Вальцовка — вид холодной обработки металлов¶

Вальцовка — это технологический процесс обработки металлов давлением, при котором заготовка пропускается между вращающимися валками, изменяющими её форму и размеры. Относится к классу методов пластической деформации и применяется преимущественно для получения длинномерных изделий: листов, полос, труб, прутков, профилей. Вальцовка сочетает высокую производительность с точностью получаемой продукции и является одним из основных способов формообразования в металлургии.

¶Принцип процесса

При вальцовке заготовка вводится в зазор между двумя или более валками, вращающимися с одинаковой линейной скоростью. Касательные усилия, возникающие в зоне контакта, втягивают металл в зазор и деформируют его. В зависимости от направления относительно оси валков различают:

• продольную вальцовку — металл движется вдоль оси валков (листы, полосы, трубы, прутки);
• поперечную — движение перпендикулярно осям валков (шестерни, зубчатые диски);
• винтовую — металл движется по винтовой траектории (профили сложного сечения, трубы большого диаметра).

Основной характеристикой процесса является коэффициент обжатия — отношение уменьшения толщины заготовки к исходной. Он определяет усилие вальцовки, мощность привода и качество поверхности готового изделия.

¶Классификация

По температурному режиму различают:

• горячую вальцовку — выполняется выше температуры рекристаллизации металла (для стали обычно 1000–1250 °C), позволяет получить большие обжатия за один проход;
• холодную — при комнатной температуре, обеспечивает высокую точность и чистую поверхность, но требует большего числа проходов и промежуточного отжига;
• тёплую — промежуточный режим, применяемый для ряда сплавов.

По назначению продукции выделяют вальцовку листов и полос, труб, сортового проката, рельсов, фольги, а также специальные виды — пилинг (снятие дефектного слоя с поверхности слитка), калибровку, поперечную вальцовку.

¶Оборудование

Основной агрегат процесса — прокатный стан. Его ключевые элементы:

• валки — рабочие органы, воспринимающие усилие деформации; изготавливаются из высокопрочной стали, чугуна или с твёрдосплавными наплавками;
• станина — несущая рама, воспринимающая реактивные усилия;
• привод — электродвигатель с редуктором и муфтами, обеспечивающий вращение валков;
• система охлаждения и смазки — подаёт эмульсию в зону деформации для отвода тепла и снижения трения.

По числу валков различают станы двухвалковые, трёхвалковые, четырёхвалковые и клетевые. Трёхвалковые конструкции позволяют вальцевать металл в обе стороны без разворота заготовки. Четырёхвалковые станы применяют для получения тонких листов и фольги: малые рабочие валки сочетаются с крупными опорными, что снижает прогиб и обеспечивает равномерную толщину.

¶Применение

Вальцовка — основной способ производства проката. По её результатам получают:

• листовой и полосовой прокат — от толстолистового (до 200 мм и более) до тонколистового и фольги;
• трубы — бесшовные (путём проката калиброванного горячекатаного или литого заготовочного прутка-«круга») и сварные (вальцовка полосы с последующей сваркой шва);
• сортовой прокат — балки, швеллеры, уголки, рельсы, прутки;
• специальные профили — для машиностроения, строительства, железнодорожного транспорта.

В России крупнейшими производителями вальцованного проката являются «Северсталь», «ММК», «НЛМК», «Евраз», «Мечел». Металлургические комбинаты оснащены станами горячей и холодной прокатки, в том числе агрегатами непрерывного действия, где заготовка проходит последовательно через несколько клетей без остановки.

¶История

Ручная вальцовка известна с XVI века: первые прокатные станы применялись для получения листового металла и монетных заготовок. В России промышленная вальцовка развивалась с конца XVIII века — в 1780-х годах на Урале были построены станы для проката полосовой и листовой стали. В XIX веке с внедрением паровых двигателей и затем электроприводов прокатные станы стали крупными агрегатами. В XX веке получили распространение непрерывные станы, станы с автоматическим регулированием толщины и системы плоскостности, а также технология проката с контролируемым охлаждением (TMCP), позволяющая улучшать механические свойства стали без дополнительной термообработки.

¶Связанные процессы

Вальцовка тесно связана с ковкой и штамповкой: все относятся к обработке металлов давлением, но вальцовка отличается непрерывностью процесса и высокой производительностью. Отдельным направлением является прошивка — получение полого заготовочного прутка («гильзы») для последующей вальцовки труб, а также экструзия — выдавливание металла через фильеру, иногда применяемая как альтернатива вальцовке для профилей сложной формы.

Источники:

• Гуляев А. А. Обработка металлов давлением. — М.: Металлургия.
• Полухин П. И., Гуляев А. А., Барков В. А. Обработка металлов давлением. — М.: Металлургия.
• Справочник металлурга: прокатное производство / под ред. Б. И. Ковалёва. — М.: Металлургия.
• Статья «Прокатное производство» в Металлургическом справочнике.