затратных по времени производства работ, но и в корне отличных от заводского технологического цикла. То есть опять-таки заведомо не идеальных.

Но этот компромисс был неизбежен.

Ведь сегодня ремонтникам приходится иметь дело уже не только с высокопрочными сталями - то есть, например, имеющими маркировку HSS, - низкоуглеродистыми с добавлением таких легирующих компонентов, как марганец, ниобий, кремний. Но и с более «серьезными» продуктами, относимыми к группе сверх высокопрочных сталей, то есть борсодержащих.

Слева направо: развитие технологий сварки, сокращающее зону ослабленого сплава

Если этой проблемы кому-то мало, есть и иная. Это необходимость соединять в целостный монолит по крайней мере три слоя различных материалов. Тонких, прочных, упругих, имеющих сложный профиль и несущих полную ответственность за жизнь и здоровье пассажиров при боковом ударе. Читайте тут: в случае низкокачественного ремонта эта ответственность может легко оказаться на плечах, а точнее, на бюджете, кузовного центра. И оказывается! Пока чаще всего - в Европе, но и отечественные страховые компании внимательно изучают все возможности сокращения своих затрат. Так что - клейте, клепайте, варите с неизбывным страхом перед не слишком порой оправданными и трудно опровергаемыми обвинениями.

Или примите как данность необходимость один раз оплатить ускорение процесса ремонта и свой финансовый покой, приобщившись к числу пользователей аппарата четвёртого поколения. Того самого, досье на который мы предложили в начале этой статьи.

Он, по сути, уже не имитирует заводские технологии, а реализует их в полном объёме, позволяя получить соединение, идентичное промышленному. И не только получить, но и иметь полную информацию по реальной оценке качества каждой точки. Ведь аппарат тестирует свою работу и сохраняет отчёт. Полный, являющийся достаточным доказательством для страховой компании. И основанием для начальника цеха или смены принимать автомобиль, не опасаясь подвоха со стороны нового или утомлённого за смену мастера.

Технология

На рисунке (вверху на этой странице) вы видите пример того, что может наблюдать пользователь нового аппарата. Это график. Он демонстрирует нам материалы, соединяемые в данном случае. И проводимый постоянно аппаратом контроль их существенных для работы параметров - изменения сопротивления, например. Для каждого материала имеются статистика и алгоритм, позволяющие не только определить точку плавления, но и «сместить» её во времени. Так, чтобы для всех трех материалов этот процесс начинался фактически одномоментно. То есть, с одной стороны, срок воздействия высоких температур свёлся к минимуму, а с другой - сварка оказалась наиболее успешной и надёжной. До сих пор такое было фактически недостижимо.

Но и это - не всё. Как уже сказано в «досье», аппарат самостоятельно тестирует качество каждой «линзы» и оценивает его в баллах, сохраняя полную информацию в файле отчёта. То есть создает достоверную и объективную картину качества проведённого ремонта и его соответствия заводским стандартам. Именно заводским, - ведь аппарат омо-логирован ведущими автопроизводителями и имеет встроенную ОЕМ-програм-му, позволяющую ремонтнику использовать из базы данных аппарата полную информацию по материалам в зоне сварки конкретной марки и модели автомобиля.

Это даёт возможность работать с полноценной технической поддержкой. Компания «Интерколор» - это единственный сертифицированный дистрибьютор Wielander + Schill на территории России. Интерколор проводит обучение работе на данном типе оборудования и осуществляет техническое обслуживание и при необходимости ремонт.

На фотографии рядом с графиками представлен типичный пример работы InvertaSpot GT. Это одна из стоек - передняя, средняя или задняя. Два слоя стали «узи-бор», и третий - более стандартная высокопрочная сталь. Толщина тоже типична, порядка 1,5 мм. Сварить их между собой достаточно трудно, ведь необходимо обеспечить монолитное соединение для различных составов сплава и условий прогрева.

Центральный слой будет получать совершенно иное воздействие, нежели крайние.

Как добиться высоко качества «линзы», то есть зоны соединения? Попытаться подобрать силу сжатия материалов, ток и длительность воздействия, наиболее подходящие для данного случая.

В аппаратах с Х-образными клещами проблемы «стартуют» с момента выбора режима. Ведь прижимающая сила в точке сварки заведомо не постоянна и зависит, что очевидно из правил элементарной механики, от плеча, - то есть длины электродов. Да и подаваемый ток не стабилен.

Даже мастер высокой квалификации не может определить качество сварной точки, выполненной сварочным аппаратом в каждом конткретном случае. Усилие на разрыв точки можно определить, только проведя необходимые исследования, а эта возможность отсутсвует у работников кузовных цехов. InvertaSpot GT осуществляет самостоятельный контроль процесса сварки, а соответственно и качественные показатели точки.

А продолжаются сложности в различных случаях по-разному, но одинаково неприятно. Здесь и громоздкий трансформатор, «выдающий» до 60 000 А, расходуемые на пять шестых (!) на потери, и силовые кабели, которые греются и собирают на себя весь металлический сор в помещении. И магнитные поля огромной мощности, далеко не полезные для здоровья людей.

InvertaSpot GT решает большую часть перечисленных проблем. Например, до появления аппарата Meredes допускал для ряда моделей в ремонте наиболее ответственных с точки зрения безопасности зон (стоек) лишь клейку и клёпку. Теперь же ситуация изменилась, разрешена сварка указанным аппаратом.

Более того, ряд производителей сейчас намерен серьёзно пересмотреть требования к оборудованию кузовного участка в сторону их ужесточения, поскольку безопасность и жизнь пассажиров - неоспоримый приоритет для них. С этой точки зрения ремонт, не создающий в дальнейшей эксплуатации потенциальных угроз, - достойная визитная карточка для любой компании, декларирующей стиль уважительного отношения к клиенту.

Издание: ПРАВИЛЬНЫЙ АВТОСЕРВИС
Оксана ДЕМЧЕНКО

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.

Если обратиться к сталям для автомобильной промышленности, то окажется, что в значительной степени металловедческие идеи используются при их создании. Это можно объяснить, во-первых, мощной конкуренцией с другими металлами и неметаллическими материалами; во-вторых, высокими и разнообразными требованиями, часто противоречивыми (например, прочность и штампуемость и др.).
Импульсом к интенсивному развитию высокопрочных листовых сталей была принятая в 1969 г. программа создания экспериментального безопасного автомобиля (ESV). В 70-х годах XX в. этот процесс ускорился, и в этот период были разработаны низколегированные марганцовистые стали, стали с добавкой фосфора, дис-персионно-твердеющие и двухфазные стали. В последующие годы были разработаны TRIP-стали, высокопрочные двухфазные стали прочностью 980 Н/мм2 и выше.
В настоящее время повышение уровня требований по экономии топлива и безопасности эксплуатации автомобиля требует повышения прочности листа; вместе с тем для обеспечения уровня технологичности производства металлопродукции сложной формы необходимо использовать лист из сверхвысокоштампуемых сталей. Большинство традиционно используемых путей повышения прочности автолиста приводит к уменьшению характеристик штампуемости, снижению величины коэффициента нормальной пластической анизотропии (коэффициента Ланкфорда r), а также увеличению упрочняемости при деформации, характеризуемой показателем n.
Рассмотрим сталь без фаз внедрения (Interstitial Free (IF) steels - IF-стали). Необходимость получения комплексных изделий сложной формы обусловливает существенное увеличение доли штампованной продукции вследствие уменьшения количества операций при штамповке и сварке, что, в свою очередь, позволяет высвободить оборудование. Например, при изготовлении дверной панели, из листовой особо высокоштампуемой стали появилась возможность ее штамповки только из одной заготовки, в то время как при традиционном способе производства требуется шесть компонентов. Таким образом сокращаются производственные издержки на 20% (стоимость пяти комплектов оснастки). Достижение требуемого уровня штампуемости листа такого типа изделий возможно лишь благодаря использованию IF-сталей. Значения коэффициента Ланкфорда экспоненциально увеличиваются по мере снижения содержания углерода в стали.
Высокопластичные IF-стали, структура которых стабилизирована микродобавками титана или/и ниобия, содержат сверхнизкое количество углерода (≤ 0,005%), который вместе с азотом полностью связан в карбиды, нитриды и карбонитриды. Прочность обусловлена упрочнением твердого раствора кремнием, марганцем и фосфором. Низкие величины отношения σт/σв и высокий коэффициент деформационного упрочнения n (более 0,18-0,19) обеспечивают превосходную глубокую вытяжку и хорошее перераспределение напряжений, что гарантирует высокие прочностные свойства и однородность толщины штампованных деталей кузова. Высокий коэффициент r (более 1,7) обеспечивает хорошее деформационное поведение, делая их пригодными для глубокой вытяжки. Использование IF-сталей вместо рядовых низкоуглеродистых (типа 08Ю) обеспечивает при сохранении прочности снижение массы, пропорциональное глубине вытяжки.
Типичный химический состав IF-стали следующий, маc. %: 0,002 С; 0,01 Si; 0,15 Mn; 0,01 Р; 0,01 S; 0,0025 N; 0,04 Al; 0,016 Nb; 0,025 Ti. Добавочное легирование фосфором, кремнием, марганцем и бором повышает прочностные характеристики IF-сталей. Сталь IF 260 содержит: 0,003% С, 0,01% Si, 1,2% Mn, 0,05% Р, 0,01% S, 0,0025% N, 0,04% Al, 0,0015% В, 0,05% Ti. Микроструктура стали - феррит (рис. 4.73). Сталь IF 180, например, имеет способность к вытяжке, аналогичную стали для глубокой вытяжки 160, в то же время обеспечивает временное сопротивление на уровне стали 220. Эти стали применяются для изготовления различных деталей, в том числе лицевых: дверей, арок колес, капотов, а более прочные стали - для элементов жесткости, деталей шасси и др.

IF-стали могут проявлять относительно низкую ударную вязкость после формования или глубокой вытяжки. Тем не менее концерн JFE недавно сообщил о применении уникальных технологий, позволяющих сочетать повышение прочностных характеристик за счет зернограничного рафинирования с дополнительным твердодисперсным упрочнением. Это предопределило создание высокопрочных (σв = 450 Н/мм2) мелкозернистых (7-8 мкм) IF-сталей, в которых содержание углерода приблизительно в два раза выше, чем в обычных IF-сталях.
Стали, упрочняемые в процессе сушки лакокрасочного покрытия (ВН-стали). Преимуществом ВН-сталей является упрочнение, достигаемое в едином технологическом потоке в процессе сушки лакокрасочного покрытия кузова. Упрочнение происходит в два этапа. Высокопрочный прокат, обладая исходной высокой пластичностью и низким значением предела текучести (сравнимыми с аналогичными показателями для низкоуглеродистых мягких сталей), приобретает высокую прочность при холодной штамповке с последующим дополнительным упрочнением (повышение пределов текучести и прочности) после сушки лакокрасочного покрытия при температуре более 150 °С. При размножении дислокаций в процессе деформации происходит перераспределение межузельных атомов растворенного углерода в матричной фазе с последующим их закреплением вследствие сушки на этих дефектах кристаллического строения. Мелкозернистая структура, обеспечиваемая добавками алюминия и других микролегирующих элементов, а также пониженное содержание вредных примесей увеличивают количество углерода на границах зерен и тем самым существенно повышают верхний предел упрочняемости ВН-сталей. Упрочняемость металла зависит от количества растворенного углерода, колебания содержания которого влияют на стабильность прочностных свойств. Прецизионное легирование ниобием и/или титаном с последующим высокотемпературным отжигом (после прокатки) обеспечивает необходимое выделение углерода из карбидов этих металлов, а также стабильную упрочняемость ВН-сталей. На упрочняемость ВН-сталей, содержащих титан, значительное влияние оказывает уровень содержания серы. Если ее содержание высокое, то наряду с TiC будет преимущественно выделяться фаза Ti4C2S2, растворить которую при температурах растворения карбида титана не удастся. Отсюда следует, что с уменьшением содержания серы в ВН-стали возрастают количество растворенного углерода в ней и, соответственно, упрочняемость. Марганец, в свою очередь, может нивелировать эффект повышенного содержания серы вследствие образования MnS.
Состав и технология производства ВН-сталей разработаны с целью увеличения предела текучести в процессе низкотемпературной термообработки, в особенности при сушке лакокрасочного покрытия. ВН-стали могут таким образом обеспечивать повышенную прочность металла детали, при этом сохраняя хорошую формуемость. В сравнении с другими штампуемыми сталями рассматриваемые стали обеспечивают следующие преимущества:
- повышенное сопротивление к вмятинам готовых деталей с небольшой деформацией при формовке (капот, крыша, двери, крылья);
- существенный потенциал сокращения массы при эквивалентном сопротивлении вмятинам (уменьшение толщины компенсируется увеличенным пределом текучести вследствие процесса термообработки).
ВН-стали применимы для изготовления наружных и конструктивных элементов кузова автомобиля. Гарантированный предел текучести этих сталей: 180, 195, 220, 260, 300 Н/мм2, эффект BH обычно превышает 35-40 Н/мм2.
Легирование фосфором повышает прочность и стойкость низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталей к атмосферной коррозии. Стали с твердорастворным упрочнением созданы для обеспечения повышенной прочности при сохранении хорошей способности к вытяжке. Упрочнение достигается за счет присутствия фосфора в твердом растворе феррита. Их применение особенно рекомендуется для конструктивных и крепежных деталей, к которым предъявляются требования по уровню усталостных свойств и ударной прочности. Стали раскислены алюминием, имеют меньшую способность к вытяжке в сравнении с IF-сталями. Стандартные уровни их предела текучести - 220, 260, 300 Н/мм2.
Двухфазные стали (Dual Phase (DP) steels - DP-стали) с ферритно-мартенситной (или ферритно-бейнитной) структурой имеют высокие прочностные свойства. «Мягкий» феррит (до 80%) придает высокие пластические свойства DP-сталям в исходном состоянии. В процессе штамповки деформационные напряжения концентрируются в ферритной фазе, при этом достигается высокая степень деформационного упрочнения (в сочетании с высоким относительным удлинением), что гарантирует очень высокий предел прочности DP-сталей. По сравнению с конструкционными низколегированными высокопрочными сталями (HSLA), имеющими аналогичное значение предела текучести, DP-стали демонстрируют более высокую скорость начального деформационного упрочнения, более высокое относительное удлинение и предел прочности, а также меньшее отношение σт/σв. Величина временного сопротивления DP-сталей достигает 1000 Н/мм2 (DP 700/1000). В DP-сталях углерод обеспечивает формирование мартенситной фазы и в комплексе со сбалансированными добавками Mn, Cr, Mo, V и Ni - их прочностные свойства. Состав двухфазных сталей очень разнообразен, например, состав горячекатаной стали напрямую связан с технологическими возможностями оборудования: чем больше возможности охлаждения на отводящем рольганге стана и ниже возможная температура смотки, тем ниже может быть содержание легирующих элементов. Принципиальная схема получения двухфазной структуры - выделение необходимого количества феррита и последующее интенсивное охлаждение для получения мартенсита - приведена на рис. 4.74.

Высокая способность к деформационному упрочнению обусловливает хорошее перераспределение напряжений и, следовательно, штампуемость. Предел текучести готовой детали существенно выше, чем исходной заготовки. Высокие конечные механические свойства обеспечивают высокую усталостную прочность и высокую способность к поглощению энергии, давая возможность использовать их в конструктивных элементах и элементах крепления. Однако для изготовления многих деталей автомобиля требуется очень высокопрочный металл (например, крепление дверей и др.), хотя они имеют простую форму. Вследствие этого их деформация в процессе производства недостаточна для получения преимуществ двухфазной стали. Для этого разработаны двухфазные стали широкого диапазона прочности: DP 450, 500, 600, 780, 980, 1180 при повышенной деформируемости. Здесь основная идея - повышение прочности с увеличением объемной доли мартенсита (рис. 4.75). Стали производятся в холоднокатаном и горячекатаном (DP 600) состояниях.

TRIP-стали (Transformation Induced Plasticity (TRIP) steels), микроструктура которых представляет собой ферритную матрицу с дисперсно-распределенными включениями прочной мартенситной и/или бейнитной составляющей. Временное сопротивление находится в интервале 590-980 Н/мм2. Обязательным условием реализации феномена высокой пластичности является наличие в структуре остаточного аустенита (≥ 5%), который постепенно претерпевает мартенситное превращение при деформации металла, все более увеличивая степень деформационного упрочнения в процессе формовки (рис. 4.76). Параллельно, аналогично DP-сталям, происходят другие процессы упрочнения. Прокат из TRIP-стали демонстрирует очень высокую прочность, пластичность и высокое равномерное удлинение. Содержание углерода, кремния и/или алюминия в TRIP-сталях повышено по сравнению с DP-сталями, однако для обеспечения свариваемости содержание углерода в них не должно превышать 0,2%. При минимально допустимых концентрациях углерода остаточный аустенит превращается в мартенсит уже на начальных стадиях деформирования. При повышенном содержании углерода остаточный аустенит более стабилен и мартенситное превращение происходит только при штамповке вследствие высокой степени деформации. Более того, остаточный аустенит в этом случае содержится в структуре уже готового изделия, и дополнительное мартенситное превращение (упрочнение) происходит даже в результате возможного столкновения автомобиля с каким-либо объектом.

Типичный химический состав TRIP-сталей включает: 0,2% С, 1,5% Mn и 1,5% Si (легированные кремнием TRIP-стали 700/800) или 0,2% С, 1,5% Mn и 2,0% Al (легированные алюминием TRIP-стали 600). Степень упрочнения DP- и TRIP-сталей гораздо выше, чем низколегированных HSLA-сталей, что обеспечивает их несомненные преимущества применительно к процессам штамповки и формования.
Для получения стабильного остаточного аустенита после непрерывного отжига необходима повышенная концентрация углерода в нем. Обогащение углеродом происходит при превращении в феррит и бейнит. Чтобы усилить обогащение углеродом, следует предотвратить выделение цементита, и для этого в состав стали добавляют кремний и алюминий. TRIP-стали отличаются высоким значением n и низким значением r и пригодны к глубокой вытяжке. TRIP-стали, как и двухфазные, обладают высокой способностью к энергопоглощению, стали обоих классов упрочняются при сушке лакокрасочного покрытия, а в TRIP-стали, кроме того, с повышением скорости деформирования активируется мартенситное превращение. TRIP-стали, как и двухфазные, с успехом применяют для изготовления деталей конструкции автомобиля.

TRIP-стали производятся в холоднокатаном и горячекатаном состоянии. Стандартный продукт, производимый ведущими металлургическими компаниями: TRIP 590, TRIP 690, TRIP 780 (цифры означают минимальный гарантированный уровень временного сопротивления в Н/мм2), для наиболее прочной стали относительное удлинение составляет не менее 23% для холоднокатаной и 20% для горячекатаной стали. Применение TRIP-сталей предпочтительно для изготовления элементов безопасности и креплений бампера.
Многофазные стали (Complex Phase (CP) steels - CP-стали) имеют высокодисперсную ферритную структуру с большой объемной долей твердых фаз (структурных составляющих). Обычно композиция легирования отличается от применяемой для DP- и TRIP-сталей дополнительным микролегированием ниобием, титаном и/или ванадием с целью формирования мелкодисперсных упрочняющих фаз. CP-стали обладают высоким значением предела текучести (обычно более 800 Н/мм2), а также способностью демпфировать ударные воздействия в упругой области и при малых деформациях. Семейство многофазных сталей расширяет интервал горячекатаных сверхвысокопрочных сталей. Основные преимущества сталей этого типа - комбинация высокой прочности и пластичности вследствие исключительно дисперсной структуры, состоящей из феррита и бейнита (800), дисперсионно-упрочненного бейнита (1000) и мартенсита (1200) (рис. 4.77), а также большая толщина (горячекатаное состояние). Разработаны многофазные холоднокатаные листовые стали класса прочности 980 Н/мм2, обладающие способностью к отбортовке, хорошими динамическими характеристиками и свариваемостью: их используют для изготовления деталей сидений и элементов конструкции кузова. Сохранение гарантированной способности к отбортовке обеспечивается однородной структурой относительно прочного феррита и продуктов низкотемпературного превращения.
Листовые стали, содержащие 0,07% С, 0,6% Si, 2,4% Mn, имеют следующие типичные показатели свойств: σт = 710 Н/мм2, σв = 1010 Н/мм2, δ5 = 14%, δр = 8%.

Современные многофазные стали разрабатывались не только с целью понижения массы, но и для повышения безопасности эксплуатации автомобилей. Использование традиционных механизмов упрочнения, таких как твердорастворное или дисперсионное упрочнение, ухудшают штампуемость. В отличие от традиционных материалов двухфазные, CP- и TRIP-стали демонстрируют большую прочность при достаточно хорошей штампуемости (причем в некоторых случаях очень высокой) (рис. 4.78). Механические свойства многофазных сталей превосходят механические свойства холоднокатаных высокопрочных сталей (HSLA). Эти стали характеризуются более высокой прочностью по сравнению с высокопрочными сталями типа IF. Однако производство таких сталей весьма сложно и требует точного соблюдения технологических параметров.
Мартенситные стали (Martensitic (Mart) steels) обеспечивают величину временного сопротивления до 1500 Н/мм2. Эти стали подвергают закалке с последующим отпуском для повышения пластичности и обеспечения высокой формуемости при очень высоких величинах деформации. Сверхвысокопрочные листовые стали используются, главным образом, для элементов жесткости. Детали из таких сталей изготавливают гибкой в штампах или на роликовых машинах, однако такие стали склонны к растрескиванию и упругому возврату. В последние годы переходят на более высокотехнологичные процессы - горячей листовой штамповки с закалкой в штампе. Листовую заготовку помещают в нагревательную печь, выдерживают до достижения температуры аустенитной области, передают на пресс, где выполняется штамповка в аустенитной области, после чего быстро охлаждают в штампе для получения мартенситной структуры. Для стали, содержащей 0,2% С, 1,2% Mn и 0,002% В, требуется скорость охлаждения не менее 30 °С/с. Технология используется для изготовления изделий сложной формы, таких как элемент жесткости стойки кузова автомобиля.
Для дальнейшего повышения прочности требуется решить много задач: способность к гибке и сохранение формы после штамповки, свариваемость, большой разброс механических свойств, склонность к водородному охрупчиванию.
Свариваемость особенно важна для высокопрочных листовых сталей с покрытием. При

Cэ = С + Si/30 + Mn/20 + 2Р + 4S = 0,24

и выше свариваемость точечной сваркой ухудшается, разрушению подвергается сварное соединение. У сверхвысокопрочных сталей (класса 1180 Н/мм2 и выше) может проявиться склонность к водородному охрупчиванию из-за поступления водорода из окружающей среды и превышения предельного содержания диффузионноподвижного водорода в стали. Водород может проникать в металл в процессе производства, окрашивания, эксплуатации.
Существует много технологий, позволяющих производить полосовую и листовую сталь, обладающую высокой прочностью, содержащую ниобий, ниобий в комбинации с титаном или ванадием. В качестве примера можно привести производство горячекатаной полосы с бейнитной микроструктурой, упрочненной по различным механизмам, предел текучести которой превышает 750 Н/мм2. Использование такой полосовой стали в автомобилестроении основывается на следующих критериях: снижение массы автомобиля, легкость обработки и оптимизация технологических процессов. Горячекатаные полосовые микролегированные стали, используемые для изготовления элементов рамы грузовиков, колес легковых автомобилей, а также для изготовления различных мелких деталей автомобиля, удовлетворяют перечисленным требованиям. Из этих сталей может также производиться заготовка в виде труб и профилей. Микролегированная высокопрочная холоднокатаная полоса используется при производстве сталей для автомобильных кузовов, несущих деталей и элементов безопасности.
С каждым годом увеличивается объем применения высокопрочных сталей нового поколения типов AHSS (advanced high-strength steels) и UHSS (ultra high-strength steels) с пределом текучести от 400 до 1200 Н/мм2. Необходимо учитывать, что их применение требует не только значительных изменений методов проектирования конструкции деталей, но и технологии штамповки, освоения новых технологий изготовления деталей и узлов (гидроформовка, профилирование, лазерная сварка кузова и т.д.). Зарубежный опыт показывает, что стали этих типов целесообразно использовать на предприятиях-изготовителях автокомпонентов, влияющих на пассивную безопасность автомобиля (брусья безопасности, лонжероны, элементы системы бампера и т.д.). Увеличение использования высокопрочных сталей приводит к необходимости увеличения объема использования современных компьютерных методов не только конструирования деталей, но и моделирования условий их работы, для выбора стали оптимального типа с точки зрения ее механических и технологических свойств (штампуемости) в каждом конкретном случае.
Активно разрабатываются высокопрочные (σт ≥ 600 Н/мм2) аустенитные стали (Twinning Induced Plasticity - TWIP steels - TWIP-стали), которые обладают очень высокими пластическими свойствами (полное удлинение более 80%). Уникальные свойства этих высокомарганцовистых (до 30% Mn) сталей, содержащих до 9% алюминия, обеспечиваются двойникованием кристаллической решетки. Низкая энергия дефектов упаковки в сочетании с упрочняющим деформационным мартенситным превращением позволяет эффективно упрочнять эти стали при гидропрессовании.
Легированные высокомарганцовистые (15-30% Mn) стали проявляют два основных деформационных механизма: 1) пластичность, наведенная двойникованием (TWIP), и 2) превращением (TRIP).
Вид реализуемого механизма пластической деформации определяется энергией дефекта упаковки. TRIP-стали вследствие образования твердой мартенситной фазы характеризуются ярковыражен-ным деформационным упрочнением и повышенной вязкостью, но по сравнению с TWIP-сталями менее пластичны. Для достижения максимальной способности к глубокой вытяжке необходимо использовать стали с содержанием марганца около 25% - для оптимального уровня дефекта упаковки. До настоящего времени использовали TWIP/TRIP-стали с содержанием углерода менее 0,05%, ведутся разработки по созданию Mn-Al-Si-C-сталей для облегченных конструкций с более высоким содержанием углерода и пониженным содержанием марганца. Эта замена представляет не только оптимальную с точки зрения затрат и технологического процесса альтернативу, но и позволяет повысить предел текучести и способность к глубокой вытяжке.
Высокопрочные и сверхпластичные стали нового поколения для облегченных конструкций (TRIPLEX-стали) на основе четырехкомпонентной системы Fe-Mn-Al-C с содержанием алюминия до 12% характеризуются более низкой удельной массой (до 14%), высоким пределом текучести (800-1000 Н/мм2) и повышенным относительным удлинением (до 70%), а также превосходной способностью к глубокой вытяжке. Структура стали состоит из аустенитной матрицы Fe(Mn, Al, С), объемных частиц феррита и нанодисперсных частиц k-карбидов. Достигаемое посредством термической обработки управляемое и равномерное распределение k-карбидов приводит к прецизионному равномерному сдвигу кристаллической решетки. Это обусловливает чрезвычайно высокую формуемость. Этот механизм обозначается как SIP-effect (shear band induced plasticity).
В работе рассмотрены стали, содержащие 18-28% марганца, 9-12% алюминия, 0,7-1,2% углерода. Такие стали также имеют пониженную плотность - до 6,6 г/м3 (снижение примерно на 17%) при содержании алюминия 12%, это связано как собственно с добавкой алюминия, так и с изменением соотношения α- и γ-фаз. В структуре рекристаллизованной TRIPLEX-стали наблюдается аустенитная матрица, характеризующаяся наличием двойников отжига, 6-8% феррита и дисперсных k-карбидов.
Расчет термодинамической стабильности аустенита по отношению к мартенситному превращению показывает, что свободная энергия Гиббса положительна и составляет примерно 1755 Дж/моль, что говорит о высокой стабильности аустенитной фазы по отношению к формированию гексагонального плотно упакованного ε-мартенсита. Величина энергии дефектов упаковки составляет (по оценке) 110 Дж/м2, что свидетельствует о том, что аустенитная матрица с высоким содержанием алюминия, вероятно, не склонна к сильному формированию двойников, как это наблюдается у сталей с пластичностью, обусловленной двойникованием и для которых характерны более низкие энергии дефектов упаковки (25-30 Дж/м2). При комнатной температуре предел текучести такой стали составляет 730 Н/мм2, временное сопротивление 1000 Н/мм2, показатель деформационного упрочнения при деформации 0,1 составляет 0,58, что выше, чем для обычных высокопрочных сталей и аустенитной коррозионностойкой стали. Сталь характеризуется высокой удельной поглощенной энергией при динамическом нагружении (например, при имитации столкновения), что примерно в два раза превышает показатель, характерный для обычных сталей при глубокой вытяжке.
Важным деформационным механизмом, обеспечивающим повышенную пластичность, является гомогенное формирование полос сдвига (SIP-пластичность) благодаря скольжению дислокаций, которому способствует равномерное расположение наноразмерных k-карбидов, когерентных по отношению к аустенитной матрице.
Благодаря значительному понижению плотности, высокой прочности, отличной формуемости, ударостойкости TRIPLEX-стали можно применять при производстве ударостойких компонентов и конструкций рамы автомобиля.
Двухфазные стали (DP) и низколегированные стали с остаточным аустенитом (TRIP), как известно, имеют высокое относительное удлинение. Однако так как эти стали характеризуются большим различием твердости основной фазы, которая состоит из мягкого полигонального феррита и твердой второй фазы - мартенсита, у них могут быть проблемы при раздаче отверстия из-за формирования пор на границе этих фаз во время прошивки. Чтобы исключить эту проблему, была предложена идея однофазной стали с бейнитным ферритом. Наноструктурированная горячекатаная сталь NANOHITEN (разработка компании JFE Steel) с высоким пределом текучести (780 Н/мм2) создана на основе ферритной структуры, упрочненной дисперсными частицами.
Основные металловедческие идеи этой стали:
- однофазная микроструктура с использованием феррита как матрицы;
- упрочнение выделениями карбидов размером несколько нанометров;
- чрезвычайно высокая термическая стабильность выделений;
- из-за большого упрочнения, достигнутого дисперсионным твердением, возможность избежать использования кремния как элемента, упрочняющего твердый раствор.
Подобная микроструктура обеспечивает высокую величину относительного удлинения (до 25%). Поскольку сталь «NANOHITEN» не содержит кремния, она хорошо поддается горячему цинкованию и уже используется в конструкциях кузова и элементах безопасности, а также для рычагов, кронштейнов и деталей шасси.
С использованием теории Орована-Эшби можно подсчитать, например, что при количестве карбидов, таких, как TiC 0,08 мас. %, возможно достигнуть дисперсионного упрочнения порядка 700 Н/мм2, если размер частиц составляет 1 нм. Основываясь на этом результате, цель при разработке стали NANOHITEN состояла в том, чтобы увеличить степень дисперсионного твердения путем измельчения частиц. Однако если частицы мелкие, но термически нестабильны, может произойти их огрубление вследствие отклонений параметров технологии, вызывая снижение прочности и ее разброс. Было установлено, что дисперсные частицы выделяются в системе, в которой к базовому составу (0,04% С; 1,3% Mn) добавлено соответствующее количество Ti и Mo. На рис. 4.79 приведены структура стали NANOHITEN (SEM) и выделения (ТЕМ). Матрица представляет собой однофазную структуру феррита и большое количество ультрадисперсных частиц размером порядка 3 нм. Частицы когерентны матрице и представляют собой фазу (Ti, Мо)С, имеют период решетки 0,431 нм, который практически идентичен периоду решетки TiC.

Выделения в стали NANOHITEN имеют чрезвычайно высокую термическую стабильность (рис. 4.80) при температурах 650 °C и выше (слабую склонность к коагуляции). Авторы предполагают, что это связано с торможением диффузии титаном, но нельзя исключать влияние молибдена. Процесс горячей прокатки, используемый в производстве стали NANOHITEN, фактически аналогичен обычному процессу производства стали стандартных категорий, и дисперсионно-упрочненная однофазная ферритная структура получена при температуре смотки, используемой для стандартных сталей. Если обычная дисперсионно-упрочненная сталь смотана при таких высоких температурах, в структуре обычно формируется перлит, в данном случае была стабильно получена ферритная однофазная структура, так как в стали снижено содержание углерода и присутствует добавка молибдена, который подавляет образование перлита. Кроме того, в отличие от многофазных сталей и обычных дисперсионно-упрочненных сталей, которые склонны к изменению прочности в зависимости от условий смотки, отклонения предела прочности стали NANOHITEN незначительны из-за комбинации однофазной ферритной структуры и стабильности выделений. Кроме того, так как большое упрочнение, связанное с выделениями, происходит в процессе смотки в рулон, сталь NANOHITEN класса 780 в процессе прокатки имеет сопротивление деформации, эквивалентное сталям классов 540-590 Н/мм2.

Сталь NANOHITEN обеспечивает чрезвычайно хороший баланс удлинения и раздачи отверстия по сравнению с обычной высокопрочной сталью. Она может быть произведена в виде тонких горячекатаных листов и использоваться для горячего глубокого гальванизирования, ее потенциальное использование не ограничено деталями шасси, но включает и конструктивные элементы кузова автомобиля. Для данной стали наблюдали увеличение предела усталости, соответствующее повышению прочности (в отличие от стали с добавкой кремния). В связи с низким содержанием углерода сталь имеет хорошую свариваемость.
Одна из основных металловедческих идей - «структура определяет свойства». Один из вариантов практического ее применения - получение гаммы структур путем применения оборудования с широким интервалом технологических возможностей: например схем охлаждения. Из низколегированной стали одного химического состава можно получить, например, следующий набор структур: полигональный феррит + перлит (здесь может быть несколько классов прочности в зависимости от размера зерна феррита, определяемого режимом прокатки и последующего охлаждения); феррит + бейнит; бейнит различных типов; бейнит + мартенсит (5%); феррит + мартенсит (≤ 50%); мартенсит (≥ 60%) + феррит и др.
Временное сопротивление при этом может меняться от 550-600 до 1000-1200 Н/мм2, соотношение σт/σв от 0,60-0,65 до 0,85-0,90 и др. При этом выплавляется и разливается одна марка стали, упрощается технология выплавки и разливки. Путем изменения технологии прокатки получаются различные продукты. В этом подходе есть свои минусы и плюсы; основной минус состоит в том, что для стали ряда классов прочности (менее прочных) могут быть использованы и более дешевые варианты легирования.

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.