Титан Украины для авиастроения: тенденции и перспективы развития

УДК 669.295

В. Г. Мищенко, А. С. Багрийчук

ТИТАН УКРАИНЫ ДЛЯ АВИАСТРОЕНИЯ: ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

В статье рассматривается вопрос современного состояния титанового производства в мировой практике, место и роль Украины в производстве конструкционного материала третьего тысячелетия для нужд авиастроительной отрасли. Обосновывается необходимость и экономическая целесообразность совершенствования и расширения титанового производства в Украине как стратегического направления высоких технологий в цветной металлургии. Оценивается потенциальная возможность нашего государства войти в число лидирующих стран в производстве «летающего металла будущего».

По мнению ученых, благодаря своим уникальным свойствам: малому удельному весу и высокой механической прочности, высокой кислотной и коррозионной стойкости, низкой теплопроводности, биологической совместимости, не-магнитности и др., — титан претендует стать конструкционным материалом третьего тысячелетия [1]. В силу своих преимуществ, он способен заменить железо точно так же, как когда-то железо заменило медь.

Титаносодержащие минералы широко распространены в земной коре, среди которых наибольшее распространение имеют минералы группы рутила и ильменита, значительные залежи которых (до 20% разработанных месторождений титановых руд) имеются в Украине. Титановое производство — сложное и наукоемкое, которое «по силам» только небольшому числу государств мира, способных осуществить полный цикл титанового производства — от добычи рудного сырья, до получения металлического титана и производства изделий из него. К таким государствам относится и Украина.

На нужды авиакосмической промышленности в настоящее время приходится 50-60% суммарного потребления титана и его сплавов, а к 2015 году этот показатель составит 70% несмотря на ожидаемое снижение числа самолетов, выпускаемых компаниями «Boeing» и «Airbus». Авиапромышленность Украины обладает огромным конструкционным и технологическим потенциалом для самостоятельного производства летательных аппаратов гражданской и военно-транспортной авиации.

Перестроечные и кризисные процессы в экономике нашей страны привели к резкому замедлению развития титанового производства и ухудшению качества титановой продукции, что резко уменьшило возможности Украины закрепиться на мировом рынке титана — стратегического конструкционного материала для ведущих отраслей народного хозяйства.

© В. Г. Мищенко, А. С. Багрийчук, 2009

В последние десятилетия в мировой практике значительно расширилось применение титана в различных отраслях народного хозяйства: от военно-промышленного комплекса до гражданского строительства и товаров народного потребления

[2]. По мнению специалистов, в недалекой перспективе внутренний рынок Украины потребует титановой продукции до 6-7 тысяч тонн в год

[3]. В настоящее время только несколько ведущих стран мира имеют возможность осуществлять «замкнутый цикл» титанового производства [4, 5], а стремящиеся к мировому лидерству страны, такие как Китай, успешно создали его у себя за кратчайший срок.

Основная задача данной статьи состоит в следующем:

— анализ мировых тенденций в развитии титанового производства ведущими странами мира;

— оценка практического использования титановой продукции в авиационно-космической отрасли для обеспечения роста экономического потенциала государств;

— оценка места и роли Украины на мировом рынке титановой продукции и перспективных позиций в сфере развития высоких технологий в цветной металлургии.

Титановое сырье не редкость, по распространенности этот цветной металл уступает лишь алюминию и магнию, содержание его оксида в основных промышленных минералах весьма высоко — от 44% до 96%. Известно более 80 минералов, содержащих титан, среди которых наиболее распространенными являются минералы группы рутила и ильменита, значительные залежи которых открыты и разрабатываются в Украине. Мировые запасы ильменита и рутила, по оценке Геологической службы США «U. S. Geological Survey», характеризуются данными, приведенными в таблице 1 [6, 7]. Общие запасы ильменита в мире на конец 2005 года составляли 600 млн. тонн, а рутила — 50 млн. тонн (в пересчете на T1O2). Большая часть ильменита находится в

ISSN1727-0219 Вестник двигателестроения № 1/2009

— 139 —

Китае, Австралии и ЮАР, рутила — в Австралии, ЮАР и Индии. Канада, Норвегия, ЮАР, Австралия, Украина часть концентратов перерабатывают в титановый шлак с более высоким содержанием оксида титана.

Несмотря на свою распространенность, чистый титан в лабораторных условиях был получен только в начале прошлого века, а его промышленное производство началось лишь 60 лет назад. Продукт используется в высокотехнологичных и наукоемких отраслях: космосе, авиации, атомной энергетике, флоте и медицине. Растет потребление титана в гражданском самолетостроении. И понятно почему: титан сочетает в себе основные параметры эффективности самолета — веса, надежности, стоимости обслуживания и прибыли от эксплуатации. Это главные критерии для авиаперевозчиков.

Таблица 1 — Мировые запасы титановых минералов, млн. т [7]

Страна Ильменит Рутил

КНР 200 -

Австралия 130 19

ЮАР 63 8,3

Индия 85 7,4

Норвегия 37 -

Канада 31 -

Мозамбик 16 0,5

Бразилия 12 3,5

США 6 0,4

Украина 5,9 2,5

Россия 82 20

Казахстан 4 -

Прочие страны 28 2

В настоящее время разработчики авиатехники перестраивают всю материаловедческую концепцию строительства самолетов, активно привлекая и используя композиционные материалы на основе углеволокна и титановые сплавы. Первые заменяют алюминий и сталь, вторые — кор-розионностойкие стали и сплавы. Причин перехода на композиционные материалы несколько. Во-первых, наметился быстрый рост пассажирских и грузовых перевозок, объем которых, по прогнозам специализированной аналитической группы Airline Monitor, в период с 2008 по 2026 год увеличится втрое, что потребует в два раза увеличить парк магистральных авиалайнеров. Во-вторых, в условиях высоких цен на топливо c амолетостроительным компаниям приходится разрабатывать и готовить серийный выпуск экономичных моделей авиалайнеров. Поскольку с композитами «уживается» только титан, спрос гражданского самолетостроения на титановые полуфабрикаты возрастет к 2015 году примерно в два раза [7, 8].

До сих пор титан остается самым дорогим из «крупнотоннажных» металлов, а его использование остается весьма ограниченным. Причина тому — сложная и затратная технология производства металлического титана. Даже незначительные примеси делают его хрупким, сводя на нет важнейшие потребительские качества. Хуже того, при высоких температурах титан легко абсорбирует атмосферные газы и примеси, из-за чего многочисленные технологические процессы, сопровождающие плавку, приходится вести в вакууме или в атмосфере инертных газов. Металлургическое производство предъявляет жесткие требования к качеству сырья и включает в себя множество переделов: ГОКи поставляют концентрат на предприятия, изготавливающие губчатый титан, а он, в свою очередь, поступает на металлургические заводы, выплавляющие металлический титан и изготавливающие из него прокат и штамповки. Исключительная сложность и затратность выплавки металла определяет специфику экономики титанового производства: по финансовым показателям добывающие активы играют в титановой промышленности мизерную роль, почти вся добавленная стоимость формируется на металлургических предприятиях. Ряд исследовательских групп на Западе пытается радикально упростить технологию, и тогда конфигурация мирового титанового рынка изменится кардинально, но пока это представляется уделом отдаленного будущего [9].

Нынешнее мировое производство металлического титана незначительно превышают 100 тыс. тонн в год. Титановый бизнес — дело инновационное, наукоемкое и технологически сложное, требующее жесткого контроля за производством и надежности в глазах покупателя. Крупных производителей титана можно пересчитать по пальцам одной руки, потребителей тоже не много, основную часть металла для производства планеров закупают несколько ведущих мировых корпораций, среди которых лидируют авиастроительные компании Boeing и Airbus и компании, производящие авиадвигатели. Биржевой рынок титана отсутствует, а покупатели предпочитают долгосрочные отношения и контракты.

Титановая промышленность Украины главным образом представлена производством титановой губки, хотя в последнее время делаются малоперспективные попытки наладить производство титановых сплавов.

Цикличность авиакосмической отрасли, являющейся главным потребителем прочнейшего металла, определяет ярко выраженную периодичность и самой титановой промышленности. В 2001-2002 годах объемы потребления титана и цены на него сильно снизились — сказались спад в авиастроении после терактов в США и ввод

новых мощностей в Америке, Австралии и ЮАР. В этот период, по данным компании Toho Titanium, загрузка мощностей в среднем по миру упала до 70 %, а цены на губчатый титан к концу 2003 года опустились до уровня двадцатилетней давности [10].

Среди крупных потребителей титановой губки, поддерживающих нынешнюю ценовую конъюнктуру, являются, прежде всего, американские компании Timet, RMI Titanium, ATI Allvac и Unity Titanium [10]. Как сообщило Toho Titanium, это самый большой рост цен за всю историю компании, но в условиях рынка он вполне закономерен. В середине 2004 года в Монтере (Калифорния) прошла ежегодная конференция Международной ассоциации по титану (ITA). Главный вывод этой конференции неутешителен — задержка восстановления потребительского спроса на крупнейшем (аэрокосмическом) титановом рынке откладывает перспективы существенного роста производства титановой продукции. Однако рынки, не связанные с аэрокосмическим производством, могут восстановиться значительно быстрее [11].

C 2005 года рынок производства губчатого титана начал активизироваться, однако готовый продукт титанового производства имели возможность получать только несколько стран мира (рис. 1).

Вопрос об участии Украины на международном рынке титановой продукции и использовании на нем своих потенциальных возможностей остается открытым. Дело в том, что первичный титан в виде высококачественной титановой губки является основным конструкционным материалом для аэрокосмической промышленности. Титановая же губка украинского производства, в основном, по своим качественным характеристикам пока что не соответствует требованиям аэрокосмического производства. Однако, рынок титановой продукции, кроме губчатого титана (который в основном и выпускается в Украине), потребляет и ферротитан, производимый сталелитейными заводами, составляющий основную конкуренцию титановой губке. Некоторые заводы Европы ориентируются на использование фер-ротитана, объясняя это потенциальным ростом дефицита титановой губки.

Положение поставщика титановой губки для производства ферротитана или титанового порошка и потеря рынка высококачественного титана для аэрокосмической техники не должно удовлетворять Украину. Так что же мешает Украине стать конкурентоспособной на рынке высококачественной титановой продукции? Попробуем разобраться в этом достаточно сложном вопросе.

Единственный в Украине производитель металлической титановой губки — Запорожский

Рис. 1. Статистика производства титановой губки, титановых слитков и проката ведущими мировыми производителями за 2006-2008 гг.

титаномагниевый комбинат (ЗТМК) имеет производственные мощности на уровне 20 тыс. т. титановой губки в год. Однако, невзирая на колоссальный дефицит губки на мировом рынке, ЗТМК медленно наращивает мощности ее производства и не заботится о расширении технологического цикла и сортамента выпускаемой продукции. Из-за незавершенности технологического процесса, продукция комбината не может быть востребована отечественными авиационными предприятиями, которые вынуждены закупать необходимые сплавы за границей. При этом, ЗТМК по «бросовым ценам» вынужден снабжать едва ли не полмира сырьевым полуфабрикатом низкого качества.

До каких же пор мы будем торговать дешевым «сырьем» вместо дорогостоящей готовой продукции ?

ISSN1727-0219 Вестник ддвигателестроения № 1/2009

— 141 —

По разным оценкам, для полного восстановления производства титана, Украине требуется инвестировать в отрасль 1-2 миллиарда долларов с периодом окупаемости в 5-10 лет. Такой объем инвестиций необходим не только для модернизации производства на ЗТМК, но и для расширения рудной базы и для модернизации производства на крымском ПО «Титан» и на ОАО «Су-мыхимпром». К таким инвестициям наше государство пока не готово, а вопрос акционирования предприятий титанового комплекса «висит в воздухе» уже многие годы. Конечно же, государство, в любых условиях рыночной экономики, не должно терять контроль над стратегической отраслью народного хозяйства. Но и не давать ей развиваться тоже бесхозяйственно и экономически не выгодно, так как Украина несет экономические потери, не используя потенциальные возможности своего, во многом уникального, титанового комплекса.

Разработанная в Украине программа развития подотрасли до 2011 года не учитывает известные разработки и потенциальные технологические новшества, которые будут в ближайшей перспективе использованы развитыми аэрокосмическими державами. Программа развития отрасли, естественно и закономерно, должна опираться на науку, ибо титановое производство относится к сфере высоких технологий и требует значительных усилий ученых и практиков для своего развития и поддержания на конкурентоспособном уровне. Поэтому необходимо максимально активизировать научный потенциал Украины и Запорожской области в направлении повышения эффективности титанового производства для укрепления конкурентных позиций Украины в международном экономическом пространстве. Управление титановым производством должно быть отдано исключительно в руки ведущим ученым, как это уже сделано за рубежом.

Совершенно очевидно, что «украинский титан», прежде всего, обязан завоевать рынок отечественных потребителей, а затем проявлять активность на мировом рынке, за счет повышения качества и расширения сортамента продукции самого высоко технологичного передела — листовой и сортовой прокат, штучные отливки и поковки.

Перечень ссылок

1. Николаев Г. И. Металл века / Г. И. Николаев. — М. : Металлургия, 1987. — 165 с.

2. Кудрявцев Ю. Н. Титановый век: проблемы, надежды, опасности / Ю. Н. Кудрявцев // Титан. — 2002. — № 1. — С. 79—81.

3. Тэлин В. В. Анализ тенденций развития технологий, производства и потребления титана / [В. В. Тэлин, В. И. Иващенко, И. Ф. Червоный и др.] // Титан. — 2005. — № 2. — С. 70—73.

4. Федоров В. Титановый бумеранг / В. Федоров, В. Щекин-Кроов // Рынок металлов. — 1999. — № 8. — C. 35—39.

5. Фалькевич Э .С. Мы все в одной подводной лодке / Э. С. Фалькевич // Рынок металлов. — 1999. — № 8. — C. 58—61.

6. Рынок титанового сырья в 2008 году [ Елек-тронний ресурс] : http: //www. infogeo. ru / metalls/press/.

7. Titanium Statistics and Information [Електрон-ний ресурс] : http://minerals.usgs.gov/minerals/ pubs/commodity/titanium/ #links.

8. Обзор рынка цветных металлов [Електрон-ний ресурс] : http: // arsenal.dn.ua/article/.

9. «Космический» прокат [ Електронний ресурс] :

http://www.dsnews.ua/companies-markets/ markets-regions/.

10. Ситуация на мировом рынке титана [ Електронний ресурс] : http://www.titanmet.ru.

11. Титан испытают на прочность [ Електронний ресурс] : http://titan-association.com/news.

Поступила в редакцию 10.01.2009

В cmammiрозглядаеться питання сучасного стану титанового виробництва у свтовш практищ, мсце iроль Украти у виробництвi конструкцшного матерiалу третього тися-чолття для потреб авiабудiвноi галузi. ОбТрунтовуеться необхiднiсть та економiчна цшеспрямоватсть вдосконалення та розширення титанового виробництва в Укра'М, як стратегiчного напрямку високих технологш в кольоровШ металурги. Оцтюеться потен-цшна можливсть нашо1 держави увшти до числа провiдних крат у виробництвi «лтаю-чого металу майбутнього».

The condition of titanium manufacture as of today in the world practice is analyzed, as well as the place and role of Ukraine in manufacturing this constructive material of the third millennium for aviation industry. The necessity and economic expediency of improving and expanding titanium production in Ukraine is substantiated as a strategic trend of high technologies in nonferrous metallurgy. Ukraine potential to rank among the countries leading in production of so-called flying metal of the future is estimated.