Конкуренция между производителями стали и алюминия за рынок в автомобильной промышленности продолжается с переменным успехом уже около ста лет. Их основное оружие в этой борьбе — технологии, обеспечивающие тому или иному материалу преимущество в глазах заказчиков, основные приоритеты которых — минимальные вес и цена металла при достаточно высокой прочности. С точки зрения производителей автомобилей, главное преимущество алюминия перед сталью — его малый вес: снижение веса автомобиля обеспечивает повышение его топливной эффективности, и расширение использования этого легкого металла тормозится, в первую очередь, его высокой стоимостью. Тем не менее, и нтенсивные инвестиции алюминиевых компаний в технологические исследования привели к разработке сплавов, для которых характерна удачная комбинация веса, прочности и стоимости.

Эти усилия принесли свои плоды: легкий металл начал уверенно вытеснять сталь из многих традиционных сфер ее использования в автомобилях. Более того, в начале 90-х некоторые автомобильные корпорации начали серийное производство моделей-люкс с полностью алюминиевыми кузовами — именно в те времена на дорогах мира появились Honda NSX, Audi A8 и А2 и Jaguar XJ. Перед сталелитейными компаниями замаячила угроза потери весьма привлекательного рынка, и противопоставить этому можно было только удачное техническое решение проблемы снижения веса автомобиля — решение, в котором сталь была бы основным материалом.

Учитывая, что в ценовом отношении сталь имеет несомненные преимущества перед алюминием, сталелитейные компании вознамерились эти преимущества развить путем создания прототипа сверхлегкого стального автомобильного кузова. Чтобы реализовать эту возможность, конкурирующие между собой сталелитейные компании решили объединить усилия: в 1994 году 33 крупнейшие корпорации мира учредили совместную исследовательскую программу ULSAB (Ultra light steel auto body). Именно в ходе реализации этой программы были решены многие проблемы, препятствовавшие внедрению концепции штамповки деталей из специализированных сварных заготовок (tailor welded blanks — TWB).

Заготовки TWB представляют собой два или более листов металла различных категорий, с различными механическими характеристиками, разной толщины и/или с различными типами покрытий, соединенные сваркой в единую пластину перед процессом формовки трехмерного изделия. Этот метод дает возможность конструкторам автомобилей “заказывать” желательную локализацию лучших характеристик различных категорий стали именно в тех местах детали, где они необходимы.

Такой подход устраняет необходимость использовать традиционные ребра жесткости при одновременном улучшении структурных параметров. Кроме того, технология производства деталей из изготовленных “по выкройкам” заготовок обеспечивает резкое сокращение затрат за счет оптимизации расхода материалов и исключения ряда операций из производственного процесса. Например, при производстве боковой панели кузова по традиционной технологии, используют пять различных наборов пресс-форм — это необходимо для обеспечения элементов усиления в критических точках детали. Однако если использовать TWB, в которой материал с наибольшей прочностью расположен в заданных местах будущей детали, требуется единственный комплект штампов.

Разумеется, возможность использования TWB произвела революцию в концепциях конструирования автомобилей: эта технология отличается не только массой потенциальных преимуществ, но и синергическим эффектом их реализации. Одновременно со снижением веса, уменьшаются расход материалов и затраты на конструирование и производство, при этом улучшаются эксплуатационные характеристики автомобиля. Таким образом, преимущества технологии TWB совершенно очевидны, и некоторые автомобильные компании, в том числе, General Motors, Toyota и Volvo организовали производство таких заготовок на своих заводах. Однако у большинства других производителей автомобильной отрасли оказалось недостаточно сварочных мощностей, и они пошли по пути аутсорсинга этого вида деятельности.

В результате, в сталелитейной промышленности появился и быстро расширяется сектор производства TWB. Ядро этого сектора составили — японские группы Nippon Steel и Kobe Steel, австрийская Voest-Alpine Stahl Linz GmbH, нидерландская Hoogovens Staal, американские компании Betlehem Steel и Dofasco и, разумеется, германская ThyssenKrupp Stahl — фактический основоположник этой технологии. Именно ThyssenKrupp выпустила в 1983 году первую в мире деталь из TWB — панель днища для одной из моделей Audi. Когда модель стального кузова ULSAB — плод совместных технологических усилий крупнейших сталелитейных корпораций мира — произвела фурор в автомобильной промышленности, дочерняя компания ThyssenKrupp, TK Tailored Blanks начала активно инвестировать в расширение своих мощностей. Теперь группа производит TWB на своих заводах в Италии и Мексике, кроме того, эту продукцию выпускают ее совместные предприятия в Китае, США, Бразилии и Испании.

Следующий технологический прорыв произвела автомобильная компания General Motors: она разработала гибридный процесс, в котором использование TWB объединено с гидроформингом, и запатентовала способ производства специализированных сварных труб. Основные преимущества гидроформинга связаны с тем, что деформация заготовки в процессе создания детали осуществляется за счет давления жидкости. Отсутствие механического контакта между штампом и заготовкой обеспечивает повышенное качество поверхности, кроме того, этот способ дает возможность уменьшить расходы на оборудование — для его использования требуется только одна пресс-форма.

Таким образом, появление технологии TWB обеспечило возможность сталелитейным компаниям на шаг опередить производителей алюминия. Тем не менее, алюминиевый сектор немедленно подхватил перспективную идею, и начал интенсивные исследования, направленные на адаптацию концепции TWB к производству алюминиевых деталей. Определенные успехи в этой сфере уже налицо — производителям легкого металла удалось продемонстрировать автомобильным компаниям прекрасную технологичность и высокие прочностные характеристики алюминиевых TWB . Заказчики осознали, что алюминиевые заготовки пригодны для крупносерийной низкозатратной штамповки кузовных деталей.

Правда, отставание пока сохраняется — в настоящее время стальные заготовки имеют более широкое применение по традиционным причинам: преимущества алюминия в плане снижения веса автомобиля перевешиваются его высокой стоимостью и меньшей прочностью. Тем не менее, производителям стали рано праздновать победу: использование алюминиевых TWB способствует сокращению отходов на этапе механической обработки, а, следовательно, и уменьшению расхода материала. Это обстоятельство повышает экономическую целесообразность замены стали алюминием во многих применениях. Хотя сейчас при производстве алюминиевых TWB возникает больше трудностей на этапах сварки, кроме того, увеличиваются проблемы и на стадии формовки деталей, тем не менее, эта разница окажется менее значимой при переходе к крупномасштабному производству.

Фактически, этой борьбе за рынок в автопроме конца не видно. Недавно сталелитейные компании нанесли очередной удар производителям легкого металла: исследования, которые продолжались более десяти лет, привели к созданию новых, «супер-сверхпрочных» сталей, которые отличаются великолепной формуемостью. Их использование дает возможность радикально уменьшить вес автомобиля. В начале марта появились сообщения, что General Motors заменила этим материалом алюминиевые экструзии в производстве заднего бампера для четырех своих моделях. В текущем году сталелитейные компании проведут очередной семинар — Great Designs in Steel Seminar 2005 — на котором собираются обсудить следующий шаг во внедрении своих новейших технологий в производство автомобилей настоящего и будущего.