Прокат чёрных металлов

Прокат чёрных металлов — это продукция металлургического производства, получаемая путём горячей или холодной пластической деформации слитков или заготовок из чугуна, стали и ферросплавов. Является основным сырьём для машиностроения, строительства, оборонной промышленности и других отраслей, где требуются изделия с заданными формой, размерами и механическими свойствами.

Основные виды проката

Классификация проката чёрных металлов проводится по нескольким признакам: способу производства, геометрической форме, назначению и химическому составу исходного материала.

По способу производства

• Горячекатаный прокат — изготавливается путём нагрева заготовки до температуры выше температуры рекристаллизации (обычно 1100–1300 °C) и последующей прокатки на станах. Отличается меньшей точностью размеров, наличием окалины на поверхности, но более высокой пластичностью и ударной вязкостью. Применяется для несущих конструкций, трубопроводов, судостроения.
• Холоднокатаный прокат — получают из горячекатаной заготовки после её травления (удаления окалины) и дополнительной прокатки при комнатной температуре. Обеспечивает высокую точность геометрии, гладкую поверхность, повышенную твёрдость и прочность. Используется в автомобилестроении, приборостроении, для изготовления бытовой техники.

По форме поперечного сечения

• Сортовой прокат — изделия простой геометрической формы (круг, квадрат, шестигранник, полоса). Круглый прокат (пруток) диаметром от 5 до 250 мм применяется для изготовления валов, осей, болтов; квадратный — для деталей машин; шестигранный — для гаек и крепежа.
• Листовой прокат — плоские изделия толщиной от 0,2 мм (фольга) до 160 мм (толстолистовая сталь). Тонколистовой прокат (до 3,9 мм) идёт на кузова автомобилей, корпуса приборов; толстолистовой — на мосты, корпуса судов, котлы.
• Фасонный прокат — профили сложной формы (двутавры, швеллеры, уголки, рельсы). Двутавровые балки и швеллеры — основа металлоконструкций зданий и сооружений; рельсы — для железнодорожных путей.
• Трубный прокат — бесшовные и сварные трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения. Бесшовные трубы (диаметром до 650 мм) используются в нефтегазовой отрасли; сварные — в строительстве и коммунальном хозяйстве.
• Специальные виды — арматурный прокат (периодического профиля) для железобетона, проволока, лента, бандажи, осевые заготовки.

По химическому составу

• Углеродистая сталь — содержит до 2,14 % углерода. Обыкновенного качества (Ст0–Ст6) — для строительных конструкций; качественная (08кп, 20, 45) — для деталей машин; инструментальная (У7–У13) — для режущего инструмента.
• Легированная сталь — с добавлением хрома, никеля, молибдена, ванадия и других элементов. Низколегированная (до 2,5 % легирующих) — для мостов и кранов; среднелегированная (2,5–10 %) — для турбин и шестерён; высоколегированная (свыше 10 %) — нержавеющие, жаропрочные, износостойкие стали.
• Чугунный прокат — ограниченно применяется из-за хрупкости; используется для изготовления валков прокатных станов, изложниц.

Технология производства

Процесс прокатки включает несколько этапов:

1. Подготовка шихты — выплавка чугуна в доменных печах, передел его в сталь в конвертерах, мартеновских печах или электропечах.
2. Разливка — получение слитков (в изложницы) или непрерывно-литых заготовок (слябов, блюмов, заготовок квадратного сечения).
3. Нагрев — в методических печах до температуры прокатки (для углеродистых сталей 1150–1250 °C).
4. Прокатка — последовательное обжатие заготовки между вращающимися валками прокатного стана. Различают обжимные станы (блюминги, слябинги), заготовочные, сортовые, листовые, трубные.
5. Отделка — резка на мерные длины, правка, термообработка (отжиг, нормализация, закалка), удаление окалины (травление, дробеструйная обработка), нанесение покрытий (цинкование, лужение, окраска).
6. Контроль качества — проверка геометрических размеров, механических свойств (предел прочности, текучести, относительное удлинение), химического состава, отсутствия дефектов (трещин, плен, раковин).

Основные марки и стандарты

В России и странах СНГ прокат чёрных металлов выпускается по ГОСТам, техническим условиям (ТУ) и международным стандартам (ISO, EN, DIN, ASTM).

Применение

Прокат чёрных металлов используется во всех отраслях промышленности и строительства:

• Строительство — каркасы зданий и сооружений (двутавры, швеллеры, уголки), арматура для железобетона, профнастил, металлочерепица, кровельные листы, элементы мостов и эстакад.
• Машиностроение — детали станков, автомобилей, тракторов, сельхозтехники (валы, оси, шестерни, корпуса), листовые заготовки для штамповки кузовов.
• Нефтегазовая промышленность — трубы для магистральных нефте- и газопроводов (диаметром до 1420 мм), обсадные и насосно-компрессорные трубы, резервуары, ёмкости.
• Энергетика — трубные системы парогенераторов, корпуса реакторов, лопатки турбин, элементы опор ЛЭП.
• Транспорт — рельсы, колёса, бандажи, оси вагонов, корпуса судов, вагоностроение.
• Оборонная промышленность — броневая сталь для танков и бронемашин, корпуса ракет, стволы артиллерийских орудий.
• Бытовая техника — корпуса холодильников, стиральных машин, плит, радиаторы отопления.

Крупнейшие производители

Мировое производство проката чёрных металлов в 2023 году превысило 1,8 млрд тонн. Крупнейшие страны-производители: Китай (около 1 млрд тонн), Индия, Япония, Россия, США, Южная Корея.

В России основными производителями являются:

• ПАО «НЛМК» (Липецк) — выпускает листовой, сортовой прокат, трансформаторную сталь.
• ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ММК) — сортовой, листовой прокат, оцинкованная сталь.
• ПАО «Северсталь» (Череповец) — широкий сортамент, включая автолист, трубы, арматуру.
• ПАО «ЕВРАЗ» — рельсы, балки, швеллеры, трубы большого диаметра.
• ПАО «Трубная металлургическая компания» (ТМК) — бесшовные и сварные трубы.
• ПАО «Объединённая металлургическая компания» (ОМК) — трубы, железнодорожные колёса, арматура.

Экологические аспекты

Производство проката чёрных металлов связано со значительными выбросами углекислого газа (до 1,8–2,0 тонн CO₂ на тонну стали), потреблением водных ресурсов и образованием твёрдых отходов (шлаки, окалина, шламы). В России действуют нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС), а также программы по снижению углеродного следа (внедрение электродуговых печей, использование вторичного сырья — лома чёрных металлов). Переработка металлолома позволяет сократить энергозатраты на 60–70 % по сравнению с выплавкой из руды.

Интересные факты

• Первые прокатные станы появились в Европе в XVI веке для изготовления свинцовых листов и золотых монет. Прокатка чёрных металлов начала развиваться с изобретением парового двигателя в XVIII веке.
• Самый длинный железнодорожный рельс (до 120 м) выпускается на Нижнетагильском металлургическом комбинате (входит в «ЕВРАЗ»).
• Толщина холоднокатаной фольги может достигать 0,02 мм — тоньше человеческого волоса.
• В России ежегодно образуется около 30 млн тонн лома чёрных металлов, из которых перерабатывается более 90 %.

Источники

• ГОСТ 16523-97 «Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия».
• ГОСТ 19903-2015 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент».
• ГОСТ 2590-2006 «Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент».
• ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия».
• ГОСТ Р 57837-2017 «Двутавры стальные горячекатаные. Технические условия».
• «Металлургия чёрных металлов» / под ред. Ю. С. Карабасова. — М.: МИСиС, 2012.
• «Технология прокатного производства» / А. П. Грудев, В. Т. Жадан. — М.: Металлургия, 1991.
• Данные Росстата и Минпромторга РФ за 2020–2023 гг.