Производство холоднокатаной стали позволяет выпускать полосы и листы толщиной от 0,5 до 1 мм, что при горячем методе сделать невозможно. При холодной прокатке получается продукция высокого качества, размеры соблюдаются точно, поверхность безупречная, физико-механические свойства позволяют использовать листы в различных отраслях промышленности, цветной и черной металлургии. Производственный цикл холодной прокатки является энергоемким, если сравнить его с горячей технологией, выпуск холоднокатаных листов включает несколько переделов, требует применения многообразного и сложного оборудования.
Разновидность продукции
Стальные холоднокатаные прокаты выпускаются с использованием различных по конструкции прокатных станов, у которых несколько уровней производительности и отличные друг от друга технические характеристики, поэтому на выходе получается большое разнообразие сортамента металлических листов:
- примерно 80% от основной массы проката листового холоднокатаного производится в виде низкоуглеродистой стали толщиной от 0,5 до 2,6 мм, ширина полос составляет 2,3 м, эта продукция чаще всего применяется в автомобильной промышленности, поэтому ее второе распространенное название «автолист»;
из низкоуглеродистой стали получают жесть толщиной от 0,08 до 0,6 мм, шириной 1,3 м с защитным покрытием, чаще всего из олова, жестяные полосы применяются в производстве пищевой тары, консервных банок;- выпускают довольно большое количество отожженной и травленой полосовой стали (декапир), используемой при изготовлении эмалированной посуды и других предметов с аналогичным покрытием;
- для применения в строительстве получают продукцию в виде кровельного металла с цинковым покрытием;
- производят две группы важных в техническом отношении легированных сталей — нержавеющую и электротехническую стали, отличающиеся антикоррозионной стойкостью;
- цветная металлургия выпускает холодный прокат в виде алюминиевых, медных, никелевых, цинковых, титановых, свинцовых полос, лент и листов из сложносоставных составов этих и других элементов;
- фольга из алюминия производится полосами толщиной от 0,006 мм, шириной 1,0—1,5 м.
Технология производства электротехнического металла
Электротехническая сталь при использовании в условиях постоянного перемагничивания переменным током отличается высокой магнитной индукцией и низкими гистерезисными (ваттными) потерями, ее условно делят на два вида:
- динамную;
- трансформаторную.
Чтобы обеспечить требуемое сочетание качеств металлический прокат должен иметь в составе достаточное количество кремниевых добавок и как можно меньше примесей и углерода. Структура материала на выходе должна быть текстурированной и крупнозернистой. Динамная сталь используется при изготовлении динамо-машин (электрических моторов), генераторов. Содержание кремния в пределах 1—1,85%. Из трансформаторной стали делают электромагнитные устройства и трансформаторы, добавки кремния составляют 2,85—3,45%.
Электротехническую сталь производят в листах и полосах, толщина которых от 0,2 до 1,2 мм, ширина продукции до 1,0 м. В качестве исходного сырья используют рулоны горячекатаного материала толщиной 2,2—4 мм, передаваемых со станов с печными моталками или непрерывного производства.
Листовой металл выпускается двумя способами: рулонным и полистным. Второй заключается в том, что первоначальный материал выпускается в рулонах, которые после холодного протягивания разделяют и следующую дрессировку, правку и отжиг делают полистно. Наиболее распространен рулонный способ производства, при нем порезка делается непосредственно перед сортировкой.
Рулонный метод способствует увеличению производительности, качества, открывает возможность для автоматизации и механизации большинства операций, сохраняет форму и характеристики металла в процессе производства благодаря устойчивости технологических приемов. Иногда порезка в условиях цеха не выполняется, так как некоторые получатели принимают поставки в виде рулонов.
Производственные процессы
В отечественном производстве используют:
- реверсивные одноклетевые станы;
- непрерывные трехклетевые, пятиклетевые;
- многовалковые станы.
Для проката трансформаторного металла с большим обжатием важно использование мощных непрерывных пятиклетевых или многовалковых одноклеточных станов и применение технологических смазочных материалов высокой эффективности. Информативные сведения о производстве на одном станке в одинаковых условиях малоуглеродистой и трансформаторной стали показывают, что для выпуска второго вида требуется повышенное давление и усиленный энергетический расход (примерно больше на 12—15%).
При прокатке в первом этапе интенсивные обжатия из-за довольно большой деформации ведут к нагреванию полосы до температуры 120—150˚С. Это благотворно сказывается на дальнейших процессах, так как нагрев материала до такой температуры снижает его сопротивление при протягивании. Обезжиривание делают различными способами:
- ультразвуковым;
- химическим;
- электролитическим.
Для получения материала высокого качества играет роль использование высокотемпературного отжига на предварительной, средней и окончательной стадии термической обработки. Для перемены магнитных свойств трансформаторной стали используют:
- выведение газов из металла и выгорание углерода;
- для улучшения свойств практикуют изменение содержания формы углерода на графитную;
- для уменьшения внутреннего напряжения, создания крупнозернистой поверхности, изменения зерновой ориентации проводят рекристаллизацию наклепанного металла.
Рекристаллизационный отжиг холодно протянутых заготовок делается в колпаковых печах с температурой 1000—1200˚С и разными защитными атмосферами в вакуумных условиях или сухом водороде. Это необходимо для уменьшения показателя твердости ленты, укрупнения ферритовых зерен, коагуляции примесей и уменьшения их числа после окончания первого передела холодного цикла. Отжиг трансформаторной стали не сказывается на уменьшении количества углерода в материале. Толщина получаемого материала зависит от его прокатного режима и конструкции стана.
Материал валков и профилировка
Валки прокатки материала в холодном виде испытывают высокое давление от контакта, показатели нагрузки в несколько раз больше нормы предела текучести при температуре 20—25˚С. К поверхности выпускаемых листов предъявляются повышенные требования. Чтобы соответствовать технологическим особенностям производства и служить эффективно долгое время валки должны быть прочными, а на поверхности иметь определенный микрорельеф, не допускать дефектов и повреждений.
Рабочие ролики для станов холодной протяжки выполняют из металла с большим содержанием углерода, в состав которых методом легирования введены добавки ванадия, хрома, вольфрама и редкоземельных элементов. Валки в процессе производства получают усиленную упругую деформацию, направленную на сплющивание и прогиб. Несмотря на то что во время работы на поверхности валков образуется тепловая выпуклость, это не может избавить их полностью от действия упругой деформации.
Из-за такой особенности производственного процесса при изготовлении роликов используют метод создания начальной профилировки (на станках), что помогает избежать дефекта листов в виде поперечной разницы толщины в определенных местах. Распространено выпуклое профилирование только рабочего верхнего вала, а два боковых и рабочий нижний выпускаются в форме правильных цилиндров. Величина вспомогательной выпуклости зависит от вида стана, свойств и толщины прокатываемого материала, размера валов и других факторов. Часто используется метод создания выпуклости с толщиной в диапазоне 0,05—0,45 мм.
На бочонках опорных валков в некоторых случаях выполняют скосы по краям с длиной 250 мм, при этом диаметр ролика в этом месте уменьшается до 3 мм. Это делают для равномерного распределения нагрузки вдоль бочек и уменьшения износа элемента. Чтобы правильно эксплуатировать прокатный стан требуется иметь в цеху не менее трех комплектов опорных роликов и пять рабочих валков.
Особенности выпуска холоднокатаных листов
В некоторых случаях при обработке высоколегированных сталей первым производственным циклом предусмотрен смягчающий отжиг, для низколегированных составов такую обработку не проводят. После этого поверхность подката очищают от окалины методом травления, пескоструйным давлением, комбинацией этих способов. На этом этапе линейного производства делают стыковку полос рулонов для укрупнения, обработку масляными смазками, обрезание боковых кромок.
Рулонное холодное протягивание включает:
отжиг металла в рулонах;- дрессировка;
- отрезание листов от рулона на станках поперечной резки, правка, промасливание;
- отбраковка продукции, упаковка для товарного вида, отгрузка потребителю;
- иногда в производственных цехах параллельно проводят лужение или цинкование металлических полос на специальных агрегатах, это делается после этапа прокатки.
Определение качества полученной продукции
В зависимости от назначения листа стального холоднокатаного к нему предъявляются разные требования, в частности, к поверхностной обработке. Эти требования прописаны стандартными нормативами и техническими условиями, изложенными в ГОСТ 91– — — 1956:
- металл для автомобилей выпускается с поверхностью, соответствующей 1 и 2 группам;
- тонколистовая конструкционная сталь с большим числом углерода характеризуется разновидностью в 3 группах;
- легированная конструкционная сталь производится с поверхностью, характеризуемой в 4 группах.
Поверхность полосы, соответствующей 2 и 3 группе качества допускает дефекты в виде небольшой ряби, отпечатков от роликов и мелких царапин. Четвертая группа качества допускает эти же изменения, но уже в пределах толщины листа. Иногда качество листов и группа обработки оговаривается заказчиком и производителем с заключением соответствующих соглашений.
К другим стандартными нормативам, оговоренным в ГОСТах, относятся требования обеспечить определенную степень способности материала к вытяжке. В зависимости от этого по ГОСТу качественный тонколистовой углеродистый металл конструкционного назначения делят на три группы:
- буква Н обозначает нормальную степень вытяжки;
- литера Г используется для обозначения материала со способностью к глубокой вытяжке;
- сочетание букв ВГ характеризует высокую степень вытяжки.
Помимо вытяжки, существую требования к зернистости, проявляющейся крупностью, к микроструктуре полости, другим механическим свойствам, например, выдавливанию. Относительно этого, металлы для автомобильного производства с выпуском деталей сложной особо сложной конструкции (вытяжки) обозначают ОСВ, остальные менее сложные элементы со сложной вытяжкой относят к категории СВ.
Виды дефектов металлических листов
Некоторые дефекты имеют специфический характер и проявляются только на определенной продукции, другие подходят под стандартный классификатор отбраковки и являются распространенными:
Несоблюдение размерности при выпуске полос заключается в появлении различной толщины в продольном направлении ленты, волнистых участков, короблении отдельных областей. Это случается из-за малой толщины холоднокатаных изделий, значительно меньшей, чем в продукции горячей линии.- Нарушение однородности проявляется в появлении трещин, дыр, разорванной кромки, расслоений, это происходит из-за плохого качества исходного материала или нарушения технологии.
- К поверхностным дефектам относят недотравы или перетравы, полосы темного цвета, надавы или бугорки, они выявляются в результате нарушения процесса протравки или неправильного метода окисления, присутствия вмятин и выступов на поверхности роликов.
- Недостатком является вкатанная поверхность крошка, такой дефект является следствием плохой очистки поверхности полосы и вальцов перед обработкой.
Холоднокатаная сталь является востребованной в различных отраслях, стоимость ее производства в основном определяется ценой начальной продукции для обработки, а производственные процессы в цеху составляют около 20% от общей себестоимости.
