Прокатка металла это

Что такое прокатка металла

Прокатка является базовой металлургической операцией, при которой нагретая или холодная металлическая заготовка пропускается через систему вращающихся валков прокатного стана. Силы трения захватывают металл и втягивают его в зазор между валками, где происходит обжатие. Под воздействием давления заготовка уменьшается по высоте, одновременно увеличиваясь в длину и частично в ширину.

Процесс прокатки служит не только для придания металлу нужной формы, но и для улучшения его внутренней структуры и механических свойств. Пластическая деформация способствует измельчению зерна металла, повышению его прочности и устойчивости к различным видам нагрузок. Продукция, получаемая на прокатных станах, называется прокатом, а совокупность различных профилей и размеров образует сортамент металлопроката.

Принцип работы прокатного процесса

Механизм деформации

Основу процесса составляет захват металла вращающимися валками за счет сил трения на контактной поверхности. Валки вращаются навстречу друг другу, создавая зазор заданной величины, который определяет толщину готового изделия. При этом происходит сложное напряженное состояние металла: материал испытывает сжимающие напряжения в вертикальном направлении и растягивающие в продольном.

Виды прокатки по направлению деформации

В зависимости от взаимного расположения осей валков и прокатываемой заготовки выделяют три основных способа. Продольная прокатка характеризуется перпендикулярным расположением оси полосы к осям валков, при этом металл движется только в поступательном направлении. Данный метод наиболее распространен и применяется для производства листов, лент, сортового проката.

Поперечная прокатка предполагает параллельное расположение осей заготовки и валков. Металл не только обжимается, но и вращается вместе с валками. Этот способ используется для изготовления шаров, осей колесных пар, тел вращения специальной формы. Поперечно-винтовая прокатка занимает промежуточное положение, где оси валков расположены под углом друг к другу и к оси заготовки. Широко применяется для получения полых трубных заготовок.

Виды прокатки металла

Горячая прокатка

Горячая прокатка выполняется при температурах выше 60-70% от температуры рекристаллизации металла. Для низкоуглеродистых сталей температура нагрева превышает 1100-1200 градусов Цельсия. При таких условиях металл обладает высокой пластичностью, что позволяет получать значительные степени обжатия за один проход.

Технология горячей прокатки составляет около 80% мирового производства металлопроката. Она позволяет существенно сокращать затраты энергии и времени, поскольку нагретый металл легко деформируется. Однако процесс сопровождается образованием окалины на поверхности металла, которая требует последующего удаления механическими или химическими методами. Структура горячекатаного металла характеризуется волокнистым строением и хорошими прочностными характеристиками.

Холодная прокатка

Холодная прокатка осуществляется при температуре металла не выше 30% от температуры рекристаллизации, что для большинства сталей соответствует комнатной температуре или незначительному нагреву. Процесс требует больших усилий деформации и выполняется в несколько проходов с промежуточными отжигами для снятия внутренних напряжений.

Холоднокатаный прокат отличается высоким качеством поверхности, точными геометрическими размерами и улучшенными механическими свойствами. Отсутствие окалины позволяет получать готовую продукцию без дополнительной зачистки. Материал приобретает повышенную прочность за счет наклепа, равномерное распределение внутренних напряжений и устойчивость к растрескиванию при изгибе. Холодная прокатка преимущественно применяется для производства тонких листов толщиной менее 3 миллиметров.

Прокатные станы и их классификация

Устройство прокатного стана

Прокатный стан представляет собой сложный комплекс оборудования, включающий рабочие клети с валками, приводные механизмы, системы управления и вспомогательное оборудование. Рабочая клеть состоит из станины, в которой установлены валки с подшипниковыми опорами. Валки приводятся во вращение электродвигателями через систему шестерен, шпинделей и муфт.

Станины изготавливаются из стального литья и обладают высокой жесткостью для восприятия значительных усилий прокатки, которые могут достигать нескольких тысяч тонн. Валки выполняются из высокопрочной стали или чугуна со специальной закалкой поверхности. В зависимости от типа производимого проката валки могут быть гладкими для листовой продукции или калиброванными с выточенными канавками для сортового проката.

Классификация прокатных станов

По количеству валков в рабочей клети станы делятся на двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые и многовалковые. Двухвалковые станы являются наиболее распространенными и универсальными. Четырехвалковые и многовалковые конструкции применяются для прокатки тонких листов и характеризуются наличием рабочих валков малого диаметра и опорных валков большого диаметра, что обеспечивает необходимую жесткость системы.

По расположению рабочих клетей различают одноклетевые, линейные многоклетевые, непрерывные и полунепрерывные станы. Одноклетевые станы, такие как блюминги и слябинги, предназначены для обжатия крупных слитков в заготовки. Непрерывные станы содержат несколько последовательно расположенных клетей, через которые металл проходит без остановки, что обеспечивает высокую производительность до 10 миллионов тонн проката в год.

Специализация станов

• Обжимные станы используются для первичной обработки слитков массой до 25 тонн, преобразуя их в блюмы или слябы
• Заготовочные станы производят промежуточные заготовки квадратного или прямоугольного сечения
• Листовые станы выпускают толстые листы от 4 до 50 миллиметров и тонкие листы менее 4 миллиметров
• Сортовые станы изготавливают профили различного сечения: круг, квадрат, уголок, швеллер, двутавр
• Рельсобалочные станы специализируются на производстве рельсов и крупных балок
• Проволочные станы получают проволоку диаметром от нескольких миллиметров
• Трубопрокатные станы применяют поперечно-винтовую прокатку для изготовления бесшовных труб

Сортамент металлопроката

Листовой прокат

Листовой прокат характеризуется плоской формой, где толщина значительно меньше двух других размеров. Производится в виде отдельных листов, полос или рулонов. Толстолистовой прокат толщиной от 4 до 160 миллиметров применяется в судостроении, мостостроении, производстве котлов и резервуаров. Тонколистовой прокат менее 4 миллиметров используется в автомобилестроении, производстве бытовой техники, строительных конструкций.

Широкополосной прокат поставляется в рулонах массой до 30 тонн и служит исходным материалом для производства труб, профилей, штампованных изделий. Рифленые листы с чечевичным или ромбическим рельефом используются для настилов, лестниц, площадок, где требуется антискользящее покрытие. Просечно-вытяжной лист находит применение в качестве армирующего материала и декоративных ограждений.

Сортовой и фасонный прокат

Сортовой прокат включает изделия простой геометрической формы сечения. Круглый прокат диаметром от 5 до 270 миллиметров служит заготовкой для механической обработки в машиностроении. Квадратный прокат размером стороны от 6 до 200 миллиметров применяется в строительстве и при изготовлении метизов. Шестигранный прокат используется для производства болтов, гаек, других крепежных элементов.

Фасонный прокат представлен профилями сложной конфигурации. Угловая сталь выпускается равнобокой и неравнобокой с размерами полок от 20 до 250 миллиметров. Швеллеры с П-образным сечением высотой от 50 до 400 миллиметров обладают высокой жесткостью при изгибе. Двутавровые балки высотой от 100 до 1000 миллиметров являются основными несущими элементами строительных конструкций. Специальные профили включают рельсы для железных дорог, шпунт для гидротехнических сооружений, профили для горнодобывающей промышленности.

Трубный прокат

Трубы производятся методом прокатки в широком диапазоне размеров. Бесшовные трубы получают прошивкой нагретой заготовки на специальных станах и последующей прокаткой. Они характеризуются высокой прочностью и применяются в ответственных конструкциях, работающих под давлением. Электросварные трубы изготавливают из листовой стали с последующей сваркой шва и отличаются меньшей стоимостью.

Специальные виды проката

К специальным видам относится продукция, получаемая с применением особых технологий. Периодический прокат с винтовыми ребрами используется в качестве арматуры для железобетона, обеспечивая повышенное сцепление с бетоном. Гнутые профили изготавливаются на профилегибочных станах из листовой стали и применяются в легких конструкциях. Калиброванный прокат проходит дополнительную обработку для получения повышенной точности размеров.

Применение металлопроката

Строительство

Строительная отрасль потребляет более 60% производимого металлопроката. Арматурная сталь диаметром от 6 до 40 миллиметров является обязательным компонентом железобетонных конструкций, увеличивая их прочность на растяжение и изгиб. Строительные балки, колонны, фермы из двутавров и швеллеров формируют каркас промышленных и гражданских зданий. Листовой прокат применяется для кровельных покрытий, стеновых панелей, облицовки фасадов.

Машиностроение и транспорт

Автомобилестроение использует холоднокатаную листовую сталь для производства кузовных деталей, требующих высокой штампуемости и качества поверхности. Судостроение применяет толстолистовой прокат для корпусов судов, способный работать в условиях динамических нагрузок и агрессивной среды. Железнодорожный транспорт потребляет рельсы специальных профилей, колесные пары, элементы подвижного состава.

Энергетика и нефтегазовая промышленность

Энергетическое оборудование изготавливается из специальных марок стали, способных работать при высоких температурах и давлениях. Трубопроводы для транспортировки нефти и газа требуют труб большого диаметра с повышенной коррозионной стойкостью. Емкости, резервуары, котельное оборудование производятся из толстолистового проката с гарантированными механическими свойствами.

Другие отрасли

Приборостроение и электротехника используют холоднокатаную ленту и листы малых толщин для корпусов приборов, электрических шкафов, трансформаторного оборудования. Пищевая промышленность применяет нержавеющий прокат для изготовления оборудования, контактирующего с продуктами. Химическая промышленность требует специальных сталей, устойчивых к воздействию агрессивных сред. Сельское хозяйство потребляет прокат для производства сельскохозяйственной техники, ограждений, складских помещений.