Прокатка

Прокатка — это процесс пластического деформирования металлов и других материалов между вращающимися валками прокатного стана с целью уменьшения поперечного сечения (обжатия), придания требуемой формы и улучшения механических свойств. Относится к основным способам обработки металлов давлением. Продукция, получаемая прокаткой, называется прокатом. Прокатка является одним из наиболее производительных и экономичных методов формообразования, обеспечивающим высокое качество поверхности и точность геометрических размеров. Процесс широко применяется в чёрной и цветной металлургии, а также в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

История

Первые упоминания о прокатке металлов относятся к XVI веку. В 1553 году французский инженер Обрио описал устройство для прокатки свинцовых листов для кровли. Однако широкое промышленное применение прокатка получила в конце XVIII — начале XIX века в связи с развитием металлургии и потребностью в массовом производстве металлических изделий.

В 1783 году английский изобретатель Генри Корт получил патент на прокатный стан с рифлёными валками для производства прутков. В 1828 году в Англии был построен первый рельсопрокатный стан, что стало важным этапом в развитии железнодорожного транспорта. В России прокатное производство начало развиваться в середине XIX века. Первый отечественный прокатный стан был установлен на Воткинском заводе в 1844 году.

В XX веке прокатка стала основным способом производства металлопродукции. Были разработаны непрерывные станы, станы горячей и холодной прокатки, а также специализированные агрегаты для прокатки труб, листов, профилей и специальных видов проката. В СССР и современной России прокатное производство является одной из ключевых отраслей металлургии, обеспечивающей потребности машиностроения, строительства, энергетики и оборонной промышленности.

Классификация прокатки

Прокатка классифицируется по нескольким основным признакам.

По температуре процесса

• Горячая прокатка — деформирование металла при температуре выше температуры рекристаллизации. Обеспечивает высокую пластичность, позволяет получать крупные заготовки и снижает энергозатраты на деформацию. Применяется для производства листов, труб, балок, рельсов и других крупногабаритных изделий.
• Холодная прокатка — деформирование при комнатной температуре или ниже температуры рекристаллизации. Позволяет получать изделия с высокой точностью размеров, чистой поверхностью и улучшенными механическими свойствами (например, повышенной твёрдостью). Используется для производства тонких листов, лент, фольги, а также для чистовой обработки горячекатаного проката.

По форме валков

• Прокатка на гладких валках — применяется для производства листов и лент.
• Прокатка на калиброванных валках — валки имеют вырезы (ручьи), образующие калибры, которые придают прокату заданный профиль (например, круглые, квадратные, уголковые, швеллерные, рельсовые профили).
• Прокатка на специальных валках — для получения труб (на прошивных, раскатных и калибровочных станах), периодических профилей, шаров и других изделий.

По расположению валков

• Горизонтальная прокатка — оси валков расположены в горизонтальной плоскости. Наиболее распространённый тип.
• Вертикальная прокатка — оси валков расположены в вертикальной плоскости. Используется для прокатки кромок листов и профилей.
• Косовалковая прокатка — оси валков расположены под углом друг к другу. Применяется для прошивки заготовок при производстве бесшовных труб.

По количеству валков в клети

• Двухвалковые (дуо) — наиболее простые станы, валки вращаются в противоположные стороны.
• Трёхвалковые (трио) — три валка, расположенных один над другим, позволяют прокатывать металл в обоих направлениях.
• Четырёхвалковые (кварто) — два рабочих валка малого диаметра и два опорных валка большого диаметра, обеспечивающие высокую жёсткость и точность прокатки.
• Многовалковые (например, 6-валковые, 12-валковые, 20-валковые) — используются для холодной прокатки тонких листов и лент с высокой точностью.

Оборудование для прокатки

Основным элементом прокатного стана является рабочая клеть, в которой установлены валки. Валки изготавливаются из высокопрочных сталей или чугуна, часто с закалённой поверхностью. Валки приводятся во вращение электродвигателями через редукторы и шестерённые клети.

Прокатный стан включает в себя также:

• Нагревательные устройства (печи) для горячей прокатки.
• Транспортёры (рольганги) для подачи заготовки к валкам и отвода готового проката.
• Правильные машины для устранения искривлений.
• Ножницы или пилы для резки проката на мерные длины.
• Моталки для сматывания тонкого листа в рулоны.

Технология прокатки

Процесс прокатки включает несколько этапов:

1. Подготовка заготовки — слитки или непрерывнолитые заготовки нагреваются до заданной температуры (для горячей прокатки) или проходят предварительную обработку (для холодной).
2. Прокатка — заготовка пропускается через валки, которые обжимают её и придают требуемую форму. При горячей прокатке заготовка проходит через несколько клетей, постепенно уменьшаясь в сечении. При холодной прокатке может применяться многократный пропуск с промежуточными отжигами для снятия наклёпа.
3. Отделка — готовый прокат подвергается правке, резке, термической обработке (при необходимости), а также контролю качества.

Виды проката

Основные виды продукции, получаемой прокаткой:

• Листовой прокат — листы, плиты, ленты, фольга. Толщина листов может варьироваться от нескольких микрон (фольга) до сотен миллиметров (толстолистовой прокат).
• Сортовой прокат — прутки круглого, квадратного, шестигранного сечения, а также полосы.
• Фасонный прокат — балки, швеллеры, уголки, рельсы, шпунты, профили для оконных и дверных рам.
• Трубный прокат — бесшовные и сварные трубы различного диаметра и назначения.
• Специальные виды проката — периодические профили (например, для арматуры железобетонных конструкций), шары для шаровых мельниц, колёса для железнодорожного транспорта, бандажи.

Применение

Прокатка является основным способом получения металлопродукции для широкого круга отраслей:

• Строительство — арматура, балки, швеллеры, листы для кровли и облицовки, профили для каркасов зданий.
• Машиностроение — листовой и сортовой прокат для изготовления деталей машин, корпусов, рам, осей, валов.
• Транспорт — рельсы, колёса, бандажи, листы для вагоностроения и судостроения, трубы для нефте- и газопроводов.
• Энергетика — трубы для теплообменников, листы для корпусов реакторов, профили для опор линий электропередачи.
• Оборонная промышленность — броневая сталь, специальные профили для военной техники.
• Бытовая техника и упаковка — тонкий лист, лента, фольга для производства посуды, бытовых приборов, упаковочных материалов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность (до миллионов тонн в год на одном стане).
• Возможность получения изделий сложной формы с высокой точностью.
• Хорошее качество поверхности и однородность структуры металла.
• Экономичность (низкие затраты на единицу продукции при массовом производстве).
• Возможность автоматизации и непрерывности процесса.

Недостатки

• Высокие капитальные затраты на оборудование и строительство цехов.
• Значительное энергопотребление, особенно при горячей прокатке.
• Ограничения по размерам и форме изделий (сложные профили требуют специальных калибровок).
• Необходимость последующей термической обработки для некоторых видов проката.

Прокатное производство в России

Россия является одним из крупнейших производителей проката в мире. Основные центры прокатного производства расположены в Уральском, Сибирском и Центральном федеральных округах. Крупнейшие предприятия: Магнитогорский металлургический комбинат (ММК), Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК), Северсталь (Череповец), Нижнетагильский металлургический комбинат (НТМК), Челябинский металлургический комбинат (ЧМК) и другие. В России производятся все основные виды проката, включая листовой, сортовой, фасонный и трубный. Прокатное оборудование частично изготавливается отечественными предприятиями (например, Уралмашзавод, Ижорские заводы), часть импортируется из стран СНГ и дальнего зарубежья.

Интересные факты

• Самый большой в мире прокатный стан по производству толстого листа (толщиной до 250 мм) установлен на Магнитогорском металлургическом комбинате.
• Прокатка является одним из древнейших способов обработки металлов, известных человечеству, наряду с ковкой и литьём.
• В современной металлургии доля проката в общем объёме производства металлов превышает 80 %.
• Холодная прокатка позволяет получать стальную ленту толщиной до 0,05 мм, используемую в электротехнике и приборостроении.

Источники

• Технология металлов и конструкционных материалов. Под ред. А. М. Дальского. — М.: Машиностроение, 2005.
• Прокатное производство: учебник для вузов. Под ред. А. П. Грудева. — М.: Металлургия, 1987.
• ГОСТ 25573-82. Прокат листовой, сортовой и фасонный. Термины и определения.
• Большая советская энциклопедия. Том 21. — М.: Советская энциклопедия, 1975.
• Материалы сайта Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (раздел «Металлургия»).