Применение и технология производства холоднокатаного листа

Качественная сторона и виды

Как отмечалось выше, для клиента предлагается несколько разновидностей продукции, которые разделены по ряду признаков:

• По типу производства выделяется горячекатаная и холоднокатаная продукция. Изделия отличаются по стоимости, техническим параметрам и особенностям. Некоторые производители отмечают, что ХК листы считаются производной ГК.
• По виду материала. Сегодня используются в качестве базы различные ресурсы. Наибольшей популярностью пользуются низколегированные стальные, а также листы нержавеющие. Рассматриваемая сторона предопределяет ценник, качество и сферы применения.
• По точности. Выделяются продуктовые единицы, которые обладают обычной и повышенной точностью, это предопределяет возможность эксплуатации в той или иной области активности человека.

Преимущества проката листового

Горячая прокатка полосы – черновая группа клетей

Эффективность гидромеханического удаления окалины зависит от силы удара, которая определяется типом и конструкцией сопел для гидросбива, углом подачи струй, расходом жидкости и давлением, под которым жидкость попадает на поверхность прокатываемого металла, а также расстоянием между соплами и поверхностью проката.

При согласованном автоматическом регулировании оптимального режима работы нагревательной печи и параметров устройства для удаления окалины можно (и достаточно просто) повысить эффективность удаления окалины и уменьшить вероятность образования поверхностных дефектов. Дополнительная экономия воды в устройствах для гидросбива окалины достигается путем подачи воды с переменным расходом по ширине проката. Регулируемые по высоте коллекторы с соплами гарантируют полное удаление окалины с поверхности слябов, полос и листов различной толщины. Необходимые рабочие параметры прокатного стана определяются с помощью специализированных компьютерных моделей, функционирующих на принципах нечеткой логики и аналитических нейронных сетей .

Другим шагом на пути прогресса стали разработка и производственные испытания вращающихся окалиносбивателей. Эти устройства отличаются закреплением форсунок на вращающихся дисках, установленных в спреерной головке. Вследствие вращательного движения дисков с форсунками и одновременного поступательного движения прокатываемого металла каждая точка на поверхности металла подвергается многократному воздействию водяных струй. Это значительно улучшает результат удаления окалины. Недостатками такой конструкции являются высокая скорость ее износа и сложность .

Параллельно данным разработкам исследуют и другие способы удаления окалины с поверхности горячей полосы, которые смогут частично заменить травление, например, плазменный способ удаления окалины или обдувка абразивными частицами с использованием технологии глубокого вакуума .

Вертикальная (эджерная) клеть в составе обжимного стана может уменьшить ширину сляба в среднем на 150 мм, что позволяет отливать слябы единого размера по ширине и получать из них горячекатаную полосу различной ширины. В этом случае значительно повышается производительность участка непрерывного литья слябов и достигается более высокая точность ширины полосы по ее длине. Эджеры оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой и автоматизированной системой контроля ширины. Физические модели, используемые для расчета установочных параметров нажимного механизма эджерной клети, позволяют уменьшить колебания ширины при прокатке и снизить образование дефекта типа «собачья кость». В результате уменьшаются отходы металла, связанные с отклонениями ширины на концах полосы и повышенной обрезью .

Смещение полосы относительно оси прокатки предотвращается с помощью автоматизированной системы установки валков в сочетании с системой регулирования боковых проводок, имеющей мощный гидравлический привод; этими системами оборудованы реверсивные обжимные клети. Благодаря автоматическому регулированию положения валков поддерживается правильная форма зазора между валками и регулируется поперечное течение металла по отношению к оси прокатки .

В середине 1980-х годов было предложено оборудовать колпак на подводящем рольганге чистовой группы клетей для получения более равномерного распределения температуры, что должно было обеспечить достижение более однородной микроструктуры. Эту же цель преследовало и размещение моталок в печах, примененное на некоторых прокатных станах. Такие моталки располагали на входе в чистовую группу клетей для перемотки рулонов полосы промежуточной толщины и подачи полосы в чистовые клети. Благодаря более высокой и равномерно распределенной температуре промежуточной полосы появилась возможность уменьшить усилия в клетях при прокатке задних концов полосы в рулонах и вести прокатку без ускорения в последней клети .

Разработка и внедрение бесконечной прокатки позволило сократить потери с обрезью, повысить стабильность процесса прокатки, уменьшить термомеханические нагрузки на валки и повысить выход годного в чистовой группе клетей. При бесконечной прокатке концы подката соединяют сваркой плавлением или сваркой давлением .

Виды сечения и покрытия

По типу поперечного сечения стальные трубные элементы подразделяются на круглые и профильные. Круглые относятся к универсальному виду, имеют широчайшую градацию по диаметру отверстия и толщине стенок. Производятся только в промышленных условиях из стальных сплавов и различных добавок, усиливающих физические характеристики материала.

Из полированной стальной трубы с круглым сечением можно сделать практичный и красивый навес, который надолго сохранит привлекательный внешний вид и защитит вход от выпадающих осадков

Спектр применения охватывает почти все промышленные и бытовые области. Круглые стальные трубы разных диаметров применяют для транспортировки нефти и газа, для оборудования надежной изоляции коммуникационных систем любой сложности и размера, для создания легких строений и различных элементов внешнего и внутреннего декора.

Профильные трубы – это прогрессивный вид строительного металлопроката с овальным, квадратным или прямоугольным сечением. Производится из низколегированной и углеродистой стали, реже из нержавейки, путем холодной или горячей деформации прямошовной круглокалиберной электросварной заготовки.

Формовка осуществляется путем прохождения детали через валки, которые и обеспечивают необходимое сечение.

Из труб с профильным сечением строят металлоконструкции разных видов и назначения, монтируют каркасы зданий, опоры, сложные межэтажные и пролетные перекрытия. Конструкции выдерживают значительные физические, вибрационные и механические нагрузки, надежно служат многие годы и подходят для интенсивной эксплуатации в любых атмосферных условиях

Готовые стальные трубы проверяют на предмет целостности сварного шва и подвергают дополнительной термической обработке, позволяющей снять внутреннее механическое напряжение. Потом раскраивают в соответствии с требуемыми габаритами. Для улучшения физических свойств стальных труб на них наносят защитное покрытие.

К самыми востребованным видам относятся:

• цинковое (холодное или горячее);
• полиэтиленовое многослойное или экструдированное;
• эпоксидно-битумное;
• цементно-песчаное.

Цинковое предохраняет трубы от появления коррозии, полиэтиленовое создает на поверхности плотный, непроницаемый слой и предотвращает разрушение структуры металла, битумно-эпоксидное снижает влияние блуждающих токов, а цементно-песчаное защищает внутреннюю поверхность от биологического обрастания.

Из чего катаем прокат?

Прокат — это, разумеется, металл. Прежде всего — сталь, которая в силу своей твёрдости и (в нагретом состоянии) пластичности поддается обработке давлением, качением и вытягиванием. Однако сталь — не единственный материал для проката. Кроме нее обработке такими же методами могут подвергаться цветные металлы (медь, алюминий, олово) и их сплавы (бронза, латунь, томпак и др.) Все они имеют главное свойство, необходимое для того, чтобы материал был «прокатным» — способность изменять под давлением и сохранять в дальнейшем нужную форму.

При этом стоит отметить, что несмотря на то, что «прокатные» металлы были известны издревле, технология проката начала развиваться бурными темпами только после того, как технологии металлургии позволили получать в достаточных количествах сталь заранее заданного химического состава — то есть с содержанием углерода менее 2,1%.

Горячекатаная и холоднокатаная сталь — в чем разница?

Помимо горячекатаных также существуют холоднокатаные стали, которые имеют с ними много общего. Холоднокатаные (Х/К) изделия изготавливают в виде длинных листов, которые для удобства собирают в большие мотки. Х/К-изделия изготавливают из металлических сплавов, а самым популярным материалом является сталь (хотя бывают также медные, алюминиевые, латунные и другие полосы). Х/К-изделия также в основном применяются в трудоемких отраслях промышленности — производство запчастей для самолетов, автомобилей и поездов, изготовление труб, создание навесных конструкций.

Основные различия

• Для изготовления Г/К-изделия металлическую заготовку-сляб нагревают до температуры 700-1000 градусов — потом она прессуется с помощью валковых устройств-клетей. Для получения холоднокатаного объекта берется уже готовое Г/К-изделия — оно очищается от окалины и проходит прессование с помощью валковых клетей. Дополнительный нагрев заготовок не осуществляется.
• Технология Г/К является грубой, поэтому она позволяет получить полосы толщиной не менее 2 миллиметров (это ограничение появляется из-за особенностей расширения металлов при нагреве). Однако для изготовления одной полосы требуется минимум времени и оборудования, поэтому стоят такие объекты дешевле. Технология Х/К является более точной. С ее помощью можно уменьшить лист до толщины 0,35 миллиметров. Однако обработка является более трудоемкой, поэтому Х/К-полосы будут стоить на порядок дороже.
• Во время нагрева заготовки-сляба образуется большое количество окалины, которая попадает внутрь металлического сплава. Механические способы удаления позволяют избавиться лишь от части окалины. Поэтому Г/К-изделия будут отличаться хорошей, но не идеальной прочностью. В случае применения Х/К-технологии образования окалины можно избежать. С помощью финальной закалки можно улучшить качество сплава за счет рекристаллизации. Поэтому Х/К-изделия будут отличаться более высокой прочностью, надежностью.
• Из-за активного образования окалины при нагреве также большое количество гари и мусора оседает на поверхности горячекатаного проката. Во время изготовления холоднокатаной стали происходит зачистка и обработка внешней поверхности листа. Поэтому холоднокатаные объекты полосы будут обладать более высокими качествами (металлический блеск, отсутствие гари, равномерный цвет).
• Листовая горячекатаная сталь применяется для производства изделий и запчастей, к которым не предъявляются высокие требования относительно вида. Скажем, этот материал можно применять для изготовления внутренних деталей авто, поездов и кораблей. Тогда как Х/К-лист выглядят более красиво, поэтому их можно использовать для изготовления внешних облицовочных материалов (каркасы автомобилей, жестяные банки, профлисты).

Сводная таблица

2.1 Характеристика оборудования широкополосных станов 2000

Горячекатаная полосовая сталь составляет до 70% всего горячекатаного листового проката. Часть этого количества служит исходной заготовкой для полосовой холоднокатаной стали. Товарный прокат полосовых станов поставляют заказчику в виде рулонов или листов. Производительность широкополосных станов на тонну установленного оборудования в несколько раз выше, расходный коэффициент по металлу и себестоимость ниже, чем на толстолистовых станах. В настоящее время горячекатаная полосовая сталь прокатывается на станах следующих типов:

а) широкополосных непрерывных (6-7 млн.т. в год);

б) широкополосных полунепрерывных (2-3 млн.т. в год);

в) широкополосных реверсивных универсальных(до 0,4 млн.т. в год);

г) широкополосных реверсивных с моталками в печах (до 0,6 млн.т. в год);

д) полосовых планетарных (до 0,15 млн.т. в год).

Широкий сортамент непрерывных полунепрерывных станов (толщина полос от 0,8-1,2 до 16-25 мм., ширина до 2350 мм.), Высокая производительность и другие технико-экономические показатели обеспечили их преимущественное применение и развитие для производства горячекатаной полосовой стали. В последней клети непрерывных станов достигнута скорость прокатки 27 м/с, предусматривается увеличение до 30 м/с. Суммарная мощность главных приводных двигателей до 150000 кВт, масса оборудования до 40000 т. Широкополосные станы горячей прокатки состоят из двух групп рабочих клетей: черновой и чистовой, расположенных последовательно и связанных между собой рольгангами. Производительность и технологию прокатки определяют в основном характеристика и состав оборудования черновой и чистовой групп стана. На рисунке 1 приведена схеме прокатного производства .

Рис. 1 Производство листового проката

Широкополосный стан горячей прокатки «2000» состоит из:

— участка загрузки;

— участка нагревательных печей;

— черновой группы клетей;

— промежуточного рольганга;

— чистовой группы клетей;

— уборочной линии стана.

Участок загрузки состоит из склада слябов, загрузочного рольганга, трех подъемных столов со сталкивателями, трех передаточных тележек и двух весов.

Участок нагревательных печей состоит собственно из трех нагревательных печей методического типа, загрузочного рольганга перед каждой печью, приемного рольганга после печей, сталкивателей слябов напротив каждой печей и приемников слябов из печей.

Черновая группа клетей состоит из вертикального окалиноломателя (ВОЛ), горизонтальной клети «ДУО», пяти универсальных клетей «кварто» включая три последние, объединенные в непрерывную группу.

Промежуточный рольганг оснащен тепловыми экранами типа «энкопанель» и карманом разделки недокатов.

Чистовая группа стана включает летучие ножницы, чистовой роликовый окалиноломатель, семь клетей «кварто» (7-13), оснащенных гидронажимными устройствами, три клети (11-13) оснащенными системами противоизгиба рабочих валков. Все межклетевые промежутки оснащены устройствами ускоренного охлаждения прокатываемых полос.

Уборочная линия включает две группы моталок (для тонких и толстых полос), в каждой из которых по 3 моталки, отводящий рольганг с двумя душирующими устройствами перед каждой из групп, а также тележки съемников, контователей, приемники и транспортирующие конвейеры рулонов с подъемно-поворотными столами, а также двое весов и рулоновязальной машиной на первой группе моталок.

Рис. 2 Схема расположения оборудования в линии широкополосного стана 2000 горячей прокатки на ЛПЦ № 10, ОАО «ММК»: 1-рольганг загрузочный; 2 — печь методическая с шагающими балками; 3 — рольганг печной; 4 — клеть с вертикальными палками (R0); 5 — клеть черновая дуо (Ш); 6 клеть черновая универсальная R2; 7 — клеть универсальная черновая R3;8 — клеть универсальная черновая R4; 9 — клеть универсальная черновая R5; 10 клеть универсальная черновая R6: 11 — система теплозащитных экранов ENKOPANEL; 12 — ножницы летучие; 13 — окалиноломатель числовой; 14 — клетъ чистовая F1; 15 — клеть чистовая F2; 16 — клеть чистовая F3; 17 — клеть чистовая F4; 18 — клеть чистовая F5; 19 чистовая F6; 20 — клеть чистовая F7; 21 — установка ускоренного охлаждения тонких полос; 22 — моталки для тонких полос; 23 — установка ускоренного охлаждения толстых полос; 24 — моталки для толстых полос.

Сфера использования листового проката

Область применения того или иного вида листового проката напрямую связана с составом сырья и используемой технологии производства листов. Так, толстые листы горячекатаной стали используются в строительстве воздушных и морских судов, станков, конструкций, подверженных высоким нагрузкам. Сталь холодного катания с меньшей толщиной востребована в автомобилестроении, производстве различного промышленного оборудования. Нержавеющая листовая сталь широко используется в промышленности, строительстве и в качестве декоративно-отделочного материала. Разновидности листовой стали с перфорацией и рифлением необходимы при возведении перекрытий зданий. Лист оцинкованный используется как кровельный материал, а также незаменим при строительстве ограждений.

Тянем, давим, катаем…

В промышленности требуется «сплошной» прокат: листы, прутки, ленты, швеллеры, рельсы, балки и т. д. Чтобы его получить металл в горячем состоянии «прогоняют» между валками прокатного стана. При этом профиль проката (то есть его поперечное сечение) будет определяться только формой валков. Ими можно придать металлу самые разные сечения — от прямоугольных до рельсовых.

При этом профиль проката (то есть форма его поперечного сечения) будет определяться только формой валков. Ими можно придать металлу самые разные сечения — от прямоугольных до рельсовых.

Технология проката позволяет придать приблизить форму металлической заготовки к готовому продукту (например — рельсу) и тем самым сэкономить время и энергию на окончательной обработке.

Обычно металл прокатывают в горячем (докрасна или добела разогретом) состоянии. Но есть несколько металлов (точнее — сплавов), которые прокатываются в холодном виде. К ним относятся, например, бронза и латунь, которые при высокой температуре становятся слишком мягкими и легко разрушаются (крошатся).

Особенности материала

Физические особенности:

• Высокая прочность. Прокат листовой холоднокатаный проходит ряд технологических обработок, которые устраняют внутренние натяжения сплава, улучшают прочность материала.
• Маленькая толщина. Х/К-изделие получают методом многократного прессования, что позволяет получить изделие маленькой толщины (менее 1 миллиметра).
• Приятный вид. Поверхность холодного проката является чистой (отсутствует накипь, гари, следы термического воздействия). Поэтому материал можно использовать для эстетической отделки поверхности или изделий.
• Низкий риск образования ржавчины. В конце обработки Х/К-изделий обычно выполняется нагрев материала для рекристаллизации, что минимизирует риск коррозии при длительной эксплуатации.

Обратите внимание, что помимо холоднокатаных существует также горячекатаные листы. Эти материалы имеют много общего, а Х/К-изделия получают из горячекатаных листов с помощью прессования

Основные отличия холоднокатаной и горячекатаной стали

Холоднокатаный лист

Стоит отметить, что оба вида листов изначально получают в результате горячей катки на прокатном стане. Заготовки для холоднокатаного материала затем подвергаются травлению, после чего проходят холодную прокатку. Таким образом, эти листы имеют более долгий процесс изготовления, что отражается на их цене. Поверхность отличается более высоким качеством. При этом предусматривается разнообразие по толщине (от 0.35 до 5 мм) и твердости.

Преимущества материала:

• отсутствие необходимости дополнительной обработки перед нанесением декоративно-защитных материалов;
• высокая прочность;
• устойчивость к термодеформации.

Холоднокатаный лист является исходным сырьем для производства перфорированных листов, профнастила и др. Устойчивость к деформации под влиянием температуры (при сварке) позволяет применять этот материал для изготовления конструкций, предусматривающих повышенные требования к точности геометрических параметров..

Технология производства

Листовой материал изготавливают из слябов, которые представляют собой крупные плиты толщиной 75 – 600 мм и шириной до 2 500 мм. Они изготавливаются из обычной углеродистой и легколегированной стали. На металлургических предприятиях возможно собственное производство слябов, которые изготавливаются методом непрерывного литья или прокатки. 

Эти заготовки могут поступать на прокатный стан от стороннего изготовителя, в этом случае их предварительно нагревают до температуры 1100 – 1300 °C в зависимости от характеристик стали, придавая материалу пластичность. 

Основные требования к слябам:

• соответствие заявленному составу; 
• отсутствие посторонних примесей; 
• целостность структуры без трещин и раковин.

Такие заготовки пригодны к дальнейшей обработке.

Краткие сведения

Холоднокатаный лист (Х/К) — плоское металлическое изделие, которое имеет вид длинных полос. Х/К-изделия обычно делают из стальных сплавов, однако встречаются листы и из других металлов (алюминий, медь, дюралюминиевые сплавы, латунь). Холодные листы изготавливают в металлургических цехах с помощью прессования горячекатаных листов. Х/К-листы используют для производства автомобильных каркасов, жестяных банок и коробок, металлической посуды, профнастила.

Холодная сталь выпускается в виде больших длинных рулонов, а для получения отдельного прямоугольника листовой металл нарезаются на отдельные части с помощью промышленных ножниц. Большинство холоднокатаных полос обладают небольшой толщиной — от 0,35 до 2 миллиметров. Хотя встречаются и толстые изделия, у которых толщина может доходить до 5 миллиметров. Ширина холодной листовой стали обычно находится в пределах от 1,5 до 5 метров, хотя встречаются и более широкие изделия. Х/К-изделия при необходимости могут проходить дополнительную обработку — нагрев, дрессировка, оцинковка, механическая деформация, нанесение защитного слоя, покраска.

Холоднокатаный лист

Стоит отметить, что оба вида листов изначально получают в результате горячей катки на прокатном стане. Заготовки для холоднокатаного материала затем подвергаются травлению, после чего проходят холодную прокатку. Таким образом, эти листы имеют более долгий процесс изготовления, что отражается на их цене. Поверхность отличается более высоким качеством. При этом предусматривается разнообразие по толщине (от 0.35 до 5 мм) и твердости.

Преимущества материала:

• отсутствие необходимости дополнительной обработки перед нанесением декоративно-защитных материалов;
• высокая прочность;
• устойчивость к термодеформации.

Холоднокатаный лист является исходным сырьем для производства перфорированных листов, профнастила и др. Устойчивость к деформации под влиянием температуры (при сварке) позволяет применять этот материал для изготовления конструкций, предусматривающих повышенные требования к точности геометрических параметров..

Заключение

Подведем итоги. Сталь горячекатаная листовая представляет собой плоское изделие, которое получают методом прессования нагретой заготовки-сляба. Физические свойства горячей стали — хорошая прочность и пластичность, средняя толщина, посредственные эстетические свойства. На начальном этапе изготовления Г/К-полосы необходимо выполнить химическое травление или механическую очистку. Это позволит избавиться от окалины, которая образуется при нагреве металла. Сферы применения горячекатаных изделий — производство деталей для поездов, вагонов и кораблей, изготовление труб, создание транспортных запчастей.

• Теория пирометаллургических процессов. Учебное пособие / А.В. Ванюков, В.Я. Зайцев. — М.: Металлургия, 2000.
• Начальное обучение металлистов. Слесарь-механик / Б. Беер и др. — Москва: Огни, 2012.
• Горячая обработка металлов. Том 2 / К. Кодрон. — М.: ЁЁ Медиа, 1988.
• The Grove Encyclopedia of Materials and Techniques in Art. Oxford University Press, 2008.