Замена стали на материалы-субституты (в первую очередь пластики и композиты) в автомобиле-, авиа-, судо- и вагоностроении, производстве упаковки, бытовой техники и коммунальном хозяйстве — процесс, который начался еще в 1950-е годы. Однако больших рисков для металлургии развитие производства новых материалов не несет, следует из принятой в 2016 году «Стратегии развития металлургической промышленности России на период до 2030 года». Авторы стратегии констатировали, что «значительное расширение использования неметаллических аналогов ограничено сложностями их технологической обработки, вторичного использования, весьма низкой ремонтопригодностью и высокой стоимостью». Эксперты пришли к выводу, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе (в ближайшие пять—десять лет) применение заменителей стали не окажет существенного влияния на динамику развития металлургической отрасли.
Нестрашный композит
К примеру, в автомобилестроении за полвека применения пластиков и композитов (стеклопластика и углепластика) сталь остается очень важным компонентом, говорят авторы издания Automotive news. Они приводят в качестве примера опыт производителей в США. При сборке среднего американского легкового автомобиля все еще используется 1090 кг стали, внедорожника — 1360 кг, это существенная часть общего веса автомобиля. На стальные детали приходится не менее 55% общего объема автомобиля (данные The World Steel Association).
Говоря о конструктивных особенностях автомобилей ближайшего будущего, автоэксперты снова выделяют продукцию металлургов — усовершенствованную высокопрочную сталь (Advanced High-Strength Steel, AHSS). Этот материал позволяет снизить средний вес автомобиля на 15–25% от нынешних значений, прирост себестоимости будет 7–15%, считает профессор Роберт Шнейдер из Университета города Аален (расположен близ одного из важнейших автомобильных городов Германии — Штутгарта).
Использование алюминия, по оценкам Роберта Шнейдера, позволяет снизить вес конструкции на 30–40%. Но и себестоимость вырастает сопоставимо. Например, по данным исследовательской компании A2Mac1, каркас (body in white) из алюминия на Tesla Model S — самой первой модели компании Илона Маска — весил 275 кг и стоил $928. Стальной корпус Tesla Model 3 весил уже 320 кг, но обошелся компании в $608. Таким образом, снижение веса на 15% сделало конструкцию дороже на 35%. Современные варианты углепластикового (CFRP) корпуса позволят получить тот же каркас весом 160 кг, но и его себестоимость вырастет почти вдвое. BMW может себе позволить эксперименты с углепластиком на серийных моделях (правда, судя по оценкам самой компании, неудачные), но большинство автопроизводителей — пока нет.
На основании данных A2Mac1 эксперты McKinsey дали прогноз, что автопроизводители в ближайшие годы направят свои основные усилия скорее на усовершенствование и удешевление аккумуляторных батарей, чем на борьбу с лишним весом. Поэтому перспектива замены автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) на электромобили — более реальная угроза для некоторых сегментов черной металлургии, поставщиков деталей для ДВС и трансмиссии. По данным агентства Bloomberg, к 2025 году автомобильная отрасль будет расти в основном за счет электромобилей и гибридов. Для сборки таких машин потребуется, по некоторым оценкам, на 65% меньше стальной продукции.
Материалы из 3D-принтера
Аддитивные технологии с использованием металлов и порошковая металлургия как потенциальные конкуренты традиционным технологическим цепочкам — от руды до конечных деталей — привлекают внимание металлургов.
Но пока этот интерес — исследовательский. Например, в американский Additive Manufacturing Consortium (AMC), созданный в 2010 году с целью развивать 3D-печать с использованием металлов, сейчас входят 36 организаций-участников, включая Boeing, Lockheed Martin, General Dynamics, General Electric, Rolls-Royce, правительственные агентства и университеты. Но там нет металлургических компаний.
Авторы книги Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production (2017) предполагают, что через 20 лет использование 3D-принтеров может вестись по нескольким сценариям. Например, военное использование для решения проблем логистики: авианосец с 40–100 самолетами на борту вполне может быть оснащен мощной мастерской с возможностью воспроизводить все критически важные запчасти для самолетов. Вариант гражданского использования: мощный сервисный центр, который работает по заказам корпораций, большинство из которых не в состоянии содержать его в одиночку.
Джон Милевски, автор книги Additive Manufacturing of Metals (2017), перечисляет основные применения аддитивных технологий в ближайшие десятилетия. Это аэрокосмическая промышленность (очень дорогие детали небольшого размера, системы впрыска). На сегодняшний день самой массовой металлической деталью, создаваемой на 3D-принтерах, является завихритель из кобальтохромового сплава для авиадвигателя компании General Electric. Этот двигатель будет устанавливаться на Airbus A320neo, Boeing 737 MAX и Boeing 777X. Другими потребителями будут медицинская промышленность (импланты и протезы, кастомизированный хирургический инструмент), автопромышленность (создание прототипов, запчасти для гоночных, раритетных и усовершенствованных автомобилей). Как видно, в обозримом будущем все эти применения не способны подорвать позиции металлургов.
Бурное развитие технологий металлургическая отрасль может использовать с пользой для себя. «Воспользоваться преимуществами 3D-принтеров можно только при условии наличия качественного исходного сырья, каким является специальная порошковая нержавеющая сталь. Именно к ней изготовители устройств предъявляют особенно высокие требования: частицы исходного порошка должны обладать необходимым диаметром (25–30 микрон), сферичностью и низкой шероховатостью», — объясняет начальник отдела аддитивных технологий РИЦ УрФУ Алексей Меркушев.
В настоящее время металлические порошки с необходимыми характеристиками производит ряд российских металлургических компаний, в частности ПАО «Северсталь», «Русал», «Полема».
Кризис перепроизводства
Опасности могут поджидать черную металлургию с другой стороны, считают эксперты. Джон Лихтенштейн, управляющий директор Accenture Strategy, напоминает, что в течение десяти лет перед мировым финансовым кризисом 2008 года спрос на продукцию металлургов в мире рос на 5% ежегодно. С 2015 по 2035 год, как считают в Accenture, ежегодный рост не превысит 1,1%. А значит, к 2035 году спрос прогнозируется на уровне 1,87 млрд т. Это лишь на 300 млн т выше спроса в 2015–2016 годах и с лихвой перекрывается уже существующими избыточными мощностями. Основной причиной торможения будет замедление экономического роста в Китае. Бурный рост, сделавший его второй экономикой мира и тянувший за собой глобальную металлургию, больше нигде в мире не повторится. Это был уникальный, по мнению аналитиков Accenture Strategy, феномен.
Снижение потребления стали неизбежно из-за изменений в дизайне продуктов и собственных успехов металлургов в разработке более прочных и легких марок, а также из-за распространения принципов так называемой циркулярной экономики и снижения потребления в металлах в развивающихся странах, уверен Джон Лихтенштейн.