Тема 3 алюміній – метал майбутнього
По кількості, що міститься в земній корі, на першому місці з металів перебуває алюміній (більше 8,0%), який називають металом майбутнього. Крім того, алюміній має й ряд інших переваг у порівнянні із залізом: його питома вага майже в три рази менше (щільність заліза 7874 кг/м3, а алюмінію 2699 кг/м3), він стійкий проти корозії, має відносно високу електропровідність і більші технологічні переваги в порівнянні зі сталлю й чавуном. Алюміній і його сплави добре пресуються й піддаються прецизійному литтю під тиском у досить складні металеві форми, завдяки чому майже повністю відпадає необхідність у наступній механічній обробці.
При легуванні алюмінію в межах декількох відсотків міддю, марганцем і магнієм його міцність досягає міцності сталі.
Алюміній і його сплави мають і ще одну дуже важливу перевагу – їхня міцність, а також ударна в'язкість не зменшуються, як у сталі, при зниженні температури. Ці властивості алюмінієвих сплавів відкривають широкий шлях для їх більш широкого використання для машин і різних конструкцій, що працюють в умовах знижених температур.
Основна причина, що стримує більш широке застосування алюмінію в порівнянні зі сталлю, – більші витрати на його видобування з руд (глинозему, бокситів, алюмосилікатів та ін.), що здійснюється шляхом електролізу розчину глинозему в гарячому стані. На добування кожної тонни металевого алюмінію доводиться витрачати 14-18 тис. кВт-годин електроенергії, тобто приблизно в 30 разів більше, ніж на виплавку 1 т сталі в дугових печах, у результаті чого його вартість, віднесена до одиниці об'єму, в 3-4 рази вище вартості сталі. Але завдяки зазначеним перевагам застосування алюмінію в багатьох випадках більш ефективне в порівнянні із чорними металами.
Крім літако- і ракетобудування, алюміній і його сплави знаходять із кожним роком усе більш широке застосування в електротехніці, автомобіле- і вагонобудуванні, будівництві, виробництві товарів широкого вжитку й інших галузей народного господарства.
Зокрема, виявилося вигідним використання алюмінію для консервної тари замість лудженої жерсті.
За останні три чверті століття виробництво алюмінію, особливо його сплавів, одержало дуже великий розвиток і, починаючи з 1954 р., воно посідає перше місце в кольоровій металургії.
Підводячи підсумки сказаному, алюміній і його сплави, безсумнівно, можна назвати металом майбутнього. Однак необхідно пам'ятати, що на 1 кг алюмінію затрачається більше 14 – 18 кВт-год. електроенергії, тому якщо до нього не ставитися дбайливо, особливо до використання відходів і металобрухту, то навряд чи у світі найдеться досить енергетичних ресурсів, щоб довести по обсягу виробництво алюмінію хоча б до 20-30% від виробництва сталі.
СТАЛЬ ЗАЛИШАЄТЬСЯ НАЙПОШИРЕНІШИМ МЕТАЛОМ
Існуюча різниця у вартості одиниці об'єму алюмінію й сталі, рівна приблизно 3:1 (а вартості одиниці маси відповідно 9:1), не дає можливості розглядати по цим чисто економічним міркуванням алюміній, як повноцінний замінник сталі. Це співвідношення ще більше, якщо порівнювати питомі міцності, віднесені до вартості одиниці об'єму, сталевого прокату й алюмінію і його сплавів. Тому коли маса
Рисунок 3.1 – Діаграма приблизного вмісту різних металів і інших елементів у земній корі, % (по масі). За останнім даними вміст алюмінію – 8,8%, магнію – 2,4%.
конструкції не має вирішального значення, доводиться віддавати перевагу сталі й особливо сталевому прокату.
В 1997 р. світове виробництво сталі досягло 873 млн. т, що приблизно в 60-80 разів більше виробництва алюмінію. Але навіть і в тому випадку, якщо темпи зростання виробництва алюмінію будуть і надалі в 2-3 рази більше, ніж темпи зростання сталі, навряд чи в найближчі 25-30 років сталь поступиться своїм першим місцем алюмінію. При цьому сталевий прокат, як вихідний метал, що має найбільшу питому міцність, віднесену до вартості одиниці об'єму металу, як і раніше буде мати найбільше поширення, а обсяги його виробництва, у тому числі й передільних виробах з нього – труб, металовиробів, куль, різних заготовок машинобудування, – будуть визначати технічний потенціал країни.
В 1987 р. виробництво сталі в СРСР досягло 147 млн. т, а прокату 118 млн. т, що становило на душу населення відповідно 570 і 465 кг у рік. Цей рівень виробництва сталі й прокату був більшим національним досягненням СРСР, тому що в 1913 р. на душу населення доводилося всього лише 28 кг сталі в рік. Але для того щоб повною мірою задовольнити зростаючі матеріальні й культурні потреби населення, досягнутий рівень виробництва був недостатнім.
Економічні розрахунки свідчать, що на найближчих етапах розвитку чорної металургії вкладення коштів у заходи, спрямовані на поліпшення якості металопродукції, більш ефективно, ніж на збільшення випуску її в обсягах.
У результаті підвищення якості металопродукції можуть бути істотно знижені питомі витрати сталі.
Прогнози виробництва сталі наведені в книзі «Мир в 2000 році». У цій книзі висловлене припущення, що до 2010 р. світове виробництво сталі досягне 1600-1700 млн. т, а до 2080 р. – 5000 млн. т.
Але навіть у тому випадку, якщо цей приріст у середньому приблизно в 1,5 рази менше, то світове виробництво сталі до 2010 р. досягне 1,3 млрд. т. Отже, і при цих умовах у доступному для огляду майбутньому сталь як і раніше збереже своє значення як найпоширеніший матеріал у народному господарстві. При цьому частка сталевого прокату з 4/5 буде збільшуватися й далі, тому що прокат є металом, що має найбільшу питому міцність, віднесену до вартості одиниці об'єму. Тому сталевий прокат поліпшеної якості буде найпоширенішим вихідним металом у машинобудуванні, промисловому будівництві, трубопровідному транспорті й інших галузях народного господарства.