Россия открывает алюминиевые мосты

В России заканчивают строительство первого в Восточной Европе алюминиевого автодорожного моста. Алюминий собираются массово использовать в строительстве, судостроении и 3D-печати. Потому что алюминия в России много и нужно стимулировать внутренний спрос.

Наводят мосты

В Нижегородской области открыли пешеходный алюминиевый мост длиной 121 метр, сообщило 10 мая нижегородское правительство. И заканчивают строительство автодорожного моста из алюминия длиной 72 метра. Если пешеходные мосты в стране уже есть, то моста, который должен выдержать автомобильное движение, нет ни в России, ни в Восточной Европе.

Пешеходный мост сделан из алюминиевых конструкций, произведенных на Самарском и Красноярском металлургических заводах. А автодорожный — с участием чебоксарского завода «Сеспель», на котором алюминиевые элементы будущего моста соединяются по уникальной технологии сварки трением с перемешиванием, причем на отечественном оборудовании. Специалисты из Чебоксар уже завершили сварку моста, рассказал глава Чувашии Олег Николаев.

Автодорожный мост состоит из четырёх алюминиевых пролётов по 18 метров каждый. Строительство грузового моста — пилотный проект, поэтому в нём участвуют несколько научных центров: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Московский государственный строительный университет, Институт лёгких материалов и технологий и другие.

На мосту установят датчики, отслеживающие состояние основных элементов конструкции.

Объект будет готов в 2023 году.

В СССР первый мост из алюминия построили в Ленинграде ещё в 1969 году. Это существующий и сейчас пешеходный 34-метровый Коломенский мост через канал Грибоедова. В современной России к алюминиевым мостам вернулись в 2017 году, когда в Нижегородской области установили два первых надземных пешеходных перехода длиной 38 метров, рассказал MASHNEWS представитель Алюминиевой Ассоциации Пётр Лихолитов.

«С тех пор в разных городах страны установили более десятка мостовых сооружений с конструкциями из алюминия: в Москве — три, в Красноярске — шесть, в Туле и Самаре — по одному. В октябре прошлого года в Нижнем Новгороде мостовую конструкцию длиной 18 метров собрали и смонтировали в течение суток. Оперативность монтажа объясняется особенностями конструктива — детали поставляются с завода на строительную площадку, мост собирается как набор Lego, без дополнительной механической обработки», — говорит Лихолитов.

Стимулирование спроса

Фото: Алюминиевая Ассоциация

Важно всеми средствами стимулировать спрос на алюминиевую продукцию на внутреннем рынке, в том числе в строительстве, говорят в российской Алюминиевой Ассоциации.

Как рассказали MASHNEWS в ассоциации, в стране производят 4 млн тонн алюминия в год. Из них только 1 млн тонн перерабатывают на внутреннем рынке.

Потребление алюминия в России — 8 кг в год на человека. Это схоже со среднемировым (9 кг в год/чел.), но при этом в развитых странах Европы, Америки и Азии потребление алюминия гораздо выше — 16 кг на человека в год, а в некоторых случаях на душу населения в год приходится по 36 кг.

Сейчас алюминий в России стараются использовать в новых сферах — и не только в проектах, связанных с мостами. Недавно алюминий вновь был разрешён для использования в электропроводке, так как были разработаны новые сплавы, отвечающие требованиям по применению проводов в жилых зданиях и сооружениях, рассказал MASHNEWS директор по науке Института лёгких материалов и технологий (ИЛМиТ) Дмитрий Рябов.

«В последнее время было очень много сделано работ по созданию линейки эконмнолегированных скандием сплавов. Они так называются потому, что сделаны на основе алюминия, магния и в них присутствует совсем небольшая добавка скандия. Скандий — это редкоземельный элемент, он очень дорогой, но очень эффективный для обеспечения прочностных свойств алюминиевых сплавов. Чем больше его в алюминии, тем полуфабрикат дороже, но для того, чтобы видны были преимущества по прочности, его достаточно добавить порядка десятой доли. Сплавы, которые мы разработали, содержат минимум в три раза меньше скандия относительно того, что было на рынке раньше», — рассказывает Рябов.

Этот сплав активно тестируют в судостроении. Этой отрасли нужны коррозионно-стойкие, высокопрочные, хорошо свариваемые материалы. Сплав уже внесли в Правила классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства, т.е. материал разрешено применять при строительстве судов. Вскоре должна быть изготовлена облегчённая лодка, которая пойдёт на испытания. Сплав использовали и для создания танк-контейнера для перевозки сжиженного газа в качестве альтернативы стальному решению. Сейчас танк-контейнер проходит испытания на герметичность и работоспособность.

Также ИЛМиТ разрабатывает материал для автомобильного проката. Сейчас в России лист проката для кузова — стальной.

«Мы повысили прочность листа примерно на 15–20%, при этом сохранили очень важную характеристику — штампуемость. Это означает, что его можно использовать при листовой штамповке деталей. Некоторые из них штампуются при довольно сильной деформации, это может быть ограничением. Мы провели все тесты и показали, что наш материал точно такой же, что и весь мир применяет для автолиста, только обладает большей прочностью. В итоге толщину кузова можно уменьшить. А чем легче автомобиль, тем меньше он потребляет топлива и меньше выбрасывает в атмосферу вредных веществ», — поясняет Рябов.

Одна из принципиальных особенностей алюминия — его можно перерабатывать много раз, в среде металлургов ходит легенда, что даже в сегодняшних изделиях можно найти следы первых алюминиевых продуктов. Сейчас российские специалисты активно работают над созданием материалов, которые получаются из комбинации лома и первичного алюминия. Их задача обеспечить высокое качество слитков, сохранив максимально возможные показатели служебных характеристик (чем отличаются первичные сплавы), обеспечив при этом пониженный углеродный след продукции.  

СПРАВКА MASHNEWS:
Современный промышленный способ получения металла разработали в 1886 году. К этому независимо друг от друга пришли американский инженер-химик Чарльз Холл и его французский коллега Поль Эру. Первый алюминиевый завод в СССР был построен в 1932 году в Волхове.

Крыши и аккумуляторы

Вагон-цистерна из алюминия компании «РМ Рейл». Фото: Алюминиевая Ассоциация

Активно применять алюминий начали в железнодорожной технике. Компания «РМ Рейл» выпускает три инновационных модели: вагон-хоппер, вагон-цистерна для концентрированной азотной кислоты и контейнер-цистерна для перевозки сжиженного природного газа.

По оценке гендиректора Научно-внедренческого центра «Вагоны» и заведующего кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) Юрия Бороненко, применение алюминия в вагоне-хоппере сделает его более лёгким, но и на 20% более дорогим.

При этом, по данным Бороненко, от эксплуатации такого парка может быть получено заметное сокращение затрат на тягу поездов, а также расходов на содержание пути, что выгодно перевозчику. Экономию получит и грузоотправитель при оплате тарифа на перевозку в вагоне увеличенной грузоподъёмности.

Весной 2021 года в Санкт-Петербурге начал перевозку пассажиров первый российский алюминиевый трамвай — «Витязь-Ленинград». Его произвела «ПК Транспортные системы». Поскольку алюминиевые сплавы отличаются высокой стойкостью к коррозии, срок эксплуатации вагона должен увеличиться почти вдвое — более чем до 30 лет. К весне 2023 году алюминиевые трамваи работали уже почти в десятке российских городов.

В ИЛМиТ завершают проект, связанный с производством высокопрочной фольги для аккумуляторов. Её используют в качестве токовывода — чем она тоньше, тем больше удельная характеристика ёмкости аккумулятора. Инженеры балансировали между повышением прочности и сохранением показателей электропроводности. Сейчас часть фольги испытывают в России, часть уйдёт на испытания за рубеж.

В строительстве алюминий — это фасадные панели, оконный профиль, подоконники, трёхслойные сэндвич-панели, светопрозрачные и модульные конструкции. 

В конце мая 2023 года компания «Несущие системы» из Новосибирска завершила проектирование и изготовление металлических элементов светопрозрачного купола для реконструкции Консерватории имени Н.А. Римского-Корсакова в Петербурге.

Без термообработки

Фото: Алюминиевая Ассоциация

Продолжают российские инженеры разрабатывать материалы для алюминиевого литья как под высоким, так и под низким давлением, добавляет директор по науке ИЛМиТ Дмитрий Рябов.

«Их особенность в том, что они не требуют термообработки. Дело в том, что отливка после окончания процедуры литья нуждается в закалке и старении. Мало того, что это дополнительное время, это дополнительные затраты. Но самое главное, тонкие отливки при термообработке может физически »повести«. Это зачастую является неустранимым браком. Если же есть решение, которое не нуждается в термообработке, то это автоматически приводит к снижению стоимости конечного изделия. Испытания одного из сплавов мы успешно провели совместно с корейским производителем бытовой техники. Мы доказали, что у нашего сплава хорошая коррозионная стойкость. А это позволяет работать в агрессивных средах, связанных с различными моющими веществами», — подчеркнул Рябов.

Десятки российских компаний производят из алюминия продукцию самого разного назначения. По словам генерального директора компании «Нева металл посуда» Александра Шереметьева, объём российского рынка посуды составляет 65 млрд рублей, при этом в прошлом году сегмент алюминиевой литой посуды вырос на 35%. В 2023 году ожидается рост до 40%.

По данным Петра Лихолитова, распределение спроса на алюминий по отраслям российской промышленности остаётся неизменным.

Основные потребители — это строительство (30%), транспорт (19%), энергетика (18%) и упаковка (13%). На машиностроение, товары народного потребления и другие отрасли приходится 20%.

«Эпохальный тренд наблюдается и в энергетике, — говорит Лихолитов. — Он связан с переходом на алюминиевую кабельно-проводниковую продукцию. Причём переход с меди на алюминий отмечается и в мире в целом. Кабельщики утверждают, что применение алюминия позволяет им на 50% сократить стоимость проектов. По данным экспертов Алюминиевой Ассоциации, уже сейчас в большинстве проектов кабельной отрасли можно применять алюминий 8-й серии — принципиально новый сплав, разработанный с участием Института лёгких материалов и технологий и ведущих кабельных предприятий специально для энергетической отрасли».

Алюминий в 3D

Фото: Алюминиевая Ассоциация

По масштабам использования алюминия можно судить о развитии в стране высокотехнологичных отраслей, отметил Пётр Лихолитов, говоря о перспективах использования этого металла.

«Заметным будет рост использования алюминия в машиностроении и особенно в электротранспорте. Мы ожидаем рост сегмента электротранспорта, а с ним и развитие инфраструктуры для его подзарядки, строительство распределительных сетей и т.д.», — объясняет он.

Ещё одна перспективная область применения алюминия — материалы для 3D-печати. Сейчас разработаны марки алюминиевых материалов, которые конкурируют не только с литейными сплавами, как это было раньше, но и с деформируемыми. Инженеры уже могут заменить деталь не только литую, но и выточенную из поковки, листа или плиты, рассказывает Дмитрий Рябов.

«Сотрудники нашего института работают над двумя типами материалов. Первый — это порошки. Мы уже разработали 12 новых порошковых сплавов, которые делятся по функциональным направлениям. Есть и высокопрочные композиции, есть с повышенными рабочими температурами. Созданы материалы с особыми физическими свойствами: с повышенной теплопроводностью и есть сплав с пониженным коэффициентом термического расширения. Пока это нишевые применения, но в ближайшем будущем они могут быть весьма востребованы, ведь сейчас аддитивные технологии применяют для производства, скорее, небольших серий, уникальных изделий или изделий, которые невозможно получить традиционным методом. Некоторые из этих 12 материалов мы успешно аттестовали для применения в космических изделиях», — объясняет Рябов.

«Второе направление — это печать проволокой, когда один слой наплавляется на другой (технология WAAM и родственные ей процессы), — говорит эксперт. — Печать проволокой быстрее порошковой в 5–10 раз. Эта технология дешевле, так как проволока дешевле, чем порошок. Принтер для печати проволокой с точки зрения конструктива и комплектующих проще и поэтому также дешевле. Единственный минус технологии — точность. Она не сравнится с печатью порошками, но для печати заготовки под дальнейшую механическую обработку эту технологию вполне применяют. Коэффициент использования металла при мехобработке традиционных полуфабрикатов может достигать 20%, то есть до 80% металла уходит в стружку. 3D-технология позволяет напечатать форму, приближенную к конечной, и стружки будет уже не 80%, а, допустим, 10%. Экономика налицо, и сейчас мы усиленно работаем над созданием нового материала, тоже со скандием. Это будет проволока как сварочная, так и для литейного производства, потому что наша задача предложить сплав, который будет обладать повышенной прочностью при растяжении».

Весной 2023 года Правительство Российской Федерации утвердило План мероприятий по стимулированию спроса на продукцию алюминиевой промышленности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу до 2030 года. Согласно стратегическим целям Алюминиевой Ассоциации, потребление алюминия на внутреннем рынке должно вырасти более чем на 400–500 тыс. тонн и составить 1,5 млн тонн ежегодно к 2026 году.