Прокатка цветных металлов и сплавов
Ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без прокатной продукции. Она используется для строительства мостов, зданий, метрополитена и других сооружений, для изготовления различных станков, транспортных средств, машин, агрегатов, мебели, посуды и т.д.
Прокатные станы деформируют сталь, которая в зависимости от назначения имеет различные свойства, определяемые ее химическим составом.
Сталь, подвергаемую прокатке, разделяют на сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. Марки этой стали выплавляют в мартеновских печах, в бессемеровских конвертерах, в основных конвертерах с продувкой стали кислородом и в электропечах.
Наибольшее распространение получила прокатная продукция из углеродистой стали, содержащей железо и углерод с небольшим количеством примесей — марганца, кремния, фосфора и серы. В углеродистой стали элементом, определяющим ее состав, является углерод. Для придания стали специальных свойств в ее состав вводят различные элементы, которые носят название легирующих. Стали со специальными добавками называют специальными или легированными.
К специальным примесям относят Ni, Cr, Mo, W, V, Со, Ti, Mn (более 1 %), Si (более 0,5%) и др.
Качественные и высококачественные стали отличаются от сталей обыкновенного свойства содержанием вредных элементов — серы и фосфора. В сталях обыкновенного качества допускается содержание каждого из этих элементов не более 0,05—0,055%, в качественных сталях — не более 0,04—0,046 %, а в высококачественных — не более 0,03— 0,035%.
Качественные стали разделяют на углеродистые и легированные, идущие для изготовления деталей машин и конструкций.
Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного и повышенного качества в зависимости от назначения н характеристик подразделяют на следующие группы: группа А — сталь, поставляемая по механическим свойствам; группа Б — сталь, поставляемая по химическому составу; группа В — сталь повышенного качества, поставляемая одновременно по механическим свойствам и химическому составу.
К группе А относят стали марок Ст 0, Ст 1сп — Ст 3сп, Ст 3кп, Ст 4кп, Ст 5пс —Ст 7пс. Для стали этой группы гарантийными характеристиками являются: предел текучести, временное сопротивление и относительное удлинение. Сталь группы А может быть поставлена в термически обработанном виде или термически обработанной с прокатного нагрева.
К группе Б относят: МСт 0, МСт 1, МСт 3—МСт 7, КСт 0—КСт7, БСт 0, БСт 3—БСт 6. Их гарантируемой характеристикой является химический состав. Обычно сталь этой группы заказывают в том случае, если ее подвергают горячей механической или термической обработке.
К группе В относят мартеновскую сталь марок ВМСт 2, ВМСт 3—ВМСт 5, ВКСт 2—ВКСт 5. Для стали этой группы гарантируемыми характеристиками являются: химический состав, механические свойства, испытания на изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость при нормальной температуре.
Углеродистая сталь обыкновенная и повышенного качества служит основным материалом для изготовления различных деталей машин. Обыкновенная углеродистая сталь имеет различные назначения. Например, мостовая сталь служит для изготовления мостовых конструкций. Эту сталь выплавляют в мартеновских печах и поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Для судостроения в зависимости от назначения сталь разделяют на две группы:
- для изготовления корпусов морских судов;
- для изготовления якорных цепей.
За последнее время все больше прокатывают низколегированные стали, содержащие, как правило, не более 0,25 % С и не более 3 % легирующих элементов. Эти стали широко применяют для изготовления строительных конструкций в связи с повышенными требованиями к качеству, главным образом в отношении показателей прочности, пластичности, коррозионной стойкости, хладноломкости и старения.
К качественной конструкционной углеродистой стали относят стали марок 05кп, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 с нормальным содержанием марганца и стали марок 15Г, 20Г, З0Г, 40Г, 50Г, 60Г, 70Г с повышенным содержанием марганца.
Низкоуглеродистая сталь марок 08 и 10 хорошо штампуется в холодном состоянии; ее широко применяют в автотракторной промышленности. Сталь марок 40, 45, 50, 55 и 60 применяют в тех же отраслях для изготовления деталей повышенной и высокой прочности.
Качественную конструкционную углеродистую сталь с повышенным содержанием марганца применяют в авиастроении и автотракторостроении (для заклепок, шестерен, рессор, осей, пружин) и в других отраслях промышленности. К качественной конструкционной стали относят также автоматную сталь, имеющую повышенное содержание серы. Она предназначена для обработки на быстроходных автоматах и ее применяют для изготовления винтов, болтов и гаек и сложных тонкостенных и особенно трудных для обработки частей автомобилей, текстильных, счетных и пишущих машин, для точного машиностроения и приборостроения.
К конструкционным легированным сталям относят хромистую (в том числе шарикоподшипниковую), хромомолибденовую, хромованадиевую, хромоникелевую, хромомолибденованадиевую и др. Эту сталь применяют в различных отраслях промышленности.
К прокатываемым инструментальным сталям относят углеродистую сталь марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13, У7А÷У13А, а также легированную сталь.
Хромистая сталь имеет очень широкое применение. Хром оказывает положительное влияние и является сравнительно недорогой примесью. Сталь марок 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 38ХА, 30ХП применяют для деталей машин в автотракторной и автомобильной промышленности. Широкое применение получила хромистая борсодержащая сталь марок 15ХР, 15ХРА, а также сталь, содержащая цирконий, например сталь марки 45ХЦ. Эта сталь прокаливается гораздо глубже, чем 45Х; она находит широкое применение для деталей крупных сечений. Хромистые стали с высоким содержанием углерода (0,9—1,1 %) и хрома (0,8—1,65%) идут для изготовления колец, шариков, роликов подшипников. Это сталь марок ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Твердость закаленной шарикоподшипниковой стали HRC 59—62.
Марганцовистая сталь после соответствующей термообработки приобретает высокую твердость, не снижая пластичности, и обрабатывается лучше, чем углеродистая. В производстве широко применяют сталь следующих марок: 15Г, 20Г, 30Г и др. Из марганцовистой стали следует выделить высокомарганцовистую сталь марки Г13. В ней содержится 1,0—1,3 % C и 11—14 % Mn. Она обладает высоким сопротивлением износу и в то же время пластична, и потому идет для изготовления стрелок трамвайных и железнодорожных путей, гусениц тракторов, щек дробилок и т. д.
Хромоникелевая сталь является самой распространенной конструкционной сталью, так как после термообработки приобретает высокую твердость, прочность, упругость и сопротивление ударным нагрузкам: ее марки 20ХН. 12Х2Н4А, 30ХН3А. Временное сопротивление ее колеблется от 750 до 1700 МПа, относительное удлинение —от 7 до 22%, ударная вязкость 50—300 кДж/м 2 .
Хромокремнистая сталь обладает высокой твердостью и упругостью после термической обработки и ее широко применяют для изготовления рессор и пружин. Марки этой стали следующие: 33ХС, 38ХС, 60С2ХА, 50ХСА, 70С2ХА.
Хромомарганцовистую сталь частично применяют как заменитель стали хромоникелевой (в целях экономии никеля). Широко применяют сталь марок 20ХГ, 20ХГР, 40ХГР, 30ХГТ, 18ХГТ; последняя идет для изготовления автомобильных деталей.
Хромованадиевая сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХФА идет для изготовления ответственных пружин, сталь марки 15ХФ —для валов, шестерен, муфт.
Хромомолибденовая сталь обладает высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, многие из этих сталей теплоустойчивы при температурах 400—600 °С. Сталь марок 30ХМА служит для изготовления роторов, осей, зубчатых колес.
Хромоникельвольфрамовая и хромоникелемолибденовая стали предназначаются для нагруженных деталей машин, зубчатых колес, коленчатых валов, высоконагруженных шатунов. Марки этой стали: 30ХНВА, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.
Прогресс в технике создания сложнейших агрегатов, машин, конструкций, турбин и т.д. требует большого количества марок конструкционной легированной стали, обладающей исключительно высокими физико-механическими свойствами. Такими являются сталь хромоникелевольфрамованадиевая марок 30Х4ФВФА, 28ХН3ВФА и др., хромоникелемолибденованадиевая марок 20ХН4ФА, 38ХН3МФА и др.
В прокатных цехах все больше прокатывают сталь с особыми физическими свойствами. К такой стали относят: коррозионно-стойкую, кислотостойкую, жаропрочную и другие марки, обладающие какими-либо специальными свойствами.
Стали присваивают определенную марку, имеющую свое условное обозначение. Для марки стали по ГОСТу принята буквенно-цифровая система: X — хром, Н — никель, А — азот, Е — селен, В — вольфрам, Г —марганец, Т — титан, Д — медь, Б — ниобий, П — фосфор, Р — бор, Ф — ванадий, Ю — алюминий, С — кремний, Ц — цирконий, М — молибден. Эти буквы сочетаются с цифрами, которые могут стоять либо впереди букв, либо за ними, например 12Х, 12Х2Н4А, ХВ5, 9ХС, Г13. Указанная система маркировки охватывает почти всю легированную сталь. Исключение составляют отдельные группы стали, которые дополнительно обозначают определенной буквой: Р — быстрорежущие, Е — магнитные, Ш — шарикоподшипниковые, Э — электротехнические. Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если впереди марки нет цифры, это значит, что углерода в ней либо 1 %, либо выше 1 %. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах; если за буквой отсутствует цифра — значит, содержание данного элемента около 1 %. Буква А в конце марки, как и в углеродистой, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.
Расшифруем некоторые марки. Например, сталь 12Х2Н4А — хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием 0,12 % C, 2 % Cr, 4 % Ni. Сталь ХВ5 — хромовольфрамовая сталь с содержанием углерода 1 % или выше, около 1 % Cr и 5 % W. Сталь 30ГС — конструкционная сталь с содержанием 0,3 % C, около 1 % Cr, 1 % Mn и 1 % Si Сталь X12М—инструментальная сталь, содержащая около 12 % Cr и 0,4—0,6 % Mo.
В небольшом количестве в некоторых марках присутствует никель, медь и фосфор как специальные примеси. Приведем некоторые марки этих сталей: 15ГС, 25Г2С, 10Г2СД, 14ХГСН, 10ХСНД (СХЛ4), 15ХСНД (СХЛ1, НЛ1, НЛ2), 12ХС (БНЛ2), 24Г, 14Г2, 10ХГ2Н, 10ГНД, 10ХНДП и ряд других. В этой стали содержится около 0,30 % Cu, за исключенном марок, в которых имеется буква Д; в этом случае содержание меди 0,50 %—0,8 %. В стали, где в марках нет букв X и Н, содержание никеля и хрома (каждого в отдельности) не превышает 0,3 %. Содержание серы и фосфора не превышает 0,055 %; если в марке есть буква П, то допускается 0,08—0,15 % P.
Следует отметить, что существует много исключений, которые не всегда дают возможность даже примерно пользоваться маркой для расшифровки химического состава стали. Поэтому правильность расшифровки следует проверять по соответствующим справочникам.
Особенности прокатки цветных металлов и сплавов
К качеству поверхности плит, листов и лент из цветных металлов и сплавов предъявляют повышенные требования. Для их обеспечения дефекты поверхностей слитков и заготовок после их прокатки удаляют механической обработкой на токарных и фрезерных станках. В случае малой пластичности металла в литом состоянии для разрушения литой структуры и улучшения пластических свойств слитков после прохождения высокотемпературного отжига их подвергают ковке.
Прокатку листов и плит из алюминиевых сплавов выполняют на прокатных станах при температуре 400—500 °С. Горячей прокаткой изготовляют листы толщиной более 5 и плиты толщиной свыше 10 мм. Технологический процесс прокатки листов осуществляется карточным или рулонным способом. При карточном способе прокат разрезают на карточки — листы определенного размера, при рулонном способе листы и ленты сворачивают в рулон. Рулонный способ обеспечивает более высокую производительность и увеличивает выход годного проката.
При прокатке выполняют нагрев слитков в методической печи до 500—550 °С, прокатку их за несколько проходов на трехвалковом стане в заготовку толщиной 10 мм, ее обрезку и свертывание в рулон на сверточной машине. Затем производятся холодная прокатка рулона на четырехвалковом стане до ширины и толщины готового листа, резка на листы нужной длины, правка готовых листов на механизированной линии, их отжиг в электрической печи, окончательная правка на многовалковой правильной машине (правильных вальцах) и отбраковка. При изготовлении твердых (наклепанных) листов операция отжига исключается. Холодную прокатку ведут со смазкой и охлаждением валков, так как в результате трения происходит нагрев валков, который может повлиять на толщину листа. Листы из деформируемых алюминиевых сплавов изготовляют толщиной 0,3—10, шириной 400—2000 и длиной 2000— 4000 мм, ленту — толщиной 0,3—2 и шириной до 300 мм. Профили, прутки, трубы, панели изготовляют горячим прессованием при 350—450 °С через отверстия, соответствующие сечению прессуемого полуфабриката.
Для повышения механических свойств проката, поковок и отливок из алюминиевых сплавов их подвергают различным видам термической обработки (отжигу, старению, закалке, отпуску). Так, закалка дюралюминия при температуре 480—500 и старение при 150—175 °С повышают его предел прочности в 2,5 раза (до 390 МПа).
Прокатка листов и лент из титана и его сплавов имеет ряд специфических особенностей, обусловленных высокой химической активностью и технологическими свойствами этого металла. Круглые титановые слитки, изготовленные из менее пластичных сплавов, перед прокаткой подвергают ковке с целью разрушения крупнозернистой структуры. Металл перед ковкой нагревают до 850—1000 °С в газовых или электрических печах с защитной или восстановительной газовой средой. Ковку ведут на прессах при малых скоростях и степени деформации, с промежуточными подогревами. Ковкой получают прямоугольные заготовки (сутунки), которые направляют на прокатку.
Плоские слитки из пластичных сплавов подвергают непосредственно прокатке. Титановые слитки и сутунки перед прокаткой нагревают до 850—1050 °С. Толстые листы прокатывают на четырехвалковых станах (два рабочих и два опорных валка) без покрытия, а тонкие — в пакетах, покрытых листами из никеля или нержавеющей стали. Покрытие препятствует налипанию титана на валки, что характерно для этого металла, и предохраняет его от насыщения газами. При первых проходах, когда металл имеет высокую температуру, предусматривается повышенное обжатие (30—40 % за проход). Температура в конце прокатки должна быть не ниже 700—800 °С, в противном случае делается повторный нагрев.
Для улучшения качества поверхности листов из титана и его сплавов и получения заданных механических свойств горячая прокатка дополняется холодной или теплой при 200— 400 °С, а для снятия наклепа предусматривают промежуточные отжиги при 600—815°С. Перед отжигом листы подвергают обезжириванию трихлорэтиленом. Прокатанные листы получают толщиной от 0,3 мм и выше при ширине до 1220 мм, их обрезают до нужных размеров и травят в смеси азотной и фтористоводородной кислот. Листы и ленты в зависимости от требования заказчика поставляют в горячекатаном состоянии без термообработки, в нагартованном и закаленном состоянии.
Сущность и способы обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением благодаря пластичности металла позволяет под действием внешних сил изменять его первоначальную форму и сохранять вновь полученную после снятия нагрузки. При обработке давлением из заготовки получают изделия сложной формы, улучшают кристаллическую структуру металла и его механические свойства.
Получение изделий при обработке металлов давлением осуществляется без снятия стружки путем пластического деформирования исходной заготовки под давлением рабочего инструмента: валков, бойков, штампов и др. При этом объем металла и плотность его практически не изменяются. В качестве исходной заготовки при обработке давлением обычно используют слитки черных и цветных металлов.
Обработка давлением является малоотходным экономичным технологическим процессом. Отходы металла при этом процессе не превышают 25%, а при холодной штамповке составляют всего 5—10%. При получении изделий обработкой резанием отходы металла в виде стружки составляют свыше 50 % массы готовой детали, причем удаляется наиболее прочный внешний слой. Обработка металлов давлением обеспечивает очень высокую производительность труда по сравнению с другими методами обработки. Например, при прокатке скорость выхода изделий достигает 30 м/с, при холодной штамповке на одном агрегате производится до 1500 деталей в минуту. Обработкой давлением можно получать не только крупные заготовки, но и мелкие изделия с высокой точностью — фольгу и проволоку толщиной несколько микрон и с допусками, составляющими десятые доли микрона. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, ковка, объемная и листовая штамповка, прессование и волочение.
Прокатка — процесс обжатия материала между вращающимися валками прокатного стана. Прокаткой получают листы, прутки, трубы и различные профили.
Свободной ковкой называется процесс последовательного деформирования металла молотом или прессом, когда течение его в стороны не ограничено. Свободной ковкой получают различные детали в мелкосерийном и единичном производстве.
Объемная штамповка — ковка в штампах, полости которых определяют конфигурацию изделия. Этим способом заменяют ковку при крупносерийном и массовом производстве.
Листовой штамповкой называют процесс деформации листовой заготовки для придания ей нужной формы и размеров. Способ применяется для изготовления тонкостенных деталей в массовом производстве.
Прессование — процесс выдавливания материала на гидравлическом прессе через отверстие в матрице. Прессованием в основном получают прутки, трубы и различные профили из цветных металлов.
Волочение — процесс протягивание прутка через отверстие в матрице, размер которого меньше размера поперечного сечения заготовки. Волочением получают тонкую проволоку, трубы и прутки.
В машиностроении и других отраслях промышленности давлением обрабатывают около 90 % выплавляемой стали и до 55 % цветных металлов и сплавов.
Деформация бывает упругой, когда тело после снятия прилагаемых к нему сил восстанавливает свои первоначальные форму и размеры, и пластической, когда после снятия нагрузки восстановления не происходит и тело сохраняет полученную форму. Упругая деформация предшествует пластической, так как она возникает при меньшей величине деформирующих сил и напряжений. Поэтому полная деформация тела в момент действия нагрузки равна сумме упругой и пластической (остаточной) деформаций.
Прокатка цветных металлов и сплавов
Основными потребителями цветных металлов являются автотракторная промышленность и электропромышленность Прокатная продукция их цветных металлов и сплавов имеет широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.
Для прокатки применяют слитки прямоугольного и круглого сечений. Масса слитков некоторых цветных металлов доходит до 2,5—5,0 т.
Для повышения выхода годного при прокатке цветных металлов и сплавов практикуется предварительная отрезка прибыльной части слитков многих цветных металлов (томпака, латуни, мельхиора, бронзы и др.). Отрезают прибыльную часть слитков в холодном состоянии на дисковых пилах. Слитки подвергают зачистке. Круглые слитки часто обтачивают на токарных станках. Плоские слитки шабруют на специальных станках, позволяющих удалять как местные дефекты, так и весь поверхностный слой. При работе на этих станках осуществляется комбинированное движение слитка и резца, что обеспечивает довольно высокую производительность.
Слитки большинства цветных металлов прокатывают в горячем состоянии. Некоторые цветные сплавы в горячем состоянии не деформируются (при прокатке они разрушаются). Эти сплавы подвергают холодной прокатке. К числу таких сплавов относят, например, свинцовистую латунь и бронзу. Нагрев подавляющего большинства цветных металлов и сплавов производят до 1000°С. Только отдельные цветные металлы нагревают до более высоких температур; так, температура нагрева никеля перед прокаткой должна быть не ниже 1200 °С.
Алюминий и алюминиевые сплавы характеризуются узким интервалом температур горячей прокатки. Температуры нагрева и конца прокатки их лежат в пределах 450— 350 °С. При более высокой и более низкой температурах пластичность алюминия и его сплавов снижается, и при прокатке образуются трещины.
Медноцинковые сплавы (томпак, полутомпак, латуни) необходимо нагревать в окислительной атмосфере. При нагреве в этих условиях на поверхности слитков образуется пленка оксида цинка, которая предохраняет металл от улетучивания цинка. При нагреве в восстановительной атмосфере такой защитной пленки не образуется, и поэтому происходит значительное улетучивание цинка (происходит потеря массы).
Температура конца прокатки медноцинковых сплавов не должна быть ниже 650 °С, так как в противном случае пластические свойства снижаются.
Латунь — сплав меди с цинком; имеются также легированные латуни, содержащие, помимо меди и цинка, такие элементы, как железо, алюминий, свинец и марганец. Прибавление к меди цинка улучшает ее механические свойства и изменяет ее цвет. С повышением содержания цинка (до 45 %) увеличивается предел прочности латуни. При содержании свыше 30 % Zn относительное удлинение постепенно снижается и доходит почти до нуля при содержании 50% Zn.
Свинцовые латуни (ЛС59-1, ЛС64-2) содержат до 2 % Pb. Из них изготавливают ленты и полосы с различными механическими свойствами путем нагартовки. Применяют эти сплавы в часовом производстве. Прокатку свинцовых бронз, начиная от слитков, производят только в холодном состоянии.
Чистый по примесям никель обладает очень высокими пластическими свойствами. При 1200 °С предел пластичности не достигается даже при обжатии в 80 %, несмотря на то, что в литом состоянии у никеля резко выраженная транскристаллическая структура. Температура нагрева перед прокаткой должна быть около 1230 °С. С понижением температуры пластичность никеля снижается, хотя все же остается весьма высокой. Никель для прокатки отливают в слитки с прибыльной надставкой.
Цинк в зависимости от способа получения содержит разное количество примесей свинца, железа и кадмия. В электролитическом цинке содержится 0,04—0,06 % примесей, в дистиляционном 1,5—3,7 %. Литой цинк обладает низкими механическими свойствами, которые после горячей прокатки значительно улучшаются. Электролитический цинк при холодной прокатке практически не наклепывается, что объясняют низкой температурой рекристаллизации, лежащей около 20 °C. На пластичность цинка сильно влияют примеси, железо и олово снижают его пластичность. В цинке должно быть не более 0,02 % Fe и не более 0,05 % Sn. Цинк отливают в плоские слитки, которые прокатывают в горячем состоянии. Температура нагрева слитков перед горячей прокаткой не должна превышать 150— 180 °С; при 250 °С пластичность цинка резко снижается.
Алюминий в чистом виде обладает очень высокими пластическими свойствами: в холодном состоянии он допускает обжатия, превышающие 70 % за проход. Алюминий очень мало наклепывается, и поэтому холодную прокатку можно производить с суммарным обжатием, доходящим до 97 %. На пластичность алюминия в холодном состоянии влияют примеси: железо и кремний снижают пластичность алюминия, в частности, железо делает его хрупким. При горячей прокатке алюминий нагревают до 480 °С.
Дуралюмин содержит медь, магний, марганец, которые придают ему сравнительно высокие механические свойства. Это дает возможность широко его использовать как конструкционный материал. Дуралюмин отливают в плоские слитки. Горячую прокатку производят при 450 °С и ниже. При горячей прокатке слитки дуралюмина склонны к разваливанию, причем дуралюмин обладает склонностью прилипать к поверхности валков. Холодная прокатка дуралюмина идет без затруднений.
Схемы технологического процесса прокатки
Современное прокатное производство подразделяется на две стадии: слиток — заготовка и заготовка — готовый продукт.
Одни из вариантов общей схемы производства в современном прокатном цехе представлен на рис. 58. Первое производственное звено этого цеха — заготовочное отделение— состоит из одного реверсивного блюминга с валками диаметром 1150 мм. Второе производственное звено состоит из трех станов окончательной прокатки, предназначенных для выпуска сортового и листового металла. Непрерывный заготовочный стан отсутствует, так как станы окончательной прокатки не требуют мелкой заготовки. Исходным материалом для этих станов служат крупные заготовки —блюмы и слябы, поступающие с блюминга.
На рис. 59 представлен второй вариант схемы производства в современном прокатном цехе. В отличие от варианта 1 заготовочное отделение этого цеха содержит непрерывный заготовочный стан, прокатывающий мелкие заготовки до сечения 50×50 мм, которые идут на мелкосортные станы.
На рис. 60 представлен третий вариант схемы производства в современном прокатном цехе, заготовочное отделение которого состоит из одного реверсивного слябинга с палками диаметром 1100 мм, снабжающего крупными заготовками (слябами) два листопрокатных стана. Прокатка из заготовки повышает производительность станов, способствует большой точности прокатки и повышает качество готового проката.
Главным фактором увеличения производительности станов является повышение скорости прокатки. Одновременно с этим должна решаться задача осуществления максимальных обжатии на прокатных станах при повышенных скоростях и точности прокатки.
Весьма важным фактором, способствующим повышению производительности прокатных станов, является дифференциация производственного процесса, которая наибольшей степени достигает на непрерывных станах. Непрерывная прокатка начала развиваться в последние 25—30 лет и является по существу современным этапом развития прокатной техники, а полная реализация огромных возможностей ее — задача будущего.
Производительность прокатных станов можно значительно повысить и вследствие увеличения массы исходных материалов. Размеры и масса исходных блюмов, слябов и заготовок за последнее время постепенно увеличились с одновременным повышением скорости прокатки. Дальнейшее повышение скоростей прокатки позволит также увеличить и массу исходных материалов.
Необходимо отметить и такой важный фактор повышения производительности прокатных станов, как механизация и автоматизация производственного процесса.
Развитие прокатного производства сопровождается повышением качества выпускаемых изделий, что достигается улучшением конструкции рабочих клетей, материала и конструкции вкладышей для обеспечения качественной смазки, использованием валков с короткой бочкой при прокатке сортового металла, применением многовалковых станов при прокатке листов и ленты, развитием холодной прокатки, введением современных методов зачистки полупродуктов, термической обработки, автоматического контроля, регулирования режима производственных процессов и ир. Развитие непрерывной прокатки и полная механизация производственных процессов в прокатных цехах обеспечивают высокое качество продукции, резкое сокращение брака, экономичное использование металла и повышение производительности прокатных станов и труда.
За последние годы на отечественных металлургических заводах начали широко применять способ непрерывной разливки стали, осуществляемый с помощью специальной установки. Жидкую сталь из ковша большой емкости непрерывно подают в медные водоохлаждающие кристаллизаторы с квадратным или прямоугольным отверстием. При выходе из кристаллизаторов литые заготовки охлаждают водой, разрезают на мерные длины и направляют на склад или без дополнительного подогрева на станы для дальнейшей прокатки.
Основными задачами прн производстве того или другого прокатного изделия являются: а) получение готового продукта заданных размеров и формы в максимально возможном количестве; б) получение готового продукта высокого качества, которое характеризуется не только физико- механическими свойствами этого продукта, но и состоянием поверхности. Эти задачи выполнимы при соблюдении режима всех технологических процессов, подготовки исходного материала и проката; нагрева металла перед прокаткой; прокатки; охлаждения металла после прокатки; отделки готовового проката, включающей резку, правку, удаление поверхностных дефектов и др.
Качество исходного продукта влияет на готовое изделие. При этом большое значение имеет качество исходного металла (слитков). Требования к качеству поверхности слитков должны быть высокими. Доказано, что пороки на поверхности слитков, своевременно не удаленные, переходят в готовую продукцию, переводя ее в ряде случаев в брак. Поэтому удаление пороков с поверхности слитков и заготовки является важной операцией, обеспечивающей высокий выход годного и надлежащее качество продукции.
Нагрев металла перед прокаткой не только обеспечивает возможность осуществления самого процесса деформации, но и в ряде случаев предопределяет качество готовой продукции. Температуру и скорость нагрева устанавливают для стали каждой марки в отдельности. Строгое соблюдение установленных и проверенных режимов нагрева — важное условие для получения готового проката нужного качества.
Процесс прокатки заключается в деформации исходного продукта (слитков, заготовок), его формоизменении. Это осуществляют в калиброванных валках по различным режимам обжатия. Последние, особенно при прокатке слитков, связаны с пластическими свойствами металла, т. е. со способностью к деформации без разрушения. Помимо режима обжатия, устанавливают также и температурные условия прокатки: температуры начала и конца прокатки. Температуру начала прокатки устанавливают, исходя из необходимости обеспечить нужные пластические свойства металла и наименьшее для данных условий сопротивление деформации. Температуру конца прокатки выбирают, исходя из этих же факторов, а также учитывая ее влияние на качество готовой продукции. Это влияние в ряде случаев (например, при прокатке однофазных сплавов, шарикоподшипниковой стали, высокоуглероднстых сталей) имеет решающее значение.
Охлаждение металла после прокатки для многих металлов и сплавов является ответственной операцией. Несоблюдение условий правильного охлаждения в очень многих случаях может оказаться причиной брака готовой продукции. Основным показателем этого элемента технологии прокатки является скорость охлаждения металла, которая определяется продолжительностью охлаждения, а в ряде случаев и определенным температурным интервалом. Неправильный режим охлаждения может привести к получению готового проката с пороками в виде флокенов и трещин или с неудовлетворительными свойствами.
После охлаждения проката производят его отделку: правку; удаление поверхностных пороков; некоторые специальные операции, например фрезеровку торцов, сверление дыр рельсов; окончательную термическую обработку, отделку поверхности и др. После охлаждения осуществляют окончательный контроль готовой продукции. Отделка готовой продукции перед ее сдачей обеспечивает нужное качество готовой продукции.
На рис. 61 представлена основная схема производства от слитка до готовой продукции в современных прокатных цехах (характерным для этой схемы является горячий всад, т. е. слитки поступают в нагревательные колодцы еще горячими). Если блюмы и слябы служат для получения готового продукта, то их режут на части, которые отправляют в нагревательные печи или на склад для осмотра и зачистки. Если блюмы предназначены для получения заготовки, то после прокатки на заготовочных станах металл отправляют на склад для осмотра, зачистки и лишь в отдельных случаях в нагревательные печи станов окончательной прокатки. При производстве легированной и высоколегированной стали, когда к качеству поверхности предъявляются особенно высокие требования, слитки после разливки могут полностью охлаждаться, подвергаться зачистке и вновь поступать на нагрев в холодном виде.
Читайте также: