На сегодняшний день применение и разработка высоких технологий машиностроения определяют основу развития промышленности мировых стран, что формирует основу уровня благосостояния населения. Оценка текущего состояния производства и развития научно-технического потенциала, в частности в литейно-металлургической отрасли, как основы заготовительного производства металлопродукции, определяется рядом международных организаций для сравнительного анализа состояния стран и регионов. Не менее важным, помимо сравнительной оценки объема производства и состояния научно-технологических ресурсов, является определение национальных стратегий их развития и достижения мирового уровня, что характеризует уровень развития страны.
Анализ рынка отливок является неотъемлемым элементом научных исследований в секторе литейно-металлургической промышленности. Определение факторов и тенденций, влияющих на этот рынок, позволяет корректировать направления научных исследований, инновационных разработок, а также конструирование и выпуск нового литейного оборудования, проектирование литейных участков и цехов.
Мировой рынок отливок из сплавов черных и цветных металлов завершил 2018 год с рекордным показателем 112,7 млн т. Если оценить результаты, к примеру, за период 2018 – 2014 гг., то можно увидеть, что производство отливок в мире увеличилось на 6,6 %, т. е. темпы роста достаточно умеренные. Очевидно, это обусловлено общим состоянием мировой экономики, торговыми войнами и нестабильной политической ситуацией в ряде регионов планеты, что в итоге тормозит спрос на металлические отливки.
Глобальным лидером мирового рынка отливок оставался Китай с долей 43,8 %. Второе место у Индии (11,9 %), а третье – у США (9,5 %). Вместе эти три страны производят 65,2 % металлических отливок в мире. Все «Топ-10» стран произвели 98,7 млн литья или 87,5 % общемирового производства. При этом в сравнении с 2014 г. их производство увеличилось на 6,9 %. К наиболее динамичным странам в «Топ-10» в 2018 г. следует отнести Индию (рост на 33,6 %), Италию (на 11,7 %) и Китай (на 6,8 %). К этому перечню можно добавить и Мексику, литейная промышленность которой с 2015 по 2017 г. увеличила производство на 13,6 %.
В отраслевом измерении наибольший вклад в производство отливок в 2018 г. в Китае внесли: автомобилестроение – 30 %, производство литых труб – 17 % и промышленность инженерных и сельскохозяйственных машин – 11 %. Однако такие отрасли, как производство инженерных и сельскохозяйственных машин, энергомашиностроение и судостроение в 2018 г. по сравнению с 2017 г. уменьшили потребление отливок, соответственно на 12,1; 10,5 и 7,5 %. В результате в 2018 г. производство отливок в Китае уменьшилось на 0,1 % против предыдущего года.
По итогам семи месяцев 2019 г., как сообщает Ассоциация литейщиков Китая, среди 64 видов машиностроительной продукции только 30 видов (или 47 %) демонстрировали тенденцию к росту. В 2018 г. положительный производственный тренд имели 47 видов машиностроительной продукции (73 %). Таким образом, очевидно, что машиностроение и литейная промышленность Китая вошли в фазу стабилизации производства. Это обусловлено тем, что на рынке уменьшается спрос на автомобили, суда, сельскохозяйственное и энергетическое оборудование.
Учитывая мировые тренды «Промышленности 4.0» и проблемы с экологией, китайские литейщики сосредотачиваются на таких направлениях, как экология литья, автоматизация, цифровизация и инновационность литья. Для защиты окружающей среды правительство Китая ввело ограничения на объемы выбросов твердых частиц из газовых печей. Так, для Пекина установлена граница в 10, а для Шанхая 20 мг/куб. м. Для сравнения: в Японии применяется ограничение выбросов на уровне 50, в ЕС – 20, а в США – 12,73 мг/куб. м. И поэтому китайские литейные время от времени прекращают свою работу. В свою очередь Ассоциация литейщиков Китая разработала и издала «Green Foundry Evaluation Criteria», согласно которым каждые два года определяют лучшее «Зеленое литье Китая». В 2018 г. в этой номинации было награждено 13 литейных компаний.
Созданию цифрового литейного производства в Китае уделяется значительное внимание. Дефицит кадров стимулирует развитие автоматизации и роботизации литейного производства. Персонал использует интернет для рекламирования продукции, литейного оборудования и обработки заказов из других стран, а также компьютеры для инжиниринга и программы с элементами искусственного интеллекта для моделирования виртуального производственного процесса с целью минимизации отходов. Распространяются 3D-технологии, а также литьё в вакуумированные песчаные литейные формы.
Китайская литейная промышленность опирается на инновации и защиту интеллектуальной собственности. Многие литейные заводы имеют научно-исследовательские центры (R&D-центры). Например, в компании Shengquan Group (литейные вяжущие, керамика и т. п.) более 300 специалистов работает в научно-исследовательских центрах. В Китае создается альянс цифровизации литейного производства.
Основными потребителями металлических отливок в Индии за 2018 г. стали такие отрасли промышленности, как автомобилестроение (32 %), санитарно-технические изделия (8 %), сельскохозяйственные машины (7 %), производство труб и фитингов (7 %) и энергетические машины (6 %). Индийский экспорт металлических отливок в 2018-2019 финансовых годах составил 3066 млн USD, что на 12 % превышает показатель 2017-2018 ф. г. Импорт Индией металлических отливок в 2018-2019 ф. г. стоит 1392 млн USD или 45 % стоимости экспорта. Причем в сравнении с 2017-2018 ф. г. импорт увеличился на 21 %. Следует отметить, что руководители автомобильной промышленности Индии разработали амбициозный план развития на период до 2025 г. Ожидается, что в результате спрос на чугунные и алюминиевые отливки может вырасти на 35...40 %.
Институт литейщиков Индии (Institute of Indian Foundrymen) 28 ноября 2019 г. провел в г. Мумбаи «Foundry CEOs Meet» – встречу руководителей индийских литейных компаний для обсуждения ситуации как на мировом, так и на внутреннем рынке металлических отливок, а также для формулирования стратегии устойчивого роста и развития литейного сектора страны. Было отмечено, что сейчас на рынке имеет место замедление, которое циклическое по своей сути и на самом деле не является спадом. Ожидается, что следующее десятилетие будет продуктивным для экономики Индии, тем более что нынешнее правительство очень поддерживает литейную отрасль.
Было отмечено, что стоимость текущего экспорта Индии составляет лишь 2,5 % от общей мировой торговли, а следовательно, существует огромный потенциал для снабжения индийских отливок на не изученные и новые рынки, среди которых были названы такие развивающиеся страны, как Бангладеш, Шри-Ланка, Панама, Египет, Сенегал, Гана, Камбоджа, Монголия, Мальдивы, Гайана и др. Указано, что Совет по содействию экспорту машиностроительной продукции (Engineering Export Promotion Council, EEPC) организует разнообразные выставки в этих странах для продвижения индийских товаров и исследования потенциальных рынков сбыта.
СЕО-производители считают, что в индийскую литейную промышленность нужно инвестировать, а именно в новые технологии и квалификацию персонала, исходя из перспективных требований к продукции и уменьшения времени на ее разработку. И это позволит увеличить индийский промышленный экспорт с 2,5 до 5 %.
Стоимость продажи металлических отливок в 2018 г. в США составила 33,1 млрд USD, что на 10 % превысило показатель 2017 г. Американская ассоциация литейщиков (AFS afsinc.org) в 2020 г. сосредоточит свои усилия на пяти приоритетах: инфраструктура, торговля, безопасность, налоги и энергетика (окружающая среда). Литье играет важную роль в инфраструктуре страны, поэтому AFS и власть будут искать решения и проводить различные реформы для увеличения долгосрочного финансирования для улучшения транспортной, водной, энергетической и другой критической инфраструктуры страны. AFS поддерживает выполнение законов о торговле США, критикуя другие страны для прекращения их государственных субсидий и других практик, искажающих рынок и ухудшающих условия для реализации американской металлопродукции.
Также AFS будет способствовать обеспечению безопасности на рабочем месте и поддержанию здоровья своих работников в качестве главных приоритетов. AFS поддерживает налоговую политику, которая поощряет производственную деятельность в США и способствует внутренним капитальным вложениям, а также выступает за постоянство законодательства о налоговых льготах и рабочих местах.
В области энергетики и сохранения окружающей среды констатируется, что литье по своей сути является энергоемким, поэтому надежность источников энергии важна для конкурентоспособности отрасли, а литейные компании стремятся к энергоэффективности, чтобы снизить расходы и уменьшить влияние на окружающую среду. Литейщики продолжат вносить экологические усовершенствования для уменьшения загрязнения и воздействия на окружающую среду.
Литейная промышленность Германии в 2018 г. увеличила производство отливок на 0,9 % по сравнению с 2017 г. Причем если производство отливок из черных металлов выросло на 1,7 %, то отливок из цветных металлов уменьшилось на 2,4 %. Наибольший вклад в такое замедление сделало автомобилестроение, которое вместе с машиностроением потребляет около 80 % отливок немецкого производства. Хотя в стоимостном измерении в 2018 г. против предыдущего года производство отливок из черных металлов увеличилось на 5,0 %, а цветных металлов – на 1,8 %. Всего в 2018 г. из Германии было экспортировано 1,82 млн т отливок или 33,5 % от общего объема производства; рост в тоннаже против 2017 г. составил 2,3 %. Отмечается, что коэффициент использования мощностей производства отливок из серого и высокопрочного чугунов в 2018 г. составил 90,9 %, что на 6,3 п. п. больше, чем в 2017 г. При производстве стальных отливок этот показатель в 2018 г. составил 81,9 %, что на 2,5 п. п. больше, чем в 2017 г., а в случае отливок из цветных металлов – 87,7 % в 2018 году (+ 9,3 п. п.). Объем инвестиций в литейную промышленность Германии в 2018 г. был на уровне 2017 г. и составил 625 млн EUR.
Среди стран-производителей отливок из сплавов черных металлов безоговорочным лидером является Китай с долей от 41,6 % (чугун серый) до 78,8 % (чугун ковкий). Довольно уверенно второе место занимает Индия: от 10,4 % (сталь) до 19,0 % (чугун серый). США находится на втором месте по производству отливок из высокопрочного чугуна – 11,8 %.
В сегменте отливок из цветных металлов первое место делят Китай и США. Китай занимает первое место по производству отливок из медных (40,5 %) и алюминиевых (37,9 %) сплавов. При этом США лидируют в выпуске отливок из магниевых (49,3 %) и цинковых (46,3 %) сплавов.
Среди инновационных проектов и научно-технологических тем в литейно-металлургической отрасли выделяются следующие направления исследований:
• процессы плавки и внепечной обработки сплавов специального назначения с использованием концентрированного нагрева, вакуума и высокотемпературных газореагентных действий на металлические системы;
• совершенствование существующих металлических материалов, в т. ч. наноструктурных, при наложении электромагнитных и других физико-химических воздействий на металлические системы в жидком состоянии и в процессе фазовых переходов, создание образцов новой магнитогидродинамической техники, в т. ч. для скоростного дозирования и управление структурой и свойствами высокопрочных и специальных чугунов и на этой основе создание литых сплавов с высокими литейными и эксплуатационными свойствами, устойчивых к различным условиям эксплуатации, а также высокопроизводительных ресурсосберегающих технологий литья из этих сплавов;
• термообработка отливок из чугунов и сталей, в частности, изотермическое закаливание с получением бейнитных и многофазных структур с повышенными механическими свойствами;
• физические и физико-химические процессы, определяющие формирование структуры и развитие химической, физической и структурной неоднородности сплавов в условиях внешнего силового, теплового, химического и других воздействий как основы для разработки нового поколения высокопрочных, износостойких, антифрикционных, коррозионностойких железо-углеродистых (сталей и чугунов) и медных сплавов и технологий их производства;
• формирование биметаллических и композиционных материалов и конструкций литейными и гибридными методами их получения с применением концентрированных источников энергии;
• литейные процессы с использованием физических методов упрочнения материала литейной формы, а также литейных моделей, которые испаряются;
• газо - и гидродинамические теплообменные процессы и структурообразование при течении, кристаллизации и охлаждении сплавов в литейной форме;
• методы литья с применением избыточного давления, вакуума и криотехнологий и создание на этой основе высокопроизводительного, экологически чистого, автоматизированного оборудования и литейных конвейерных комплексов;
• физика структурных превращений в алюминиевых сплавах в зависимости от их строения в жидком, квазидвухфазном, предкристаллизационном и частично закристаллизованном состояниях, определение оптимальных режимов управления процессами массового зарождения, роста и фрагментации первичных кристаллов, установление взаимосвязи литейных, физико-механических и эксплуатационных свойств с микро-и макроструктурой, морфологией фаз, а также создание новейших и усовершенствование существующих технологий изготовления высококачественных алюминиевых отливок, в т. ч. под низким давлением, методами рео- и тиксолитья;
• кристаллизация непрерывно литых заготовок при физико-химических воздействиях (модифицирование, микролегирование, газоимпульсное перемешивание, электромагнитное перемешивание, вибрация) на жидкий металл, а также при дальнейшей деформации затвердевшего металла;
• коррозионная стойкость перспективных сплавов, определение оптимального состава высокопрочных и прецизионных сплавов, получение объемно-аморфизированных сплавов и композитов на основе химически-активных элементов, прочность которых достигает самых высоких показателей среди конструкционных материалов, а также разработка технологии получения аморфных и мелкокристаллических лигатур для модифицирования сплавов на основе черных и цветных металлов;
• ускоренный теплоотбор, внешнее воздействие на жидкий металл во время его кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии, управление процессами кристаллизации и структурообразования стальных отливок, исходя из теплофизических и гидродинамических параметров твердения, рационального легирования и термической обработки отливок; создание новых процессов, литых сталей и сплавов и режимов их термической обработки, обеспечивающих получение стальных отливок с прогнозируемым комплексом свойств;
• тепломассоперенос, структурообразование, физико-механические, триботехнические и коррозионные свойства композиционных материалов (на основе металла) при формировании гетерофазных систем в условиях жидко-твердофазного совмещения, химического взаимодействия и фазовых превращений;
• использование современных компьютерных технологий для информационного обслуживания и автоматизации научных исследований в области литейно-металлургического производства, разработка математических моделей, программных средств для исследования и оптимизации технологических процессов;
• создание и сопровождение информационных банков данных в металлургии и литейном производстве;
• формовочные и стержневые смеси.
В ближайшие 3-5 лет глобальная литейная промышленность будет находиться под давлением как политических, так и экономических факторов. Нестабильная политико-военная ситуация в целом ряде регионов приведет к охлаждению рынков продукции из металлов. Отсутствие кардинальных решений со стороны международного сообщества, стремление эгоистичных лидеров ряда стран диктовать свои условия не будет способствовать реализации амбициозных планов в отношении «Промышленности 4.0».
Однако полностью затормозить литейное производство не удастся. Производители комплектного оборудование (Original equipment manufacturer, OEM) будут пытаться сократить логистические расходы. В результате инвестиций в новые обрабатывающие центры за последние годы возрос объем механической обработки в средних и крупных литейных компаниях. Массовый переход на производство электромобилей приведет к довольно существенному уменьшению применения чугуна в производстве двигателей и в то же время увеличит использование алюминиевых сплавов в автомобилестроении.
Литейная промышленность мира, по результатам 2018 года, характеризуется повышающим трендом. Большинство стран нацелено на развитие инфраструктурных проектов, строительство новых литейных и механообрабатывающих центров, совершенствование производства комплектного оборудования и его экологических показателей. Однако во втором полугодии 2019 г. мировой авторынок начал затормаживаться. Это привело к определенному пессимизму в оценках перспектив рынка отливок в 2020 г.
Не внушают большого оптимизма и оценки Всемирного банка (World Bank). Если в 2017 г. реальный мировой ВВП увеличился на 3,2 %, то в 2018 г. – на 3,0 %.
Россия, Украина и Белоруссия испокон веков славились своим литейным производством, а в 80-90-х гг. прошлого века эти страны занимали одни из первых мест в мире по литью металла на душу населения. Литейное производство относят к одному из старейших и основных способов изготовления металлических изделий и заготовок для различных отраслей промышленности.
Россия по объемам литейного производства ставит амбициозную задачу достичь к 2030 г. годового производства в 8 млн т отливок (рисунок). Для сравнения: объем производства отливок в России в 2017 г. был – 4,25 млн т.
