В целом прокатка стали – это пластическая обработка на прокатном стане при прохождении между валками.
По температуре обработки стали бывает горячекатаный прокат (металл нагревается выше температуры рекристаллизации, до уровня 80% температуры его плавления) и холоднокатаный прокат (30% и меньше от температуры рекристаллизации). В свою очередь, рекристаллизация – это образование и рост кристаллических зёрен материала (металла) за счёт существующих кристаллических зёрен. При горячей прокатке нагрев превышает 920 градусов. Например, для низкоуглеродистой стали температура горячей прокатки должна быть не ниже 1169 градусов.
Получение любого проката возможно 2-мя способами. При первом, на сегодня уже устаревшем, используются стальные слитки (отлитые в специальные формы-изложницы), перерабатываемые в готовый прокат в 2 стадии. Полученные слитки нагреваются и прокатываются в заготовку на обжимных станах, а после удаления дефектов поверхности (закатов, трещин и т.п.) выполняется повторный нагрев и финальная прокатка в горячекатаный лист или фасонный прокат.
При втором способе разливка в изложницы заменяется разливкой на машинах непрерывного литья (МНЛЗ), откуда заготовка также поступает на прокатные станы. Подобным образом исключается такое технологическое звено, как слябинги и блюминги, повышается качество, устраняются потери металла и ресурсов производства при обрезке слитка. В Украине большинство металлургических компаний имеет МНЛЗ и литейно-прокатные модули, а на остальных предприятиях имеются планы по внедрению такого оборудования.
По взаимному положению полосы металла и осей валков прокатка бывает продольная (полоса перпендикулярна валкам), поперечная (полоса параллельна валкам) и поперечно-винтовая или «косая» (валки под углом друг к другу и к оси полосы). Это позволяет получать продукт различной формы. Главные типы проката по форме и размерам – это горячекатаный лист, рулон или жесть и сортовой (простой или фасонный).
Сравнение горячекатаного и холоднокатаного проката
Сегодня в мире горячей прокаткой получают около 80% общего объёма металлопроката. Она требует меньше производственных усилий и, следовательно, меньше электроэнергии. Повышенная пластичность при такой прокатке позволяет за один передел получать значительное сокращение площади поперечного сечения заготовки. Слитки, в значительной мере неоднородные структурно и химически, могут быть обработаны только горячими.
Для горячекатаной (г/к) продукции во многом применяется марка стали 09Г2С, для холоднокатаной (х/к) – 08ПС. Холоднокатаная сталь проходит более длинный путь обработки – подвергается травлению, и лишь затем передаётся на стан. Поэтому, например, толщина х/к листа – не более 5 мм, а его поверхность намного ровнее.
Х/к лист обычно одинаковой толщины по всей площади, без окалины, которую не нужно сбивать перед покраской. Кроме того, при холодной прокатке поверхность металла упрочняется, а это улучшает его механические свойства; х/к лист при сгибании не трескается, более прочен на растяжение и разрыв. Тогда как г/к лист толщиной 3 мм и более обладает довольно большой погрешностью по толщине на площади листа, имеет неровную поверхность, а после термообработки его коробит, и требуется рихтовка.
ТАБЛИЦА. Сравнение свойств х/к и г/к листа
|
|
Холоднокатаный лист |
Горячекатаный лист |
|
Поверхность |
Ровная, поэтому используется там, где в конечном продукте это имеет значение, в т.ч. для металлоизделий (метизов) и в приборостроении |
Неровная, чаще всего середина листа «опускается», поэтому в основном применяется в строительстве и сварке металлоконструкций |
|
Напряжение в листе |
Равномерное. Это важное свойство металла любого назначения, особенно для приборо- и автостроения |
Неравномерное. Тем не менее, используется в машиностроении |
|
Исходный материал |
Обычно делается из низкоуглеродистой стали и имеет высокую пластичность (можно неоднократно и сильно гнуть) |
Делается из углеродистой, низколегированной стали. Для производства котлов и сосудов под давлением используют также легированную сталь |
|
Применение |
- авто- и судостроение - приборостроение - в строительстве (для получения профнастила, кровельных листов) - производство труб |
- строительство (в основном в виде несущих покрытий) - машиностроение, в т.ч. судо- и авиастроение |
В Украине значительная часть прокатных мощностей металлургических предприятий нуждается в модернизации с точки зрения как производственной эффективности оборудования, так и доступного сортамента.
Производство горячекатаного проката
«Горячие» станы способны производить плиты толщиной 50-350 мм, листы 3-50 мм и полосы (сматываемые в рулоны) толщиной до 20 мм. Станы для толстого листа включают 1-2 клети типа «дуо» или «кварто» (т.е. с одной или двумя парами валков), иногда с дополнительными вертикальными клетями для обжатия боковых кромок. Для полос применяются станы из 10-15 клетей «кварто» и клетей с вертикальными валками.
На выходе из валков ставятся выходные рольганги и другое вспомогательное оборудование для дальнейшей обработки: у толстолистовых станов – правильные машины, ножницы, термические печи и др., у полосовых – моталки для сматывания в рулоны, конвейер для рулонов, оборудование для их разматывания, правки, резки.
В свою очередь, сортовые станы довольно различны по своим свойствам. Основные их типы – это
- универсальные станы для широкополочных балок, обычно из 3 или 5 последовательных клетей;
- рельсобалочные станы ступенчатого типа из 2 или нескольких линий с клетями «трио» и «дуо»;
- крупносортные станы ступенчатого и полунепрерывного типа из 2 или нескольких линий с клетями «трио» и «дуо»;
- среднесортные станы ступенчатого типа в 2 или 3 линии;
- мелкосортные станы (непрерывные или полунепрерывные);
- непрерывные проволочные станы.
Обзор спецификаций горячекатаного проката
Г/к прокат подразделяется, среди прочего, на:
- «толстый лист» из углеродистой стали, а также из конструкционной качественной стали;
- тонкий лист из стали повышенной прочности;
- лиcт из углepoдиcтой, низкoлeгиpoвaнной или лeгиpoвaнной стали для кoтлoв и cocудoв пoд дaвлeниeм;
- лист для холодной штамповки из конструкционной качественной стали;
- для судостроения;
- низколегированный конструкционный для мостостроения;
- сортовой стальной горячекатаный (круглый, квадратный, шестигранный);
- сортовой и фасонный из нелегированной стали;
- сортовой из конструкционной нелегированной или легированной стали для холодной объемной штамповки;
- сортовой из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением.
Г/к лист может классифицироваться по точности (А – повышенной точности, Б – нормальной точности), по плоскостности (ПО – особо высокой, ПВ – высокой, ПН – нормальной плоскостности), по характеру кромки (НО – с необрезной кромкой, О – с обрезной кромкой) и др.
Преимущества горячекатаного проката, общие применения
Основное преимущество г/к проката – стоимость, что позволяет использовать более значительные его объёмы в сферах, где качество поверхности или внешний вид не столь важны. Например, при строительстве крупных объектов «красота» несущих металлоконструкций не принципиальна, то же самое касается крупных внутренних узлов машин и оборудования. Соответственно, г/к сталь используется прежде всего в таких «тяжёлых» секторах, как строительная индустрия, тяжелое машиностроение.
Производство холоднокатаного проката
«Холодные» станы бывают листовые (для поштучного листа), широкополосные (для рулона), лентопрокатные (для сматываемой ленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шириной от 20 до 600 мм), фольгопрокатные (для полосы толщиной менее 0,1 мм), плющильные (для обжатия проволоки в узкую ленту), для холодной прокатки труб.
При рулонной прокатке с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжные барабаны – моталки, для разматывания рулона перед подачей в валки и сматывания при выходе из них. Самые эффективные листовые станы – это непрерывные.
Обзор спецификаций холоднокатаного проката
Х/к прокат подразделяется, в частности, на:
- тонкий лист из углеродистой стали качественной или обыкновенного качества общего назначения;
- тонкий лист из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки;
- тонкий лист из электротехнической изотропной или анизотропной стали;
- лента из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали, из углеродистой стали, из термобиметаллов и др.
Преимущества холоднокатаного проката, общие применения
Достоинством х/к металла являются прочностные характеристики и внешний вид. На нём нет окалины. Напряжение в листе распределяется равномерно, что принципиально важно для проката любого назначения. Чаще всего делается из низкоуглеродистой стали и имеет высокую пластичность (т.е. можно неоднократно и сильно сгибать). Поэтому используется в различных сферах машиностроения (включая авто- и судостроение), в приборостроении, строительстве (профнастил, кровельный лист, отделочные материалы). Именно х/к лист подвергается оцинковке и покраске для получения металла с покрытием, который имеет улучшенные защитные свойства.
Выводы
Выбор между г/к и х/к прокатом (и их различными видами) зависит от запросов потребителя: строительство ли это несущих конструкций или же, напротив, отделочный материал для внешнего фасада, изготовление крупных тяжёлых машин – или производство точной электроники. Горячекатаная сталь выигрывает по цене и многообразию вариаций, холоднокатаная – по качеству и «внешности». При этом обратим внимание, что сортовой прокат является горячекатаным, тогда как сходные между собой типоразмеры листа могут быть как горяче-, так и холоднокатаными.
