"Перспективные направления использования алюминия - надстройки, скоростные и электросуда"

– Виктор Владимирович, алюминиево-скандиевый сплав 1581, включенный недавно в нормативные документы РМРС, – это более бюджетная версия сплава 1580, и так отличающегося пониженным содержанием дорогостоящего скандия? 

– Совершенно верно. Сплавы 1580 и 1581 разработаны членом Алюминиевой ассоциации – Институтом легких материалов и технологий (ИЛМиТ), как экономнолегированные сплавы. Скандий – уникальная добавка, обеспечивающая существенное повышение прочностных характеристик алюминия.

Сплав 1580 имеет содержание скандия 0,1%, что значительно ниже, чем другие популярные скандийсодержащие сплавы. Но и это не позволяет широко использовать данный сплав, так как его стоимость остается высокой. Применение сплава целесообразно там, где критически важным фактором являются весовые характеристики, например, в аэрокосмической отрасли. 

Чтобы сделать скандиевые сплавы более доступными для других отраслей промышленности, был разработан сплав 1581 с содержанием скандия 0,03%. Сегодня этот сплав находит применение в вагоностроении.

– Российские судостроители уже проявляли интерес к сплавам 1581 или 1580? Проводились ли их тестирования у производителей?

– Сплаву 1580 достаточно сложно впрямую конкурировать со стандартными массово применяемыми в судостроении сплавами системы Al-Mg (например, 1561) ввиду более высокой стоимости деформированных полуфабрикатов. Однако данный сплав по стоимости вполне конкурентоспособен по сравнению с другим скандийсодержащим сплавом – 1575.  

Сплав же 1581 уже запланирован к применению в конструкции нового скоростного пассажирского катамарана разработки КБ "Си Тех". В 2022 году осуществлен выпуск деформированных полуфабрикатов на ООО "КраМЗ", и в 2023 году запланирован спуск на воду данного судна. Сплавом 1581 также активно интересуются другие российские судостроители. Сплав был передан для исследования и оценки технологичности в ведущие судостроительные компании. Уже получены положительные заключения по результатам опробования материала в их производственных условиях. 

– Будет ли сплав 1581 востребован в маломерном судостроении?

– Отрасль весьма заинтересована в снижении веса своих конструкций, так как это позволяет для достижения более высоких скоростных характеристик и более раннего выхода на глиссирование использовать менее мощные моторы. Меньший вес конструкции также повышает маневренность лодки и обеспечивает экономию топлива.

– Какие события на рынке судостроения маломерных алюминиевых судов заслуживают внимания? 

– В настоящее время Алюминиевая ассоциация совместно с компанией Bro Boats (г. Ростов-на-Дону) реализует совместный проект по разработке и изготовлению облегченной лодки с применением сплава 1581. Проведенные расчеты показали возможность снижения ее массы на 40 кг (около 10% от общей массы лодки) по сравнению с аналогом из сплава 5083. Компания Bro Boats уже приступила к производству маломерного судна и по его завершению запланированы сравнительные испытания в реальных условиях водоемов, результаты которых будут представлены в ближайшее время.

– Каковы основные преимущества экономнолегированного сплава 1581 по сравнению с материалами, не содержащими скандий? И какова стоимость 1581? 

– У сплава 1581 примерно на 30% более высокие прочностные характеристики по сравнению со сплавом 5083, активно применяемым в судостроении. При этом по уровню коррозионной стойкости сплав 1581 не уступает сплавам системы Al-Mg, допущенным к применению правилами Российского морского регистра судоходства (РМРС) и правилами РКО. Полуфабрикаты из данного сплава варятся всеми видами сварки, при этом уровень прочности сварного соединения выше аналогов, т.к. выше прочность основного металла. 

Относительно стоимости полуфабрикатов, безусловно, из сплава 1581 они дороже, чем из сплава 5083. Но в данном случае необходимо учитывать тот факт, что более высокие прочностные характеристики сплава 1581 позволяют закладывать в конструкцию полуфабрикаты с меньшей толщиной проката или стенки профиля. И при пересчете стоимости с учетом массы закупаемого металла, цена данной конструкции может быть сопоставима с теми, что изготавливаются из традиционных и широко применяемых сплавов. 

– Помимо алюминиево-скандиевых материалов судостроителям доступны алюминий-кремний-магниевые и алюминий-магниевые сплавы. Что в каких применениях используется? 

– Во-первых, сплав 1581 также является сплавом системы Al-Mg с малыми добавками скандия. Эти сплавы термически не упрочняемые. Прочностные характеристики полуфабрикатов из них достигаются благодаря прилагаемой деформации: прокатке, экструзии, ковке. Данные сплавы отлично свариваются, и коэффициент прочности сварных соединений у них больше 0,9. В связи с тем, что сплавы данной группы помимо свариваемости обладают хорошей коррозионной стойкостью и относительно высокими прочностными характеристиками, они применяются как в корпусных конструкциях, так и в надстройках. Причем допускается их использование без дополнительной коррозионной защиты. 

Сплавы системы Al-Mg-Si являются термически упрочняемыми, т.е. достигают своих прочностных характеристик за счет термической обработки: закалки и искусственного старения. Они также хорошо свариваются, однако коэффициент прочности сварного соединения у них 0,6. В соответствии с правилами РМРС, полуфабрикаты из данных сплавов могут применяться в надпалубных надстройках, но только при условии осуществления их коррозионной защиты.

– Европейские алюминиевые сплавы 5ххх- и 6ххх-серий имеют какие-то отличия от аналогичных российских сплавов?

– У многих российских сплавов имеются полные зарубежные аналоги. Например, сплав АД35 и сплав 6082 имеют абсолютно одинаковый химический состав.

– Морской алюминий в России в основном идет на постройку скоростных пассажирских судов, также его используют в качестве материала надстроек "рыбаков", транспортных судов и в маломерном судостроении. Какова емкость российского рынка судостроения? И в чем вы видите перспективы развития алюминиевого судостроения? 

– Стоит отметить, что алюминий – превосходный конструкционный материал, применение которого позволяет решать многие задачи. В России, к сожалению, его потенциал в судостроении пока раскрыт не в полной мере. По инерции алюминий воспринимается как дорогой материал. Это совсем не так. При большей стоимости, но и при практически втрое меньшем удельном весе алюминий может быть в итоге конкурентоспособным по цене. Это утверждение справедливо и для инновационных судов, и для проектирования традиционных видов водного транспорта – судов на воздушной подушке, СПК и технических судов.

Говоря о зарубежном опыте, например, скандинавских стран, можно вспомнить, что алюминий широко применяется в конструкции надстроек арктических судов. Для нас это тоже перспективное направление. 

Как уже сказано, в России алюминиевые суда традиционно востребованы там, где в качестве ключевых характеристик необходимы легкость и скорость. Это суда на подводных крыльях, на воздушной подушке, скоростные пассажирские суда, маломерное судостроение (лодки, яхты) и т.д. 

Производство скоростных пассажирских судов, в т.ч. судов на подводных крыльях и скоростных пассажирских судов еще не достигло желаемого уровня. В среднем производство не превышает десяти штук в год. Это связано с тем, что со времен распада СССР страна все еще находится на восстановительном этапе производства и запуска новых моделей. Однако, ситуация меняется. И в ближайшее время производство российскими предприятиями высокотехнологичных алюминиевых судов может заметно возрасти.

Что касается российского рынка маломерного судостроения, то по нашим данным, в год регистрируется от 18 до 20 тыс. новых алюминиевых маломерных судов. В последние годы интерес к отдыху на воде заметно возрос. Развитие речной и морской причальной инфраструктуры (причалы, РОПы и яхтенные марины) должно привести к росту количества маломерных судов.

Другое направление – это суда на электротяге. Алюминий является незаменимым материалом при производстве электросудов: конструкции из этого металла отличаются низким весом, что безусловно положительно сказывается на запасе хода судна на одном заряде. 

В России есть целый ряд проектов судов с электродвигателями. Например, речной электрический трамвайчик "Синичка" для Москвы с надстройкой из алюминиевых сплавов. Также недавно был представлен электрокатамаран "ЭкоходЪ", который будет эксплуатироваться в Красноярском крае. Катамаран также выполнен из алюминия. Безусловно, электродвижение, наряду с судами на подводных крыльях и другими скоростными судами – это наше будущее.

Применение алюминия в настройках "рыбаков" – это тоже, безусловно, очень перспективное направление, но в России это еще, к сожалению, пока еще не является общей практикой.

Подводя итог: если говорить о текущем количестве судов, производимых в России с широким применением алюминия, то это в лучшем случае два десятка в год. Хотелось бы, чтоб в ближайшие годы это количество выросло в разы и составляло уже сотни единиц техники в год.

– Что происходит в маломерном судостроении?

– Здесь есть существенный потенциал для роста, связанный как с развитием инфраструктуры, так и с ростом интереса к активным видам отдыха: рыбалке, яхтингу, вейкбордингу, путешествиям по рекам и т.д. Конечно, здесь алюминий вступает в прямую конкуренцию с такими материалами, как пластик, композит и сталь. И объем потребления напрямую зависит от цены изделия и затрат эксплуатанта в течение всего жизненного цикла судна.

В снижении стоимости производства судов и, как следствие, конечной цены заключается одна из задач, которую ставят перед собой Алюминиевая ассоциация и ее партнеры. Решить эту задачу можно за счет внедрения новых сплавов и решений, таких как 1581, или СКО-панелей, применение которых позволяет снизить вес конструкции и трудозатраты.

– Во времена Союза компетенциями работы с алюминием владели "Алмаз", завод "Волга", феодосийское "Море" и Хабаровский судостроительный завод. Сегодня эти технологии активно осваивают производители СПК и пассажирских лайнеров. А как справляются с алюминием те верфи, которым приходится редко с ним сталкиваться? И насколько сложность работы с алюминием сдерживает его распространение? 

– В первую очередь стоит отметить компанию "Эмпериум" из Санкт-Петербурга, специализирующуюся на проектировании и строительстве электросудов. Также в России есть множество малых КБ и верфей, которые либо уже активно работают с алюминием, внедряя передовые решения, либо с интересом изучают возможности применения этого металла.

Безусловно, работа с алюминием отличается от работы со сталью. Это касается и толщин, и податливости материала, и, конечно, сварки. Алюминий мгновенно окисляется, поэтому его нужно сваривать в инертной среде, например, такой как аргон. Однако современное сварочное оборудование способно избавить квалифицированного сварщика от многих проблем. Кроме сварки в аргоне широко применяется сварка лазером, также набирает обороты и метод сварки трением с перемешиванием (СТП). 

Важно отметить, что если ранее при производстве алюминиевого судна необходимо было идти на завод, который обладал соответствующими компетенциями, то в современных рыночных условиях, когда мобильность сварочных бригад существенно возросла, специалисты, обладающие необходимыми компетенциями работы с алюминием, готовы сами ехать на заказы. 

Разработан целый комплекс решений, позволяющий эффективно работать с алюминием не только грандам судостроения, но и небольшим компаниям. Неслучайно в последнее время мы наблюдаем рост числа компаний-производителей маломерных алюминиевых судов.

– Одним из препятствий использования алюминия в судостроении является сложность и высокая стоимость сварочных работ. В этом направлении происходят какие-то изменения?

– Сейчас есть множество технических решений по автоматизации и роботизации сварки. Активно развивается сварка трением с перемешиванием. Преимуществом СТП является то, что данным способом бездефектно можно сваривать листы от 1,5 до 20 мм, где коэффициент прочности сварного соединения практически всегда будет более 0,90, а в некоторых случаях достигать 1,0. Кроме того, этот метод позволяет сваривать фактически бесконечное полотно, ограниченное только длиной профиля. Также данный метод позволяет комбинировать экструзионные части и прокатный лист различного сечения и толщины, формируя так называемую СКО-панель.

Технология изготовления СКО-панелей позволяет получать изделие с меньшими допусками по толщине, и, в том числе, сразу с требуемой геометрией. Также конструкция может быть изготовлена с кривизной в 2D- и 3D-плоскостях, что делает ее производство менее трудозатратным, чем в случае с классическими экструдированными панелями. 

Кстати, такие СКО-панели с использованием полуфабрикатов из нового сплава 1581 в настоящее время применяются при строительстве катамаранов HSC150B, спуск на воду которых мы ожидаем в 2023 году.

В России СКО-панели впервые были использованы в конструкции судов на воздушной подушке (СВП). Сегодня к панелям проявляют интерес судостроители разных регионов – от Калининграда до Камчатки. Внедрение данной технологии, в основе которой лежит метод сварки трением с перемешиванием, позволяет снизить трудозатраты и, соответственно, ведет к снижению стоимости производства судов. 

Сейчас идут работы по включению сварки трением с перемешиванием в правила РМРС. В настоящее время этот вид сварки уже разрешен к применению для изготовления танк-контейнеров. 

– Насколько в российском судостроении сегодня распространена технология лазерной сварки? 

– Лазерная сварка применяется, но все-таки она менее распространена, чем классическая MIG и TIG-сварка. Она не является общим трендом. В основном это связано со стоимостью оборудования.

Продолжая тему: 

Что знали об алюминии на "Красном Сормове"? И как им это помогло

Алюминиевые сплавы – это будущее судостроения?

Владимир Александров: "Мы строили сейнер по технологиям подводных лодок"