Среди основных направлений технического развития комплекса по-прежнему ведущее место занимают и, по-видимому, сохранят свою роль в перспективе малоотходные ресурсосберегающие технологии, непрерывные производства, технологии комплексной переработки природного сырья, компактные мини-заводы, развитие автоматизированных систем управления и контроля технологических процессов. Усиление ресурсосберегающих и природоохранных тенденций еще больше ограничит экономическую роль фактора роста единичной мощности основных технологических агрегатов и установок. Растет роль модульного принципа в проектировании промышленного оборудования.

Кроме того, вторая половина прошлого столетия характеризуется колоссальным ростом количества и разнообразия новых конструкционных и функциональных материалов и композиций различного назначения. Металлургические компании в последние десятилетии работают с опережением, стараясь предугадать потребности рынка, предлагая новые, более совершенные виды металлопродукции, используя при этом современные методы логистики, маркетинга и меры государственной поддержки, особенно во внешней торговле. В разработке новых материалов и композиций заметно возросла роль сравнительно небольших специализированных фирм и компаний, способных гибко адаптировать свои программно-целевые установки к требованиям рынка.

Кроме того, в процессе разработки новых видов продукции резко расширяется сотрудничество с потребителями в различных формах: от обмена информацией до совместных конструкторских и технологических разработок и маркетинговых программ. Современное развитие мировой металлургии определяется, как и прежде, динамикой потребления металлопродукции в условиях обострения внутри и межотраслевой конкуренции, состоянием энергосырьевого обеспечения, ростом затрат на охрану окружающей среды, наличием ресурсов капитала для модернизации действующих предприятий внедрения новых технологических разработок.

Особую остроту приобретает проблема сырьевого обеспечения вследствие растущего дефицита сырья и повышения цен на все виды минерального сырья. Исключительно важным моментом является развитие в современной металлургии компьютерного программирования и моделирования реальных технологических процессов - плавки, деформации, термообработки и т.д. практически любой сложности так называемая «виртуальная металлургия, что позволяет на несколько порядков сократить издержки при освоении инноваций.

Эти операции обычно применяются в рамках нового подхода при разработке новых материалов, получившего название «с самого начала». Долгосрочной целью этого метода является создание принципиально нового материала с прогнозируемыми при обработке и применении свойствами. Этот подход успешно используется в Германии в Университете RWTH и в Институте чугуна и стали им. Макса Планка, где разработаны стали с TWIP-эффектом Twinning Induced Plasticity, которые сочетают высокую прочность с относительно высокой пластичностью, что позволяет поглощать большое количество энергии. Это позволяет, например, снизить массу автомобильного кузова на треть, что в итоге дает значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Согласно данным World Steel Association, базовыми технологиями в производстве стали являются: интегрированный сталеплавильный процесс с использованием аглодоменного передела и кислородного конвертора, сырьем которого являются чугун и железорудные продукты - агломерат, окатыши, концентрат, лом, а также кокс природный газ в качестве энергоресурсов, известняк и некоторые другие вспомогательные материалы. На этот процесс приходится две трети производимой стали. дуговые электропечи, сырьем для которых является стальной лом, альтернативные продукты прямого восстановления, в том числе металлизованные окатыши и брикетированное железо. С использованием этого процесса в мире производится около трети стали. Скорее всего, и в обозримой перспективе ведущую роль сохранит традиционный металлургический цикл чугун-сталь-прокат, своеобразный технологический mainstream, в качестве основного источника получения первородного металла. Эти процессы сохраняют ведущую роль прежде всего вследствие определенных резервов совершенствования технологии, а также огромного накопленного промышленного потенциала и высокой инерционности инвестиционных процессов в отрасли. В основных переделах на сегодня достигнуты единичные мощности производственных агрегатов, близкие к предельным, и, как показала практика, дальнейший рост этого показателя ведет к потере экономической эффективности и, что особенно важно, к обострению экологических проблем.

Параллельно опережающими темпами будут развиваться компактные технологии с использованием альтернативного сырья, лома, металлизованных окатышей, горячебрикетированного железа, карбида железа и т.д. главным образом в составе мини и микро-заводов на базе электродуговой плавки.

В производстве проката и других видов металлопродукции высокими темпами развивается использование агрегатов непрерывного литья, в том числе тонких слябов, а также прямого литья полосы. Наиболее динамично развиваются отделочные и облагораживающие операции, в том числе нанесение различных покрытий на стальной прокат, фактически создающих особый вид конструкционных материалов.

В развитии металлургической техники и оборудования основными направлениями являются повышение компактности, энергоэкономичности, сокращение передельных затрат, а также автоматизация, компьютеризация, повышение экологической безопасности. С развитием цветной металлургии ведущих стран связано качественное совершенствование продукции традиционных, а также становление и развитие отраслей наукоемкого сектора. Традиционно основные предприятия первичных переделов сосредотачивались в районах залегания минеральных ресурсов, расположенных в основном на территории развивающихся стран. До последнего времени это обеспечивало ведущим мировым компаниям - основным потребителям цветных металлов, экономию ресурсов, капитальных, эксплуатационных, экологических затрат, трудовых издержек в результате облагораживания импорта готовых полуфабрикатов для последующей обработки.

В последние годы ситуация изменилась существенным образом: в связи с резким ростом мировых цен на сырье ведущие компании Бразилии, Австралии, ЮАР определяют ситуацию на мировых рынках. Растет зависимость наукоемких производств ведущих стран от импорта большинства металлов, в том числе титана, алюминия, никеля, циркония, платиноидов, редкоземельных элементов и т.д. Эти материалы играют решающую роль в разработке новейших рыночных продуктов, осуществлении инноваций, реализации крупных инвестиционных проектов, повышении экологической безопасности производства, развитии ресурсосберегающих технологий.

В ответ на технологические вызовы и рост дефицитности сырьевых материалов особое внимание уделяется инновациям в геологоразведке, позволяющим выявлять и разрабатывать ресурсы на больших глубинах земной коры и шельфа, а также новым высокоэффективным технологиям добычи и переработки минерального сырья, отвечающим современным повышенным экологическим требованиям. Например, предполагается осуществление совместных проектов ЕС с Геологической службой США, с Международным Агентством по изучению морского дна, в проектах по освоению минеральных ресурсов Арктики, совместных проектов со странами, обладающими запасами минерального сырья, исследований по безопасности международных маршрутов транспортировки сырья. При этом возникает ряд сопряженных проблем, требующих соответствующих инновационных решений.

Прежде всего, необходимо расширение информационной базы о месторождения сырьевых ресурсов. Во-вторых, требуется соответствующее кадровое обеспечение этих разработок, так как сегодня эта отрасль испытывает серьезный дефицит профессиональных специалистов. Обострение проблем сырья способствовало ускоренному росту вторичной металлургии. При этом успехи химико-металлургической переработки делают весьма рентабельным бизнесом переработку огромных отвалов, накопленных в предыдущие годы.

Одним из главных факторов современной модернизации металлургического производства является растущая роль диверсификации и индивидуализации рыночного спроса, прежде всего со стороны инновационного сектора. С этим связан непрерывный рост высокоспециализированной и сравнительно дорогой металлопродукции, что предполагает наличие соответствующего технологического оборудования, вакуумное, лазерное, электроннолучевое, плазменное, высокочастотное и т.д, сложной инфраструктуры, инжиниринговых и исследовательских центров.

Специальная металлургия сохраняет базовую роль формирования и развития новых и наукоемких отраслей, производств. Наиболее динамично развиваются направления, получившие название «революция материалов», связанные с созданием материалов и композиций с новыми, зачастую уникальными свойствами, обеспечивающих опережающий рост инновационных производств, композиты, новые поколения конструкционной и функциональной керамики, металлические и гибридные материалы, ситаллы, жаропрочные эмали и т.д.. Эти виды конструкционных и функциональных материалов обеспечивают развитие наиболее сложных инновационных направлений современного научно-технического развития, реакторостроение и атомная техника, ракетно-космическая техника и авиапромышленность, новые подотрасли энергетики, биотехнологические установки, медицинская техника.

С другой стороны, основная масса высокостандартизованной и сравнительно недорогой металлопродукции массового спроса выпускается крупными предприятиями. В этом секторе модернизация направлена главным образом на снижение производственных затрат. Нельзя не отметить, что в настоящее время большинство крупных предприятий, учитывая потребности рынка, наращивают массовое производство металлопродукции с высокой степенью обработки, добавленной стоимости, например, полуфабрикатов с различными покрытиями и т.п. Постоянный рост интенсивности эксплуатационных режимов современных машин и оборудования способствует появлению новых принципов и подходов к созданию и использованию металлических материалов и технологий их изготовления.

Среди этих принципов можно выделить: - интенсивный переход к применению материалов в метастабильном состоянии; - усиление роли синергизма механических свойств и экстремальных технологий: технологические процессы должны обеспечивать создание структуры материалов с высоким уровнем неравновесности и его самоорганизацию в неравновесных условиях; - практически сформировалась тенденция создания так называемых интеллектуальных «разумных» материалов и технологий их изготовления, т.е. в процессе создания материала должны закладываться принципы самовоостановления, саморегулирования, самодиагностики, что позволит исключить деградацию свойств в процессе эксплуатации изделий, а в отдельных случаях даже их существенно улучшить; резко возросла роль поверхности и ее свойств в обеспечении прочности и эксплуатационных свойств изделий; это привело к появлению нового направления - инженерии поверхности методами комбинированного и физико-химического воздействия.

Реализация этих подходов выбора материалов позволяет существенно снизить материалоемкость изделий и при этом улучшить их эксплуатационные свойства. Это, в свою очередь, предполагает развитие технологических процессов нового уровня, основными чертами которых является глубокий передел и высокая безотходность при создании конечного продукта. Среди важнейших продуктовых инноваций можно выделить следующие главные отраслевые направления использования металлопродукции.

Автомобильная промышленность и транспорт - Создание высокопрочных марок листовых сталей с улучшенной штампуемостью, что позволит сократить расход топлива за счет уменьшения веса автомобиля; сталей без экологически неблагоприятных легирующих компонентов; материалов с повышенной способностью к рециклированию, вторичному использованию; материалов повышенной эксплуатационной безопасности за счет увеличения энергопоглощения при интенсивном высокоскоростном деформировании.

С позиции долговечности и декоративных свойств особое внимание будет уделено созданию материалов с повышенной коррозионной стойкостью, в том числе композитов, биметаллов, сотовых изделий, композиций типа «сэндвич» и т.д. Острая конкуренция на рынках и короткий жизненный цикл изделий заставляют автопроизводителей сокращать время для новых разработок, что, в свою очередь, влияет на сроки разработки и внедрения новых материалов. Практическим примером оперативной реализации программы в сфере автомобильных инноваций является проект InCar компании ThyssenKrupp Steel, включающий целый комплекс инновационных решений. В рамках проекта InCar специалисты компании предложили решения в области материалов и технологии производства для всех элементов конструкции современного автомобиля: кузова, ходовой части, трансмиссии. Эти решения открывают возможности значительного прогресса в отношении снижения массы, экономии издержек и повышения эксплуатационных характеристик автомобиля.

В процессе разработок удалось создать новую сталь TPN-W (Three Phase mit Nano-Ausscheidung - трехфазная сталь с нанодисперсионным твердением). Преимущество этих сталей заключается в сбалансированном сочетании механических свойств, что обеспечивает, в частности, равномерное упрочнение при высокой степени пластического деформирования. При этом особая микроструктура этих сталей способствует уменьшению возникающего при обработке давлением упругого восстановления. Это позволяет изготавливать конструктивные элементы сложной конфигурации. Серийное использование этой стали в производстве автомобилей позволило на 12% сократить издержки и на 19% массу машины по сравнению с традиционными материалами и технологиями.

Другим примером достижений в области автомобильного материаловедения является разработка звукоизоляционного композиционного сэндвич-материала на основе стали типа Bondal, позволяющего снизить уровень шума в салоне до 20 дБ. Кроме того следует отметить создание высокопрочной тонколистовой стали для вагонов повышенной грузоподъемности; алюминиевого листа и профили для создания скоростных пассажирский вагонов; шинного корда; канатов и тросов повышенной прочности и стойкости для подъемный устройств и мостов, рельс повышенной износостойкости длиной не менее 100 м.

Промышленное и гражданское строительство - Создание сейсмостойких и сейсмоизолирующих материалов, а также материалов с повышенной огнестойкостью; металлопродукции, стойкой при любых атмосферных воздействиях; металлопродукции, обеспечивающей создание облегченных строительных конструкций с повышенной теплоизоляцией.

Топливно-энергетический комплекс - Высокоэффективные стали класса Х- 100,Х-120 для нефте-газодобычи из глубоководных морских месторождений, а также для транспортировки углеводородов; материалы, способные эксплуатироваться при повышенных температурах и давлениях; металлопродукция для энергогенерирующего оборудования: турбин, атомных реакторов, ветровых электростанций, солнечных батарей и т.д.

Производство емкостей и тары - Металлопродукция повышенной прочности для химических аппаратов, реакторов, железнодорожных цистерн; создание металлопродукции, в том числе жести, для изготовления пищевой упаковки пониженного веса, банки, пленки, фольга с нетоксичным антикоррозионным металлическим и ламинированным покрытием.

Медицина - Нержавеющие стали и некоторые цветные металлы широко используются в современной медицине в качестве биоимплантантов и биоэндопротезов. Особую роль играют титановые сплавы благодаря высокой коррозионной устойчивости, великолепной биосовместимости и отсутствия аллергических реакций. При этом титановые сплавы имеют низкий модуль упругости. Кроме того, титановые сплавы, например с никелем, при определенных условиях обладают эффектом памяти формы, что также широко используется в различных секторах медицины, например, костной и сосудистой хирургии.

Как указывалось выше, особенность современного металлургического производства заключается в преобладании достаточно зрелых технологий, в которых востребованность принципиальных инновационных изменений относительно невелика, равно как и доля НИОКР в отгруженной продукции. Скорее всего, поэтому в списке Top100 global companies by R&D нет ни одной металлургической. Уровень технической эффективности многих базовых металлургических технологий близок к своему пределу, поэтому главным резервом инновационной стратегии компаний является использование научно-технических достижений фундаментальной науки и наукоемкой сферы. В секторе «большой» металлургии большинство инноваций относятся к категории технологических и продуктовых усовершенствований продукции массового спроса.

Так, по данным ЕС, продуктовый сортамент европейской черной металлургии за последние десять лет обновился почти на 70%2. Наряду с этим направлением сохраняют значение технологические и конструктивные совершенствования, направленные на повышения эффективности путем снижения трудозатрат, материало- и энергоемкости, как важнейшие факторы повышения ценовой конкурентоспособности металлопродукции.