Новые технологии в прокатном производстве. Современные технологии производства проката и формирование структуры и свойств

Суть металловедческих идей с технологической точки зрения заключается в формировании оптимальной для конкретной продукции структуры и в воздействиях на сам процесс формирования структуры. Поскольку структура металла определяется составом и технологией, их нельзя рассматривать по отдельности, так как состав стали должен соответствовать технологической схеме.
Известен ряд воздействий на структуру стали:
- легирование - изменение структуры;
- микролегирование - воздействие на процессы роста зерна, рекристаллизации; дисперсионное твердение и др.;
- введение в металл частиц, изменяющих процессы формирования структуры (например, оксидов титана);
- воздействие на процесс кристаллизации (охлаждение, мягкое обжатие и др.);
- термические и деформационные воздействия на металл в твердом состоянии.
В этом материале рассматриваются в основном термодеформационные воздействия на сталь в твердом состоянии, с учетом необходимых изменений ее химического состава.
Первой из применяемых технологических схем производства металлопроката для электросварных труб была горячая прокатка, после которой сталь имеет грубую структуру и невысокий уровень свойств. Для выхода из создавшейся ситуации была применена термическая обработка (нормализация или закалка с последующим высоким отпуском).
Нормализация не обеспечивает высокого комплекса свойств трубных сталей (в основном - сочетания прочности, хладостойкости и свариваемости). В результате проведения металловедческих исследований был сформулирован ряд идей по составу сталей: стали с карбонитридным упрочнением (например, 16Г2АФ) и стали, закаливающиеся на воздухе на мартенсит (например, 12Х2Г2НМ), и др.
Закалка с отпуском - это уже двойная термическая обработка, что связано с высокими затратами и низкой производительностью. Кроме того, для повышения прокаливаемости необходимо дополнительное легирование (следовательно, повышение стоимости стали).
Закалка крупногабаритного проката - весьма сложный процесс, поскольку это связано с решением проблем неоднородности охлаждения и коробления металла. Кстати, Челябинск Профит http://cheliab-profit.ru/ реализует подобную продукцию.
Эксперименты с режимами горячей прокатки привели к созданию контролируемой прокатки, важнейший результат применения которой - измельчение зерна. Идея КП развивалась несколько десятилетий, что привело к созданию различных технологических схем и соответствующих им составов сталей.
Разработка технологии ускоренного охлаждения проката за счет управления фазовыми превращениями резко увеличила возможности термомеханической прокатки по уровню прочности, вязкости, удовлетворению специальным требованиям, сортаменту и назначению проката.
Замедленное охлаждение проката позволило удалить диффузионно-подвижный водород из проката, снять напряжения и улучшить его сплошность и пластичность. Создается впечатление, что это последний этап технологии и все технологические операции, начиная от нагрева под прокатку до охлаждения практически до температуры окружающей среды, регламентированы с точки зрения оптимизации формирования структуры.
Специалисты компании JFE Steel Corporation (Япония) предложили еще одно из возможных технологических воздействий (между завершением ускоренного охлаждения и началом замедленного охлаждения), нагрев проката в потоке (технология НОР - heat-treatment on-line process).
Следовательно, не все возможности исчерпаны, могут появиться и новые идеи.

25.11.2019

Пиломатериалы – изделия, которые получают из бревен путем их продольного распиливания. Части, которые получены на первом этапе производства, далее при необходимости...

25.11.2019

Каждому современному человеку рано или поздно приходится решать, куда поставить компьютерный стол. Оцениваем свободное место в квартире и вперед – подбирать модель,...

25.11.2019

Вопрос, где в квартире расположить ковры, не менее важен, чем умение правильно выбрать ковер. Как это сделать расскажет данная статья....

25.11.2019

В каждой отрасли, где происходит производство жидкой или вязкой продукции: в фармацевтическом деле, в косметической отрасли, в пищевом и химическом секторах – везде...

25.11.2019

На сегодняшний день обогрев зеркал является новой опцией, позволяющей сохранить чистую поверхность зеркала от горячего пара после приёма водных процедур. Благодаря...

25.11.2019

Штрих код является графическим символом, изображающим чередование полосок чёрного и белого цвета либо других геометрических фигур. Его наносят в составе маркировки...

25.11.2019

О том, как грамотно выбирать топку для камина, задумываются многие хозяева загородных жилых имений, которые хотят создать в своём доме максимально уютную обстановку,...

25.11.2019

И в любительском, и в профессиональном строительстве весьма востребованными являются профильные трубы. С их помощью сооружают способные выдерживать большие нагрузки...

25.11.2019

Даже совсем новичкам если зайти на официальный сайт, сразу станет понятно, что тут все просто пропитано азартом, обстановка полностью располагает к игре....

Исходным материалом для производства проката служат слитки, отлитые в изложницы - для обжимо-заготовочных станов, а для станов готового проката – блюмы, слябы и заготовки, катаные и непрерывнолитые.

При использовании слитков технологическая схема прокатки предусматривает следующие операции: нагрев слитков, прокатка на блюминге или слябинге, обрезка концов раската и порезка его на мерные длины. Далее слябы и крупные блюмы направляют на станы готового проката, а часть блюмов поступает на непрерывно-заготовочные станы (НЗС), где из них получают заготовки меньших размеров для мелкосортных и проволочных станов.

При использовании непрерывнолитых заготовок (блюмов, слябов), они после нагрева или подогрева поступают непосредственно на станы готового проката, минуя обжимо-заготовочные операции.

Слитки отливают из сталей, которые подразделяют по ряду признаков: по химическому составу, по способу производства, по структуре, по назначению, по степени раскисления. Среди них наибольший удельный вес по массе занимают углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380), стали углеродистые качественные (ГОСТ 1050) и стали низколегированные конструкционные (ГОСТ 5058).

Подготовка исходных материалов к прокатке заключается в удалении поверхностных дефектов и нагреве. Удаление поверхностных дефектов – плен, трещин, неметаллических включений и пр., весьма трудоемкая операция. В старых цехах на ней занято до 70% рабочих. Выполняют ее лезвийным инструментом, зачисткой абразивными кругами, огневой зачисткой, станочной обдиркой и пр.

Нагрев металла перед прокаткой осуществляют в нагревательных колодцах, методических печах и печах с выкатным подом. Основная цель нагрева металла – повысить его пластичность и снизить сопротивление деформации. Однако нагрев может иметь и нежелательные последствия – окалинообразование, обезуглероживание поверхностных слоев, перегрев и пережог металла. И если последних трех можно избежать, соблюдая определенные режимы, то в обычных условиях окалинообразование является неизбежным и приводит к потере 1-2 % металла и более, а также ухудшению качества поверхности.

Температура нагрева металла определяется температурным режимом прокатки – температурой начала (t н) и конца прокатки (t к). Обычно температуру t н принимают на 150-200 0 С ниже линии солидуса диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов с таким расчетом, чтобы температура t к лежала в области однофазного гамма-железа, т.е. в области температур выше линии превращения. Обычно для мало- и среднеуглеродистых сталей t н = 1250…1280 0 С, для высокоуглеродистых t н = 1050…1150 0 С, а t к 950…1050 0 С.

В последние годы с целью экономии энергетических и материальных ресурсов, повышения качества проката переходят на низкотемпературный нагрев и прокатку.

9.1 Технология производства полупродукта.

К полупродуктам относят блюмы со стороной сечения 240…350 мм, заготовки 50…240 мм, слябы толщиной до 350 мм и шириной до 2500 мм. Полупродукты производят на блюмигах, слябингах и заготовочных станах. Наиболее распространены одноклетьевые блюминги. По диаметру валков их подразделяют на малые (Æ 850…1000 мм), средние (Æ 1050…1170 мм) и большие (Æ 1200…1500 мм).

На блюминге можно прокатывать и блюмы, и слябы, а на слябинге – только слябы.

Малые блюминги используют в основном в качестве обжимных клетей заготовочных и рельсобалочных станов.

На рис. 9.1. представлена схема блюминга 1300. Он расположен в четырех пролетах – печном (I), становом или главном (II), машинном (III), скрапном (IV) и адъюстажном (V). Слитки из стрипперного отделения сталеплавильного цеха поступают на железнодорожных платформах в печной пролет, слитки кипящей стали в раздетом состоянии, а спокойной – в изложницах в подорванном от литников состоянии и без прибыльных надставок.

Мостовым клещевым краном слитки сажают в нагревательные колодцы (1) - регенеративного или рекуперативного типов. В силу ряда недостатков, присущих регенеративным колодцам (прямой контакт факела со слитком, неравномерный нагрев, отсутствие представительной точки для контроля температуры в ячейке и пр.), чаще используют колодцы рекуперативного типа.

До 90% слитков сажают в колодцы в горячем состоянии, что примерно вдвое сокращает время нагрева слитков и соответственно расход топлива и потери металла в окалину.

В зависимости от температуры различают слитки горячего посада, теплого посада и холодного посада с температурой соответственно выше 800 0 С, от 400 до 800 0 С и ниже 400 0 С.

Из колодцев нагретые слитки клещевым краном укладывают на слитковоз – челночного или кольцевого типа (3). Челночные имеют ограниченную пропускную способность и являются узким местом в технологической цепочке, особенно при подаче слитков от дальнейших ячеек. Поэтому более предпочтительны кольцевые слитковозы. На кольце располагают до 3…4 тележек, перемещающихся со скоростью до 6 м/сек.

Боковым сталкивателем (2) со слитковоза слитки сталкивают на поворотный стол, далее на приемный рольганг и по нему передают в становый пролет к блюмингу (5), где их прокатывают на блюмы или слябы.

Главной особенностью блюминга является возможность подъема верхнего валка между проходами на высоту до 1500 мм и реверса валков, что обеспечивает прокатку слитков в прямом и обратном направлениях до получения раскатов заданных размеров. Для калибровки валков блюминга используют систему ящичных калибров с последовательным или симметричным расположением калибров (рис. 9.2 -а, б).

Сила прокатки на блюминге достигает 18 МН, момент прокатки – до 5 МНм. Привод валков осуществляется от одного двигателя через шестеренную клеть или индивидуально на каждый валок. Суммарная мощность двигателей до 12 тыс. квт.

Передача раската из калибра в калибр вдоль оси валков осуществляется манипуляторами. В линейке переднего манипулятора со стороны привода вмонтирован крюковой кантователь. За блюмингом расположены машина огневой зачистки (7) и далее – ножницы (8). На машине огневой зачистки (МОЗ) удаляют поверхностные дефекты. В зависимости от площади и глубины зачистки потери металла составляют до 3 %.

На ножницах удаляют передний и задний концы раската и режут его на мерные длины. Здесь же на передний торец каждого блюма и сляба клеймом наносят паспортные данные слитка. Головную и донную обрезь из под ножниц наклонным транспортером (9) передают в скрапной пролет на железнодорожные платформы.

Ножницы кривошипно-шатунные, обеспечивают усилие резания до 16 МН и число резов до 12 в мин.

От ножниц часть блюмов по рольгангу (10) направляют на непрерывно-заготовочный стан (НЗС), а другая часть и слябы по транспортеру (11) – на адъюстаж для охлаждения и ремонта.

Производительность блюминга 1150 составляет 3…4 млн. т/год, а блюминга 1300 - до 6 млн. т/год (по всаду).

Слябинги по составу и расположению оборудования во многом аналогичны блюмингам. Главным отличием слябинга является наличие кроме горизонтальных валков пары вертикальных, расположенных перед или за клетью. Кроме того валки слябинга не калиброванные, а гладкие.

Прокатывать на блюминге заготовки небольшого сечения экономически нецелесообразно. Поэтому обычно за блюмингом располагают НЗС, на котором из блюмов без подогрева прокатывают заготовки. На рис. 9.3 представлена схема НЗС 900/700/500. Стан состоит из трех групп и обеспечивает получение квадратных заготовок со стороной сечения 240, 190 и 150 мм из второй группы и 120, 100 и 80 мм – из третьей.

По подводящему рольгангу (1) блюмы поступают на поворотное устройство для направления раската здоровым концом вперед, а от него – в первую группу из двух клетей (3) с валками диаметром 900 мм. Вторая группа из шести клетей – две с валками диаметром 900 мм (5) и четыре – по 700 мм (6,7). Во избежание кантовки раската между клетями валки двух клетей 700 расположены вертикально (6). Перед группой установлен кантователь (4).

Из второй группы раскаты сечением 150 мм и выше шлепперами передают на обводной рольганг (8) и далее на ножницы с нижним резом усилием 10 МН.

Для получения заготовок меньшего сечения раскаты поступают в третью группу из шести клетей с диаметром валков 500 мм, три из которых с вертикальными (11) и три – с горизонтальными валками (12). Перед группой установлены маятниковые ножницы (9) для удаления переднего конца и кантователь (10).

В первых клетях обычно используют систему ящичных калибров, в последующих ромб – квадрат.

За третьей группой установлены летучие ножницы (13) усилием 1,5 МН. После порезки заготовки поступают на пакетирующий рольганг (19) и далее на холодильник (21).

Производительность НЗС обычно соответствует производительности блюминга, за которым он установлен.

Кроме НЗС для производства заготовок используют также обжимно-заготовочные станы линейного типа и с последовательным расположением клетей.

9.2 Технология производства проката на рельсобалочных станах

Сортамент рельсобалочных станов включает железнодорожные рельсы массой от 38 до 75 кг/п.м., трамвайные и подкрановые рельсы, двутавровые балки и швеллеры свыше №24, равнобокие и неравнобокие уголки, зетообразные, круглые и квадратные профили крупных размеров и пр.

В качестве примера рассмотрим технологию производства наиболее ответственного и сложного профиля – железнодорожных рельсов на стане 800.

Стан линейного типа, клети расположены в две линии (рис.7.12). В первой – обжимная дуо-реверсивная клеть 900 (малый блюминг), во второй три клети 800 – черновая и предчистовая трио и чистовая дуо с отдельным приводом. Заготовки сечением 300´340 мм нагревают в методических печах до температуры 1180-1200 0 С. В обжимной клети прокатку осуществляют в ящичных и трех-четырех тавровых калибрах, а в остальных – в пластовых калибрах (рис. 9.4).

Из чистовой клети выходит рельс длиной около 75 м с температурой на уровне 900 0 .

Дисковыми пилами раскат режут на стандартную длину 12,5 или 25 м с учетом термической усадки и припуска на механическую обработку торцов.

Для компенсации термического изгиба при охлаждении рельса на головку, его предварительно изгибают на подошву и в таком виде охлаждают на холодильнике до температуры примерно 600 0 С. Затем следует замедленное охлаждение (противофлокенная обработка) в ямах, до температуры 150…200 0 С в течении 7…8 час.

Охлажденные рельсы правят в роликоправильных машинах (РПМ) и дополнительно концы рельсов на штемпельных прессах. После этого фрезеруют торцы рельсов на стандартный размер и сверлят болтовые отверстия. Наличие дефектов в рельсах контролируют УЗК.

Далее следует термическая обработка рельсов – нормализация в проходных печах или закалка головки рельсов (нагрев ТВЧ до 1000 0 С и охлаждение водовоздушной смесью). Окончательную правку рельсов осуществляют на РПМ в положении стоя и под прессом концов рельсов в положении на боку.

Приемку рельсов проводят ОТК и инспекторы МПС. Контролируют химический состав и структуру рельсовой стали, ее прочностные и пластические свойства, ударную вязкость, излом образцов, полнопрофильных рельсов под копром и пр.

Прокатку балок, швеллеров и др. профилей осуществляют по такой же технологической схеме с некоторыми упрощениями: более широкий температурный интервал нагрева заготовки (1200…1280 0 С), отсутствует предварительный изгиб раската перед холодильником и замедленное охлаждение, меньше объем отделки и контроля качества профилей.

9.3 Прокатка крупно-, средне-, мелкосортного проката и катанки.

Крупный сорт прокатывают на современных станах с последовательным расположением клетей (рис.7.15), реже на станах линейного типа, аналогичных рельсобалочным.

Исходным материалом служат блюмы и заготовки, катанные и непрерывнолитые, квадратного сечения со стороной до 310 мм. Нагретые в методических печах с торцевой задачей и выдачей заготовки по рольгангу поступают в непрерывную группу (одну или две) из нескольких чередующихся клетей с горизонтальным и вертикальным расположением валков. Затем шлепперами раскаты передают на вторую линию, где прокатку осуществляют в обратном направлении в группе из нескольких последовательно расположенных клетей. Расстояние между соседними клетями превышает длину раскатов, и это избавляет от необходимости соблюдать условие постоянства секундных объемов металла. Поэтому на таких станах можно прокатывать профили сложной формы.

После второй линии раскаты шлепперами передают в третью линию, откуда из чистовой клети - к пилам горячей резки и далее на холодильник. Готовый прокат режут на пилах холодной резки на мерные длины, правят в РПМ, удаляют поверхностные дефекты и упаковывают для отправки на склад готовой продукции.

Все клети стана имеют индивидуальный привод. Каждая группа и отдельно стоящие клети оснащены кантователями.

Производительность подобных станов доходит до 2 млн. т/год.

Средний и мелкий сорт прокатывают на станах непрерывного и полунепрерывного типов с последовательным расположением клетей. Технологическая схема аналогична схеме прокатки крупного сорта.

Катанку производят на современных проволочных непрерывных станах. Нагретые заготовки перед станом сваривают торцами в бесконечную плеть. В непрерывной черновой группе (одной или двух) прокатку ведут в четыре нитки. Затем поток раздваивается на две промежуточные непрерывные группы клетей (по две нитки на каждую), а после них снова раздваивается на четыре нитки, которые прокатывают в блоках чистовых клетей – двух- или трехвалковых.

Для обеспечения равномерного охлаждения катанки ее на выходе из чистовых блоков интенсивно охлаждают и витками укладывают на движущийся транспортер с регулируемым охлаждением, после которого укладывают в бунты массой до 2 т. Затем бунты уплотняют, обвязывают и отправляют на склад готовой продукции.

Клети черновых групп могут иметь общий или индивидуальный привод, как и блоки чистовых клетей. Скорость прокатки на таких станах достигает 120 м/сек, производительность – до 1 млн. т/год.

В черновых группах установлены аварийные летучие ножницы, а после чистовых блоков – для порезки на заданную массу бунта.

9.4 Технология производства листов

9.4.1 Производство горячекатаных листов и полос. Толстые листы прокатывают на специализированных толстолистовых станах (ТЛС) и широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП). На ТЛС полистно катают листы толщиной от 5 до 160 мм и более, на ШСГП – полосы толщиной до 20 мм с последующей порезкой на листы.

Используют преимущественно ТЛС двух- и трехклетевые с последовательным расположением клетей, например, стан 3600 МК «Азовсталь». В качестве заготовки применяют непрерывнолитые и катаные слябы толщиной до 350 мм массой до 16т, а для особо толстых листов и плит – слитки массой до 30 т и более. Слябы нагревают в методических печах, а слитки – в нагревательных колодцах или печах с выдвижным подом.

Первую клеть с вертикальным или горизонтальным расположением валков используют в качестве окалиноломателя. Вторая клеть – черновая дуо или кварто, чаще универсального типа, в которой производят разбивку ширины и обжатие сляба по толщине.

После второй клети особо толстые листы и плиты передаточной тележкой направляют в отделение термической обработки и отделки. Для получения листов меньшей толщины раскаты докатывают в чистовой клети кварто, на которую приходится примерно 25% обжатия от общего.

Удаление окалины с поверхности листов на всех клетях осуществляют с помощью гидросбивов с давлением воды до 17 МПа. С передней и задней стороны клети оборудованы манипуляторами, а для разворота слябов - рольгангами с коническими роликами.

Из чистовой клети раскаты поступают в роликозакалочную машину и далее на охлаждение и отделку. Их режут на листы заданных размеров, которые правят в РПМ, подвергают ультразвуковому, визуальному и другим видам контроля. Для повышения служебных свойств листы подвергают термической обработке (нормализации, закалке и пр.).

Производительность ТЛС составляет более 1 млн. т/год.

Горячекатаные полосы, в том числе толстые, прокатывают на непрерывных или полунепрерывных ШСГП. На них производят до 90% листовой стали, благодаря их более высокой производительности и высоких технико-экономических показателей по сравнению с ТЛС.

На ШСГП в качестве заготовок используют слябы, которые нагревают в методических печах (1, рис.9.5). Нагретые слябы по рольгангу (2) поступают в черновой окалиноломатель (3) с горизонтальным или вертикальным расположением валков и далее в уширительную клеть (4), после которой иногда устанавливают пресс (5) для обжатия сляба по ширине.

После этого слябы поступают в черновую группу последовательно расположенных клетей (6, 7, 8), как правило, кварто универсального типа, и далее – в чистовую непрерывную группу клетей – кварто (11…16). Перед ней установлены летучие ножницы для обрезки переднего конца (9) и чистовой окалиноломатель (10). Удаление окалины с поверхности раскатов осуществляют с помощью гидросбивов.

После чистовой группы клетей полосы интенсивно охлаждают в душирующих устройствах и сматывают на моталках в рулон.

Порезку полосы на листы заданных размеров осуществляют на агрегатах продольной и поперечной резки. Часть полос в рулонах поступает в цехи холодной прокатки (ЦХП).

Полунепрерывные ШСГП представляют собой комбинацию из ТЛС в качестве черновой группы и непрерывной чистовой группы клетей. Из черновой группы выдают толстые листы, а из чистовой – толстые и тонкие полосы, смотанные в рулон.

9.4.2 Производство холоднокатаной листовой стали. На ШСГП производят полосы толщиной 0,8 мм и более. Между тем для многих изделий требуется листы меньших толщин. Кроме того, горячекатаные листы имеют поверхность, непригодную для изготовления лицевых деталей изделий. Поэтому рулоны горячекатаных полос направляют в ЦХП для дальнейшей прокатки.

Технологией предусмотрены следующие операции: травление, прокатка, очистка поверхности, отжиг, дрессировка, отделка.

Травление полос осуществляют с целью удаления с их поверхности прокатной окалины. Для этого используют непрерывные травильные агрегаты (НТА) с серной или соляной кислотами (рис. 9.6) Полосу из разматывателя (1) с помощью тянущих роликов (2) задают в РПМ (3). На гильотинных ножницах (4) обрезают задний конец предыдущей полосы и передний конец следующей и сваривают их в непрерывную ленту на стыкосварочной машине (5). Место стыка зачищают на гратоснимателе (6). Эти операции выполняют на неподвижной ленте. Чтобы обеспечить непрерывность процесса травления, предусмотрен петленакопитель (8), из которого полоса непрерывно поступает в травильные ванны (10).

В промывочной ванне (11) с поверхности полос смывают остатки кислотных растворов и сушат в камере (13). На дисковых ножницах (14) обрезают боковые кромки полос, далее на ножницах поперечной резки (15) удаляют места их стыковой сварки и вновь сматывают в рулоны на моталке (16).

Холодную прокатку полос осуществляют на одноклетьевых (четырех- или многовалковых) станах в режиме реверсивной прокатки за несколько проходов или на многоклетьевых станах с рулона в рулон. В процессе прокатки на валки интенсивно подают смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) – смесь эмульсола с водой.

На многоклетьевых станах прокатывают жесть и тонкие полосы толщиной от 0,14 мм, а на одноклетьевых многовалковых станах – тончайшую ленту толщиной до 0,002 мм.

Для снятия наклепа металл подвергают отжигу в колпаковых печах (рулонами) или в агрегатах напрерывного отжига (полосой) при температуре около 900 0 С. Предварительно в агрегатах электролитической очистки с поверхности полос удаляют остатки эмульсии и различные загрязнения.

Для повышения штампуемости листы подвергают дрессировке путем прокатки с небольшим обжатием - 1…2%.

В процессе отделки полосы режут на листы заданных размеров на агрегатах продольной и поперечной резки, правят, наносят защитные и/или декоративные покрытия и пр.

Кроме порулонного способа в последние годы в ЦХП начали внедрять принципы бесконечной прокатки и отделки в непрерывных агрегатах травления, прокатки, очистки поверхности, отжига и дрессировки.

Наблюдается переходна более новый качественный виток развития. Это обусловлено многими факторами: от создания, внедрения и развития прогрессивных технологий, в том числе и в сталеплавильном производстве, до изменения самой концепции в отношении к прокатному производству. Одним из наиболее важных факторов данного развития в прокатном производстве является возникшая возможность осуществлять абсолютный контроль температурно-деформационным процессом при прокатке на станах последнего поколения. Данная тенденция наиболее ярко проявляется на прокатных станах, предназначенных для производства катанки и мелкого сорта. Постараемся оценить, чем это обусловлено, учитывая возможности, которые предоставляет использование новых подходов в технологии прокатки катанки. В процессе горячей прокатки происходит высокотемпературная термомеханическая обработка металла (ТМО). Однако под ТМО, как правило, понимается не только физическая сущность процесса, но и целенаправленное комплексное воз действие на структуру металлического сплава совокупностью операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых и происходит формирование окончательной структуры металлического сплава, а, следовательно, и его свойств. Существует большое количество разновидностей термомеханической обработки стали. Их можно разделить на следующие группы:

• Режимы термомеханической обработки, при которых деформация осуществляется в аустенитном состоянии. К этой группе относятся наиболее известные и изученные методы упрочнения: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) и низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).
• Термомеханическая обработка с деформацией в ходе превращения переохлажденного аустенита.

Режимы термомеханической обработки, связанные с деформацией, осуществляемой после превращения аустенита в мартенсит или бейнит. Примером такой обработки является метод упрочнения, связанный с деформационным старением мартенсита. Для упрочнения стали могут применяться различные комбинации режимов термомеханической обработки, например ВТМО с НТМО, ВТМО с деформационным старением мартенсита и др. Термомеханическая обработка чаще всего является окончательной операцией при изготовлении деталей. Но она может использоваться и как предварительная операция, которая обеспечивает формирование благоприятной структуры при проведении окончательной термической обработки, включающей закалку на мартенсит и отпуск. Традиционно при рассмотрении задачи достижения требуемых свойств в готовой продукции из металлического сплава используют влияние химических элементов на свойства металла и термическую обработку. При этом формирование структуры при нагреве, а в особенности при прокатке, долгое время оставалось «черным ящиком». А ведь именно эти процессы влияют на формирование структуры в готовой продукции. На практике технологи использовали для получения необходимых механических свойств, в готовом прокате применяли только такие механизмы при изготовлении сталей как легирование и термообработка. В качестве примера приведем недостатки использования традиционных способов изготовления готового проката из рядовых марок сталей. У данного класса сталей структура состоит из феррита с известной незначительной долей перлита. При желании получать менее металлоемкие конструкции и изделия из стали, обладающие повышенной надежностью при низкой себестоимости изготовления, встает проблема повышения прочности проката, полученного в горячекатаном состоянии. Если для увеличения прочности используют только повышение доли перлита путем повышения содержания углерода, то эта возможность ограничена, так как с увеличением прочности благодаря повышению содержания углерода пластичность, вязкость и свариваемость стали резко снижаются, что приводит к отказу от данного проката, так как наряду с прочностью в прокате необходимо также обеспечение вышеперечисленных свойств металла. Изготовление проката из высоколегированных сталей приводит к резкому удорожанию готовой продукции в связи с высокой ценой легирующих элементов и ухудшением технологичности переработки (дополнительная зачистка и т.д.). Дополнительная термообработка после прокатки, такая как закалка+отпуск, позволяет получить повышение прочностных и пластических свойств стали, но этот эффект можно получить только для низколегированных марок сталей. При этом также происходит увеличение себестоимости готовых изделий из стали. Первым шагом использования особого состояния горячекатаного проката, полученного в процессе деформации, явилось использование установок ускоренного охлаждения после прокатки, в особенности применение водяного охлаждения. Использование данной технологии непосредственно в линиях прокатки позволило снизить влияние полного протекания процессов рекристаллизации, ранее формировавших структуру и механические свойства в готовом прокате.

Следующим шагом в повышении механических свойств стало использование так называемого процесса контролируемой прокатки с использованием принципов термомеханической обработки. Рассмотрим более подробно использованием данных принципов в процессе ТМО. В зависимости от того, как проводить прокатку и нагрев в первую очередь зависит эффективность влияния химического состава и термообработки на конечные свойства металлопроката. Химический состав оказывает большое влияние на изменения структуры и в процессе ТМО, и его влияние на механические свойства должно рассматриваться с позиций всех этапов обработки металла: от нагрева до охлаждения. Термическая обработка с прокатного нагрева лишь фиксирует состояние структуры, полученной на прокатном стане, и хотя здесь существует множество вариантов ее проведения с получением различных комплексов свойств, повышение их значений ограничено данной структурой в процессе прокатки. Термическая обработка вне прокатного стана с удорожанием энергоносителей становится все более нецелесообразной. Ряд режимов термомеханической обработки могут обеспечить наряду с высокими прочностными свойствами повышенную пластичность и вязкость. Нередко использование ТМО позволяет получить комплекс механических свойств, который не может быть достигнут способами обычной термической обработки и традиционного легирования. Изменяя условия деформирования при ТМО, можно регулировать плотность и характер распределения дефектов кристаллического строения, что позволяет управлять структурой и свойствами стали в широких пределах. Именно эти причины и явились основанием столь быстрого развития и заинтересованности, производителей металлопродукции процессом ТМО. Необходимо отметить перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки. Это обусловлено особенностями производства и геометрическими размерами (высокие скорости деформации и особо малое сечение в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки). Дело в том, что только при прокатке катанки для большого марочного сортамента возможно осуществление и управление процессами горячего наклепа и рекристаллизации, что из-за отсутствия высоких скоростей деформации при производстве других видов проката неосуществимо в линии прокатки, либо возможно при наложении определенных ограничений (ограниченный марочный сортамент,как правило, стали аустенитного класса или низкие температуры прокатки). Это позволяет управлять прочностными свойствами горячего проката, а высокая степень деформации в совокупности с химсоставом и термообработкой пластическими. К особенностям прокатки катанки можно отнести еще один очень важный с позиций термомеханической обработки фактор — время между деформациями может достигать очень малых значений, в особенности в последних клетях, вплоть до 0,0005 с. Для сохранения структуры, полученной в процессе ТМО, большое значение имеет способ осуществления охлаждения после прокатки. При этом возникают две задачи: транспортирование проката к охлаждающему устройству и охлаждение металла по всему сечению для обеспечения равномерности структуры, а, следовательно, и свойств по сечению готового проката. Небольшое поперечное сечение катанки (диаметр до 8 мм) позволит нам рассматривать его как термически тонкое тело.

Таким образом, получив необходимую структуру на прокатном стане, мы можем ее зафиксировать во всем поперечном сечении и по всей длине, что улучшает однородность свойств и качество горячего проката. При необхо димости, изменяя интенсивность охлаждения после прокатки, можно также добиться различной структуры по слоям поперечного сечения и получить определенные свойства. Так как скорость отвода тепла в большем сечении из внутренних слоев ограничена, то сохранить преимущества наведенной структуры в процессе прокатки проблематично, а иногда и вовсе невозможно. При проведении эксперимента на прокатном стане наиболее важным моментом является учет наиболее влияющих на структуру факторов. Для этого необходимо осуществить математическое моделирование процесса прокатки, позволяющее определять значения влияющих на структуру параметров. Для последующей оценки их влияния на структуру могут быть использованы такие уже известные данные как:
- влияние температуры и выдержки в печи на рост зерна в заготовке;
- влияние величины зерна и температуры металла на превращения из аустенита;
- изменение структуры горячедеформированного аустенита при последеформационной выдержке;
- структурообразование при горячей
прокатке.

Для определения влияния параметров прокатки на структуру горячедеформированного металла необходимо создание термокинетической модели проволочного стана, на котором проводится эксперимент. На основании чего, исходя из скорости конца прокатки и промежуточных температур в линии стана, определяются значения: скорости деформации; температуры деформации; время между деформациями. При осуществлении процесса контролируемой прокатки температурный режим является одним из наиболее важных факторов в целенаправленном воздействии на структуру и конечные свойства в производстве катанки. Существует несколько путей непосредственного регулирования температуры раската в процессе прокатки: изменение температуры нагрева, регулирование скоростью прокатки, межклетевое охлаждение и нагрев раската. Чаще всего для воздействия на температуру раската во время прокатки используют два первых рычага воздействия. Для применения межклетевого охлаждения и нагрева необходима установка
дополнительного оборудования. Помимо этого требуется предварительная оценка возможностей охлаждения (при скоростях прокатки выше 30 м/с и межклетевом расстоянии не более 1 м — время для обеспечения необходимого теплосъема ограничено). Также большой задачей является знание влияния температурных полей раската в процессе прокатки для определенного марочного сортамента на структуру металла, в частности
на величину зерна. При использовании управления над температурой прокатки необходимо учитывать, что диапазон возможного регулирования имеет определенные ограничения. От теплового режима зависят энергосиловые параметры прокатного стана, усилия, действующие на валки (шайбы) и другие детали рабочих клетей, точность размеров профиля, форма и качество поверхности готового проката, стойкость прокатных валков, стабильность всего технологического процесса. При этом он непосредственно связан с режимами обжатий, скоростей и натяжений. На большинстве прокатных станах не производится непосредственное измерение температуры промежуточного раската во всей длине стана. Это связано как с дороговизной установки, так и условиями эксплуатации приборов, что зачастую не позволяет точно определить температуру металла, может приводить к поломке измерительной техники при аварийном отклонении металла от линии прокатки. Также при использовании междеформационного охлаждения даже определение температуры поверхности раската не дает точную картину о среднемассовой температуре металла, которая, в свою очередь, является наиболее значащей для оценки вышеуказанных параметров. Температура при прокатке металла распределена по сечению не равномерно, а так как непосредственным измерением это распределение определить не имеется возможности, то целесообразно прибегать к расчету тепловых характеристик. Тепловой режим рассчитывается с учетом теплового баланса, зависящего от всех видов теплообмена, имеющих место при горячей прокатке: потеря тепла теплопроводностью при контакте с шайбами и водяным охлаждением, конвекцией и излучением. Наибольшей проблемой определения теплопереноса при прокатке является установление закономерностей изменения температур в любой точке раската в течение времени от нагрева до получения готовой катанки. Изменение температуры раската во время прокатки связано с протеканием всех видов тепловых процессов: теплопроводностью, конвекцией и излучением. При этом каждый из видов теплопереноса вносит свой вклад, который не всегда удается точно установить. Деформация металла путем прокатки с позиции теплопереноса состоит из большого количества различных этапов (циклов). На каждом таком этапе действуют определенные процессы со свойственными только для данного участка условиями. Результирующий эффект сложного теплопереноса зависит не только от интенсивности конкретных видов переноса, но и от особенностей их взаимодействия (последовательного или параллельного, стационарного или нестационарного). В отличиe от стационарного режима, при котором температурное поле не изменяется во времени, тепловой процесспрокатки характеризуется как нестационарный. При этом температурное поле раската является функцией времени. Нестационарный процесс связан с изменением энтальпии во времени. При этом интенсивность отвода теплоты непостоянна во времени. Решить задачу нестационарной теплопроводности — это значит найти зависимости изменения температуры и количества переданной теплоты во времени для
любой точки тела. Каждый из процессов нестационарного теплообмена описывается системой дифференциальных уравнений. Однако данные уравнения описывают бесчисленное множество процессов теплоотдачи, выведенные из рассмотрения элементарного участка в физическом теле. Чтобы решить конкретную задачу, связанную с изменением температуры металла при прокатке, необходимо на каждом этапе рассмотреть протекающие тепловые и дать полное их математическое описание всех частных особенностей, свойственных для данного случая. Для этого необходимо решать систему дифференциальных уравнений при определении следующих краевых условий:
- Геометрические условия, характеризующие форму и размеры раската.
- Физические условия, характеризующие физические свойства среды и раската.
- Граничные условия, характеризующие особенности протекания процесса
на границах тела.
- Временные условия, характеризующие особенности протекания процесса
во времени.

Решение данной системы уравнений позволит получить описание поля температур раската на любом участке прокатного стана в любой момент времени. Данная задача определения температурных полей по сечению раската в любой момент прокатки была решена для мелкосортнопроволочного стана 300 No3 ОАО «ММК». В качестве примера
приведена диаграмма на рисунке 1 распределения температуры по сечению
промежуточного раската. Использование результатов данной модели позволило оценить существующий температурно-деформационный режим
прокатки, а путем изменения основных факторов прокатки — прогнозировать и получать необходимый режим с позиции формирования необходимой структуры. С целью получения нового уровня свойств на катанке предназначенной для армирования, на ОАО «ММК» на стане 250#2 были проведены исследования с использованием температурно деформационной модели и вновь установленной установки водяного охлаждения. Установка в 2004 году новой линии водяного охлаждения на стане 250#2 (производства НПП «Инжмет») позволила провести экспериментальные исследования с целью получения термомеханически упрочненной арматуры малых диаметров. Получение термомеханически упрочненной арматуры на стане 250No2 заключалась в проведении процесса закалки поверхностного слоя катанки в линии водяного охлаждения, расположенной после чистовой клети No16 в потоке прокатного стана. Далее прокат укладывается моталкой в виде витков на сетчатый транспортер, после чего собирается на виткосборнике в бунты массой до 300 кг. Охлаждение осуществляется с помощью форсунки высокого давления и в последовательно расположенных трубках, на входе и выходе которых охлаждение катанки прерывается отсечными устрой ствами. Длина активной зоны охлаждения зависит от диаметра прокатываемой катанки и может составлять ≈ 7,2 м и ≈9,7 м.
Термомеханическое упрочнение катанки можно условно разделить на три этапа. На первом этапе катанка, выходящая из чистовой клети No16, попадает в линию термоупрочнения, где подвергается интенсивному охлаждению водой. Данный процесс должен обеспечивать охлаждение поверхности катанки со скоростью, превышающей критическую скорость охлаждения, необходимую для получения в поверхностном слое катанки структуры мартенсита. Однако при этом технология процесса термоупрочнения должна обеспечивать такую температуру в центральных слоях катанки, при которой сохраняется аустенитная структура во время охлаждения. Этот процесс можно выделить во второй этап, который позволит при дальнейшем ее охлаждении со скоростью меньшей критической скорости получить в сердцевине катанки феррито-перлитную структуру, что обеспечит высокую пластичность полученной арматуры (рис. 2). На третьем этапе высокая температура центральных слоев катанки после окончания операции интенсивного охлаждения будет способствовать протеканию процесса самоотпуска закаленного поверхностного слоя. Данный процесс, в свою очередь, также позволяет повысить пластичность поверхностного слоя при сохранении его высокой прочности
Металл, расположенный между поверхностным и центральным слоем, имеет промежуточную скорость охлаждения, которая приводит к получению слоя с бейнитной структурой. В результате такого охлаждения получается, что катанка в поперечном сечении представляет собой две зоны в виде кольца: с мартенситной и бейнитной структурой и феррито-перлитной в центральной
части. В результате опытных прокаток на стане 250#2 была получена катанка с указанной структурой (рис. 3).
Исследование структуры шлифов термомеханически упрочненной катанки
показало у полученного проката, как правило, наличие одного или нескольких подкаленных слоев серповидной формы. Это, по видимому, связано с тем, что охлаждение производится только одной форсункой в один цикл охлаждения. В таких условиях при возникновении ситуации «случайного» омывания какой-то одной области проката в единственной камере охлаждения в дальнейшем отсутствует возможность проведения еще нескольких циклов охлаждения, которые позволили бы произвести более равномерное охлаждение катанки по сечению. Дальнейшее охлаждение катанки на сетчатом транспортере без осуществления направленной продувки воздухом также приводит к неравномерному температурному полю как по сечению, так и по длине бунта катанки. Также из опыта проведенных
прокаток было выявлено изменение температуры катанки после водяного охлаждения по длине бунта (изменение температуры по одному бунту
∆Т=30—50 °С). Так как время и условия охлаждения по всей длине бунта одинаково, был сделан вывод, что причиной данной разницы температур является неравномерность нагрева по длине заготовок в нагревательной печи прокатного стана.

Измерение температуры заготовки на выходе из печи и после черновой группы (изменение температуры составляло ∆Т=50—80 °С) впоследствии подтвердили это предположение. Перичисленные выше факторы в итоге приводят к большой неравномерности структурных составляющих по длине проката, что напрямую обуславливает значительный разброс (до 50—80 Н/мм2) механических свойств в пределах партии. Такая структура в катанке из рядовых низкоуглеродистых марок стали, позволяет получить уникальный комплекс механических свойств: высокий предел текучести при хорошей пластичности, что не всегда можно получить даже на катанке из некоторых низколегированных марок стали при стандартной прокатке и охлаждении на воздухе (рис. 4). Получение вышеуказанной катанки требует точного соблюдения технологии термоупрочнения. Настройка линии водяного охлаждения зависит от множества факторов: марки стали, необходимых механических свойств, диаметра катанки, состава оборудования линии охлаждения, настройки форсунки высокого давления, скорости прокатки, расхода и давления воды (рис. 5).
Для определения технологических параметров в зависимости от перечисленных факторов были проведены экспериментальные исследования с измерением температуры самоотпуска. От полученных во время экспериментальных прокаток бунтов катанки отбирались пробы для механических испытаний и металлографического анализа полученной микроструктуры. Полученные результаты показывают, что существует достаточно большой диапазон изменения механических свойств. При этом наблюдается такая же тенденция как при повышении содержания углерода в углеродистых марках стали: при повышении прочностных свойств — уменьшаются пластические (рис. 5).
Исходя из марочного сортамента, уровня механических свойств и номинального диаметра, возможно получение оптимального технологического режима, удовлетворяющего запросы потребителей. Одной из наиболее перспективной областью применения термомеханически
упрочненной арматуры малых диаметров является использование ее для
связки арматурного каркаса в высокопрочных железобетонных плитах. Областью применения данной арматуры могут в перспективе быть и другие различные ж/б конструкции, фундаменты и т.д. На сегодняшний день это может обеспечить совершенствование нормативно-технической документации (ГОСТ, ТУ и т.д.) и исследование возможностей использования этого нового вида продукции. Проведенные исследования позволили определить основные параметры процесса термомеханического упрочнения катанки малых диаметров. Впоследствии при пуске на ОАО «ММК» стана 170 после адаптации полученных результатов к условиям прокатки на новом стане позволит освоить данный сортамент при массовом производстве.
ВЫВОДЫ
- Рассмотрены процессы, происходящие при деформации металла в горячем состоянии. Определены факторы, наиболее влияющие на формирование структуры металла после деформации.
- Показана перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки с учетом ее геометрических размеров и особенностей производства: особо малое сечение и высокие скорости деформации в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки.
- Показаны результаты использования такого инструмента, как моделирование температуры с целью получения необходимых механических свойств катанки при горячей прокатке с учетом существующих технологических возможностей стана, а также с точки зрения влияния горячей пластической деформации и химического состава на структуру.
- Приведены результаты применения использования термомеханической обработки при прокатке на структуре готовой катанки.

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печать
• E-mail

Подробности Категория: Сортовой прокат

Сортовой прокат

В машиностроении, строительстве, на транспорте широко применяется металлический прокат : листы, полосы, ленты, рельсы, балки и т. д. Его получают в результате обжатия слитка металла в горячем или холодном состоянии между вращающимися валками прокатного стана. Таким образом обрабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы.

Профиль проката (форма его поперечного сечения ) зависит от формы валков. На рисунках показаны основные профили продукции прокатного производства, называемой сортовым прокатом.

Различают следующие профили сортового проката : простые (круг, квадрат, шестиугольник, полоса, лист ); фасонные (рельс, балка, швеллер, тавр и др.); специальные (колеса, арматурная сталь и др.).

Чаще всего сортовой прокат используется в качестве заготовок для различных деталей. Например, из шестигранного прутка делают болты, гайки. Из круглого проката вытачивают цилиндрические детали на токарных станках. Уголковый прокат применяется в производстве рам, каркасов, стеллажей и т. д.

Прокаткой можно придать заготовке форму готовой детали, тем самым избежать дополнительной обработки и, следовательно, уменьшить отходы металла, сэкономить время.

Ниже представлены несколько образцов распространённых видов проката: труба, арматура, балка, швеллер, лист, уголок, полоса и т.д.

Сортовой прокат - один из видов полуфабрикатов . Так называют продукт труда, предназначенный для дальнейшей обработки и получения готовых изделий.
С некоторыми видами полуфабрикатов вы уже знакомы - это пиломатериалы, фанера, проволока.
Листовой прокат подразделяется на тонколистовой (до 4 мм) и толстолистовой (свыше 4 мм

Виды и свойства стали

Сталь - это сплав железа с углеродом (до 2%) и другими химическими элементами. Она широко применяется в машиностроении, на транспорте, в строительстве, быту.
В зависимости от состава различают углеродистую и легированную сталь. В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод придает стали твердость, но увеличивает хрупкость, снижает пластичность. При добавлении в сталь во время плавки других элементов: хрома, никеля, ванадия и др. - изменяются ее свойства. Одни элементы повышают твердость, прочность, другие - упругость, третьи придают антикоррозийность, жаропрочность и др. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. В марках легированной стали добавки обозначают буквами: Н - никель , В - вольфрам , Г - марганец , Д - медь , К - кобальт , Т - титан .

По назначению различают конструкционную, инструментальную и специальные стали.
Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная. Первая - пластичная, но обладает невысокой прочностью. Применяется для изготовления заклепок, шайб, болтов, гаек, мягкой проволоки, гвоздей. Вторая отличается повышенной прочностью. Из нее изготавливают валы, шкивы, ходовые винты, зубчатые колеса.
Сталь инструментальная обладает большей твердостью, прочностью, чем конструкционная, и применяется для изготовления зубил, молотков, резьбонарезных инструментов, сверл, резцов.
Специальные стали - это стали с особыми свойствами: жаропрочные, износостойкие, нержавеющие и др.
Все виды сталей маркируются определенным образом. Так, конструкционная сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст . и порядковым номером от 0 до 7 (Ст. О , Ст. 1 и т. д.- чем выше номер стали, тем выше содержание углерода и предел прочности), качественная - двумя цифрами 05 , 08 , 10 и т. д., показывающими содержание углерода в сотых долях процента. По справочнику можно определить химический состав стали и ее свойства.
Свойства стали можно изменять с помощью теплового воздействия - термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром или медленном охлаждении. Диапазон температур может быть широким в зависимости от вида термообработки и содержания углерода в стали.
Основные виды термообработки - закалка, отпуск, отжиг, нормализация .
Для повышения твердости стали применяют закалку - нагревание металла до определенной температуры (например, до 800 °С) и быстрое охлаждение в воде, масле или других жидкостях.
При значительном нагревании и быстром охлаждении сталь становится твердой и хрупкой. Хрупкость после закалки можно уменьшить с помощью отпуска - остывшую закаленную стальную деталь вновь нагревают до определенной температуры (например, 200...300°С), а затем охлаждают на воздухе.
У некоторых инструментов закаливают только их рабочую часть. При этом повышается долговечность всего инструмента.
При отжиге заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно (в этом главное отличие от закалки) охлаждают . Отожженная сталь становится мягче и поэтому лучше обрабатывается.
Нормализация - разновидность отжига, только охлаждение происходит на воздухе . Этот вид термообработки способствует повышению прочности стали.

Термическую обработку стали на промышленных предприятиях выполняют рабочие-термисты . Термист должен хорошо знать внутреннее строение металлов, их физические, технологические свойства, режимы термообработки, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасности труда.

Важнейшие механические свойства стали - твердость и прочность . На твердость сталь испытывают при помощи специальных приборов-твердомеров . Метод измерения основан на вдавливании в образец более твердого материала: шарика из твердой стали, алмазного конуса или алмазной пирамиды.

Значение твердости НВ определяют делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка, оставляемого в металле (метод Бринелля ) (рис. справа, а ),

или по глубине погружения в металл алмазного острия, стального шарика (метод Роквелла ) (рис. 6 ).

Прочность стали определяют на разрывных машинах испытанием образцов специальной формы, растягивая их в продольном направлении вплоть до разрыва (рис. слева). Определяя прочность, делят наибольшую нагрузку, которая предшествовала разрыву образца, на площадь его первоначального поперечного сечения.

Температуры начала и конца горячей деформации определяются в зависимости от температур плавления и рекристаллизации. Прокатка большинства марок начинается при температуре 1200…1150 0 С, а заканчивается при температуре 950…900 0 С.

Существенное значение имеет режим охлаждения. Быстрое и неравномерное охлаждение приводит к образованию трещин и короблению.

При прокатке контролируется температура начала и конца процесса, режим обжатия, настройка валков в результате наблюдения за размерами и формой проката. Для контроля состояния поверхности проката регулярно отбирают пробы.

Отделка проката включает резку на мерные длины, правку, удаление поверхностных дефектов и т.п. Готовый прокат подвергают конечному контролю.

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах.

Прокатный стан – комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, контроль и т.д.).

Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей).

Рисунок 1 — Схема прокатного стана

1 – прокатные валки; 2 – плита; 3 – трефовый шпиндель; 4 – универсальный шпиндель; 5 – рабочая клеть; 6 – шестеренная клеть; 7 – муфта; 8 – редуктор; 9 – двигатель

Главная линия прокатного стана состоит из рабочей клети и линии привода, включающей двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели.

Прокатная клеть

Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кватро-стан) и универсальные (рисунок 2).

В двухвалковых клетях (рисунок 2, позиция а) осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. Металл в трехвалковых клетях (рисунок 2, позиция б) движется в одну сторону между нижним и верхним, а в обратную – между средним и верхним валками.

В четырехвалковых клетях (рисунок 2, позиция в) устанавливаются опорные валки, которые позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие усилия.

Универсальные клети (рисунок 2, позиция г) имеют неприводные вертикальные валки, которые находятся между опорами подшипников горизонтальных валков и в одной плоскости с ними.

Шестеренная клеть 6 предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Это одноступенчатый редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки.

Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам при отклонении от соосности до 10…12 0 . При незначительном перемещении в вертикальной плоскости применяют шпиндели трефового типа 3 в комплекте с трефовой муфтой. Внутренние очертания трефовых муфт отвечают форме сечения хвостовика валка или шпинделя. Муфтой предусмотрен зазор 5…8 мм, что допускает возможность работы с перекосом 1…2 0 . При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости ось шпинделя может составлять значительный угол с горизонтальной плоскостью, в этом случае применяют шарнирные или универсальные шпиндели 4, которые могут передавать крутящий момент прокатным валкам при перекосе шпинделя до 10…12 0 .

Рисунок 2 — Прокатные клети

В качестве двигателя прокатного стана 9 применяют двигатели постоянного и тока, тип и мощность зависят от производительности стана.

Редуктор 8 используется для изменения чисел оборотов при передаче движения от двигателя к валкам. Зубчатые колеса – обычно шевронные с наклоном спирали 30 0 .

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката.

Нагрев металла осуществляют в пламенных и электрических печах. По распределению температуры печи могут быть и . В камерных печах периодического нагрева температура одинакова по всему рабочему пространству. В методических печах температура рабочего пространства постоянно повышается от места загрузки заготовок до места их выгрузки. Металл нагревается постепенно, методически. Печи характеризуются высокой производительностью. Применяются в прокатных и кузнечно-штамповочных цехах для нагрева слитков из цветных металлов. Крупные слитки перед прокаткой нагревают в – разновидности камерных, пламенных печей.

В качестве транспортных устройств в прокатном производстве используют:

• слитковозы и различного вида тележки для подачи слитков и заготовок от нагревательных устройств к стану;
• рольганги – основное транспортное средство прокатных цехов ( с последовательно установленными вращающимися роликами обеспечивают продольное перемещение металла; при косом расположении роликов возникает возможность поперечного движения полосы);
• манипуляторы, предназначенные для правильной задачи полосы в калибр;
• кантователи, предназначенные для поворота заготовки вокруг горизонтальной оси.