Производство проката в виде тонких металлических листов

Обновлено: 02.07.2024

Куда не посмотри, вы встретите стальной лист – будь то капот автомобиля или пряжка на ваших сапогах, корпус стиральной машины или космического спутника. Конечно, если разобраться в деталях, то разновидностей листового проката огромное множество, но в основном эта продукция делится на изделия холоднокатаные и лист горячекатаный.

1 Горячекатаный листовой прокат – что мы о нем знаем?

Стальной лист сам по себе используется как для изготовления других деталей, так и в качестве конечного продукта, например, в строительной сфере. Вы никогда не задавались вопросом, как же получается изготавливать такой тонкий лист металла? Чем-то этот процесс напоминает раскатывание теста, только вместо теста – высококачественная углеродистая и легированная сталь. Наличие углерода (не более 2,14 %, если больше – образуется чугун) отвечает за прочность, а легирующие добавки – за пластичность, хрупкость, ковкость, внутреннее напряжение металла. Углеродистые и легированые стали объединяют все эти преимущества.

Поначалу заготовки зачищают от загрязнений и выравнивают поверхность, чтобы получить на выходе наиболее ровный материал. Затем заготовки из стали проходят под огромным количеством валиков и при взаимодействии с каждым становятся все тоньше, шире и длиннее. То есть металл раскатывают в тонкий "корж", как тесто.

В зависимости от того, в каком состоянии под валики подается заготовка, и разделяют прокат на холоднокатаный и горячекатаный. Соответственно на выходе мы имеем лист холодно- или горячекатаного металла. Еще со школьной лавки мы знаем, что в нагретом виде металл становится более пластичным, ковким, следовательно, его гораздо легче раскатать. Но с другой стороны, при этом производителю нужно позаботится о поддержании температуры на нужном уровне по всему периметру листа и на протяжении всего времени прокатки, о повышенной пожаробезопасности, о дополнительных расходах на энергоносители. При нагревании на листе образуется окалина, от которой при последующем использовании необходимо избавляться, да и остывает заготовка неравномерно, что приводит к появлению заметных неровностей.

Тем не менее, "холодная" технология по сравнению с горячей имеет более высокую стоимость, что автоматически повышает и стоимость готовой продукции. Чтобы раскатать заготовку при обычной температуре, требуются гораздо более мощные станки. Однако при такой процедуре металл не деформируется, его толщина близка к идеальному значению по всему периметру листа, да и внешний вид куда лучше. Что не избавляет от необходимости прогревать, обжигать и обжимать листы, чтобы ликвидировать внутреннее напряжение металла. В сумме получается, что стальной лист горячекатаный стоит гораздо дешевле холодного аналога.

"Холодная" технология имеет еще один существенный недостаток, а вернее, ограничение – раскатать стальной лист получается лишь до толщины не меньше 0,5 мм. Для многих сфер производства это ограничение – камень преткновения, который невозможно перепрыгнуть, и по этой причине они вынуждены пользоваться горячекатаными листами.

Холоднокатаные листы более качественны, горячекатаные – дешевые и более тонкие.

Так что же выбрать? Все зависит от сферы применения материала. Если к поверхности особых требований нет, то горячекатаный материал будет отличным решением, ведь по срокам эксплуатации и прочности разницы особой не замечено. Иногда производители комбинируют обе технологии, подвергая горячекатаную продукцию холодной прокатке. В таких случаях толщина листов становится более равномерной, лист приобретает опрятный гладкий и блестящий вид.

2 Лист горячекатаный ГОСТ – как классифицировать?

Конечно же в производстве такого важного материала не могло обойтись без множества ГОСТов и классификаций. С их помощью специалист сделаем именно тот выбор, в котором он или его предприятие нуждается. Новичкам же не обойтись без шпаргалки!

Начнем с толщины: листы до 4 мм считаются результатом тонколистовой прокатки, от 4 мм до 160 мм – толстолистовой. По точности прокатки есть две категории: А и Б. Первая буква алфавита обозначает повышенную точность, а "Б" - всего лишь нормальную. С обрезной кромкой листы будут иметь маркировку "О", а без таковой – "НО".

Листы стали также делят на категории по способности к вытяжке. Сталь нормальной вытяжки, глубокой вытяжки, весьма глубокой вытяжки и сложной вытяжки – это все о листовом металопрокате. Горячекатаный листовой прокат регламентируется и классифицируется ГОСТом 19903-74. Нельзя забывать и о внешнем виде поверхности покрытия. 1 класс листового проката – это листы с однотонной поверхностью, с отдельными царапинами, которые не проникают в основу. Такие листы используют для печатания красками. 2 класс допускает участки с разными оттенками, неровностями покрытия, царапинами и дефектами кромок.

3 Горячекатаный листовой прокат – тонкости покрытия

Помимо качества самой стали, следует уделить внимание и качеству покрытия. Листы стали разделяют по видам покрытия на:

холоднокатаные с лакокрасочным покрытием, или попросту ЛКП. Из таких листов и изготавливают корпуса приборов, панели и профильную продукцию;
оцикованные с холоднокатаным горячеоцинкованным с лакокрасочным покрытием, или ЛКПОЦ – помимо лакокрасочного покрытия, эти листы защищены от коррозии слоем цинка;
холоднокатаные с органзолиевым покрытием – ОЗП. Синтетическое покрытие очень эффективно при защите металла от воздействия окружающей среды;
холоднокатаные горячеоцинкованые с органзолиевым покрытием – ОЗПОЦ. Как и в случае с ЛКПОЦ, помимо слоя синтетического покрытия, металл защищен от коррозии оцинковкой;
холоднокатаные с пластизолевым покрытием – ПЗП. Пластизолевое покрытие может похвастаться самой большой устойчивостью к повреждениям, создает защиту от коррозии и воздействия окружающей среды. Чаще всего листы ПЗП используются при изготовлении кровельного материала, так как пластизолевое покрытие стойкое к различного рода загрязнениям;
холоднокатаные горячеоцинкованые с пластизолиевым покрытием – ПЗПОЦ.

Стальные листы тонкой прокатки, покрытые органикой, используют для сооружения строительных конструкций и различных приборов, а также при тепловой изоляции оборудования и техники в помещениях и на открытом пространстве. Покрытие листов (лакокрасочное, органзоливое или пластизоливое) может быть как двусторонним так и односторонним, обозначается как I или II.

Лист холоднокатаный – основные свойства и особенности производства

Стальной холоднокатаный лист, получаемый в процессе холодной прокатки, характеризуется высоким качеством поверхности и точностью геометрических размеров. Подобная прокатка рекомендована при обработке листов малой толщины.

1 Лист холоднокатаный – ГОСТ и общие сведения

Холодная прокатка используется в тех случаях, когда требуется получить тонкие (менее 1 миллиметра) и высокоточные по параметрам листы и полосы стали, что недостижимо при применении горячекатаной технологии. Также прокат в холодном состоянии обеспечивает высокое качество физико-химических характеристик и отделки поверхности изделия.

Указанные достоинства обуславливают активное использование данного вида тонколистового проката и в цветной, и в черной металлургии наших дней (примерно половина тонколистового проката сейчас – это именно холоднокатаные листы).

Недостатком такой схемы является то, что она намного более энергоемка, нежели горячая прокатка. Вызвано это явлением наклепа (иначе говоря – деформации) стали в процессе проката, снижающего пластичные параметры конечного продукта. Для их восстановления приходится дополнительно осуществлять отжиг металла. Кроме того, описанный тип проката имеет технологию с немалым количеством различных переделов, для выполнения которых требуется использовать многообразное и технически сложное оборудование.

В цветной металлургии холоднокатаный процесс незаменим для выпуска медных, алюминиевых листов, полос и лент малой толщины. Чаще же всего он применяется для обработки конструкционных низкоуглеродистых сталей шириной до 2300 мм и толщиной не более 2,5 мм, без которых не может обойтись современное автомобилестроение. Прокаткой холодного типа производят практически все виды жести, а также:

конструкционные низколегированные стали (в частности, трансформаторная и динамная электротехническая и нержавеющая сталь) – 45, 40Х, 09Г2С, 20, 65Г, 08кп, 08пс и др.;
кровельные листы;
травленый и отожженный декапир (металл для изготовления эмалированных изделий).

Согласно ГОСТ 9045–93, 19904–90 и 16523–97 тонколистовая продукция делится на различные типы в зависимости от:

плоскостности: ПВ – высокая, ПО – особо высокая, ПН – нормальная, ПУ – улучшенная;
точности: ВТ – высокая, АТ – повышенная, БТ – нормальная;
качеству поверхности: высокая и особо высокая, а также повышенная отделка;
виду кромки: О – обрезная, НО – необрезная;
виду отпуска потребителям: в рулонах и в листах.

2 Как изготавливается холоднокатаный листовой прокат?

Такой прокат получают из горячекатаных листов (их толщина может достигать 6 мм, минимум – 1,8 мм), которые подаются в рулонах на участок холодной прокатки. Исходный материал на своей поверхности имеет оксиды (окалину). Их требуется удалять в обязательном порядке, так как оксиды снижают качество поверхности х/к листа за счет вдавливания в него. Также окалина вызывает ранний выход из строя прокатных валков. Понятно, что первым этапом технологической операции выпуска холодного проката становится удаление с горячекатаных листов этой самой окалины по одной из двух методик:

механической: суть метода заключается в применении дробеструйной обработки поверхности полосы либо осуществлении ее пластической деформации;
химической: окалину растворяют в кислотах.

Как правило, сейчас оба указанных метода используются комбинированно. Сначала проводится механическая обработка листов (предварительный этап) в агрегатах пластического растяжения, затем – химическая (основной) в травильных ваннах, содержащих соляную или серную кислоту. Более эффективным выглядит травление с применением соляной кислоты. Она быстрее справляется с вредными оксидами, обладая большей активностью. Да и качество поверхности металла после ее использования получается намного лучше. Кроме всего прочего, в промывных ваннах она полнее и легче удаляется с полос, что снижает себестоимость холоднокатаного листового проката.

После протравки рулонный материал подается на непрерывный стан (с четырьмя либо пятью клетями) холодной прокатки, в составе которого есть:

разматыватели;
ножницы;
моталки;
петлеобразующий механизм;
стыкосварочный агрегат;
летучие ножницы.

На цепном транспортере стальные рулоны отправляются в разматыватель, где они затягиваются в тянущие ролики. Оттуда полосы уходят на валки клети, оснащенной комплексом регулирования толщины полосы и нажимной гидромеханической установкой (гидроцилиндры, нажимной винт, толщиномер, месдоза, насос, регулирующее и управляющее устройство).

Полосы проходят через все клети, предусмотренные на стане, в которых выполняется их обжатие по заданным параметрам, а затем отправляются на барабан моталки (намотка на него осуществляется при помощи захлестывателя). После этого оборудование начинает функционировать на полную мощность со скоростью прокатки не менее 25 метров в секунду (все предыдущие операции производятся на скорости до 2 м/с, которую именуют заправочной). Когда в разматывателе остается не более двух витков полосы, стан вновь переводится в режим заправочной скорости.

Чтобы восстановить пластичность стали и устранить наклеп на холоднокатаных листах (он после процедуры холодной деформации неизбежен), выполняют рекристаллизационный отжиг при температуре около 700 градусов Цельсия. Процедура проходит в протяжных печах (они работают по непрерывной схеме) либо в колпаковых.

Затем сталь подвергается дрессировке – небольшое (от 0,8 до 1,5 процентов) финальное обжатие, необходимое для придания х/к листам заданных параметров. Полосы толщиной от 0,3 мм дрессируются в один пропуск. Данная операция характеризуются следующими положительными свойствами:

увеличение прочности стали;
снижение коробоватости и волнистости металлических полос;
создание качественного микрорельефа поверхности;
уменьшение (незначительное) предела текучести.

Самое же главное, что после дрессировки на поверхности листов не появляются линии сдвига (в противном случае они обязательно проступают в процессе штамповки).

3 Возможные дефекты при производстве листов методом холодной прокатки

Изъяны х/к листов отличаются разнообразием, зачастую они присущи определенному типу холоднокатаной продукции. В связи с тем, что толщина таких листов существенно меньше, чем у горячекатаных, чаще всего их дефекты связаны с волнистостью, продольной и поперечной разнотолщинностью, коробоватостью и некоторыми другими факторами, обусловленными несоблюдением точности форм и параметров проката. Разнотолщинность, в частности, вызывается следующими причинами:

прокатка без требуемого натяжения конца полосы;
изменение (из-за нагрева) сечения валков и температуры заготовки;
неоднородная структура валков.

Нередко встречается и такой дефект, как нарушение сплошности стали (появление плены, трещин, дыр, расслоений, рваной кромки). Он обычно обусловлен невысоким качеством начальной заготовки. Также достаточно часто фиксируются отклонения по физико-химическим параметрам и структуре металла, которые возникают из-за нарушения режимов термообработки листов.

Применение и технология производства холоднокатаного листа

Одним из вариантом выплавки стали является производство холоднокатаных листов. Они обладают средней или большой длиной и шириной. А вот толщина может быть небольшой — от 0,35 до 5 миллиметров. Холоднокатаный лист производят методом холодной прокатки на металлургических заводах. Применяется он для производства различных небольших изделий и запчастей, а также для изготовления внешних ограждений, навесных конструкций. Какими физическими особенностями обладает материал? Как производят прокат листовой холоднокатаный? И чем он отличаются от горячекатаных изделий? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Краткие сведения

Холоднокатаный лист (Х/К) — плоское металлическое изделие, которое имеет вид длинных полос. Х/К-изделия обычно делают из стальных сплавов, однако встречаются листы и из других металлов (алюминий, медь, дюралюминиевые сплавы, латунь). Холодные листы изготавливают в металлургических цехах с помощью прессования горячекатаных листов. Х/К-листы используют для производства автомобильных каркасов, жестяных банок и коробок, металлической посуды, профнастила.

Холодная сталь выпускается в виде больших длинных рулонов, а для получения отдельного прямоугольника листовой металл нарезаются на отдельные части с помощью промышленных ножниц. Большинство холоднокатаных полос обладают небольшой толщиной — от 0,35 до 2 миллиметров. Хотя встречаются и толстые изделия, у которых толщина может доходить до 5 миллиметров. Ширина холодной листовой стали обычно находится в пределах от 1,5 до 5 метров, хотя встречаются и более широкие изделия. Х/К-изделия при необходимости могут проходить дополнительную обработку — нагрев, дрессировка, оцинковка, механическая деформация, нанесение защитного слоя, покраска.

Особенности материала

Высокая прочность. Прокат листовой холоднокатаный проходит ряд технологических обработок, которые устраняют внутренние натяжения сплава, улучшают прочность материала.
Маленькая толщина. Х/К-изделие получают методом многократного прессования, что позволяет получить изделие маленькой толщины (менее 1 миллиметра).
Приятный вид. Поверхность холодного проката является чистой (отсутствует накипь, гари, следы термического воздействия). Поэтому материал можно использовать для эстетической отделки поверхности или изделий.
Низкий риск образования ржавчины. В конце обработки Х/К-изделий обычно выполняется нагрев материала для рекристаллизации, что минимизирует риск коррозии при длительной эксплуатации.

Обратите внимание, что помимо холоднокатаных существует также горячекатаные листы. Эти материалы имеют много общего, а Х/К-изделия получают из горячекатаных листов с помощью прессования.

Основные отличия холоднокатаной и горячекатаной стали

Категория	Холоднокатаная сталь	Горячекатаная сталь
Метод производства	Обкатка горячекатаной стали с помощью промышленных прессов без нагрева	Нагрев стальных заготовок с последующей их обкаткой с помощью пресса
Прочность	Очень высокая	Средняя или высокая
Вид	Приятный вид, есть металлический блеск	Посредственный вид, отсутствие блеска
Сложность производства	Высокая	Низкая или средняя
Листовая толщина	От 0,35 до 5 миллиметров	От 2 до 50 миллиметров
Сферы применения	Каркасы автомобилей, профлист, посуда, элементы конструкций, отделочные конструкции, производство труб	Лестничные пролеты, элементы навесных конструкций, производство подземных труб, строительство

Практическое применение

Листовой холоднокатаный прокат, отдельные листы и полосы широко применяются в различных сферах промышленности. Изделия этого типа не требуют особого ухода, не ржавеют при соблюдении правил хранения. Еще одно крупное преимущество — приятный вид (горячий прокат лишен этого преимущества из-за технологических особенностей обработки). Производителями холодной стали являются Китайская Народная Республика, Россия, США, Германия, Франция, Япония.

Сферы применения

Холоднокатаный лист с небольшим содержанием углерода используют в машиностроении (поэтому часто называют автолистами). Из этого материала на роботизированных конвейерных линиях делают металлический автомобильный каркас, а также различные детали (элементы мотора, бак, подвижные запчасти). Для нужд автомобильной промышленности обычно выплавляются полосами, которые обладают средней толщиной (от 1 до 2,5 миллиметров).
Холоднокатаную сталь также применяют для производства жести. Для производства исходный лист проходит холодное деформирование с помощью сверхмощных прокатных прессов-валков, которые помогают получить материал толщиной менее 0,5 миллиметров. Для удобства получившаяся жесть нарезается промышленным ножницами на небольшие полосы, ширина которых составляет до 1,5 метров. Получившиеся полосы можно использовать в декоративных целях, а также для производства жестяных банок, металлических ограждений, перегородок.
Холодную сталь можно также применять для производства материала под названием декапир, из которого делают домашнюю эмалированную посуду. Для изготовления декапира жесть проходить отжиг в высокотемпературных печах, чтобы сделать материал более пластичным. После отжига происходит формовка посуды с помощью прессов. Во время отжига на поверхности сплава образуется металлическая окалина, а также различный мусор. Для удаления вредоносных веществ декапир очищают с помощью кислот методом травления в ваннах. После остывания мы получаем качественную металлическую посуду без окалины, которую можно использовать для приготовления пищи или хранения каких-либо продуктов.
Лист стальной холоднокатаный также применяют для производства профнастила. Этот материал представляет собой тонкий металлический лист, на который наносится дополнительный цинковый слой. Профлисты используют для создания ограждений или заборов, а также для внешней отделки домов (крыши, внешние стены, перегородки, наклонные поверхности). Цинковый слой выступает в роли защитного элемента, который предотвращает контакт материала с внешней средой. Ведь профлист из-за особенностей эксплуатации будет часто контактировать с осадками, а цинк будет препятствовать образованию ржавчины и вредоносных соединений. При необходимости профлист может изготавливаться с дополнительными ребрами жесткости, которые будут защитить материал от механических повреждений.

Технология производства

С технологической точки зрения производство Х/К-стали является трудоемким процессом, для которого нужно дополнительное оборудование, электроэнергия, квалифицированные рабочие. Обычно холоднокатаную сталь делают в специальных цехах на металлургических заводах, а домашнее производство таких материалов практически невозможно. Для удобства производств Х/К-материалов можно разбить на три этапа — предварительная обработка, обкатка и прессование, финальная обработка. Ниже мы рассмотрим этапы более подробно.

Начальная обработка

Для изготовления холоднокатаного проката применяются горячекатаные листы, толщина которых составляет от 2 до 10 миллиметров. После выплавки и обработки горячий прокат проходит этап естественного остывания, а потом его упаковывают в рулоны и подают в цех холодного проката. В цеху материал распаковывают и укладывают на конвейерный стол. На начальном этапе обработки выполняется очистка горячего проката, а также удаление оксидной пленки-окалины. Этот этап является очень важным, поскольку в случае проката материала с окалиной оксидная пленка будет вдавливаться в материал, что серьезно снизит его физические свойства, а также может повредить прессы-валки.

Механическая очистка. В данном случае очистка окалины осуществляется с помощью потока металлических частиц, которые распыляются по всей поверхности листа под большим давлением. Для обработки больших листов обработка выполняется с помощью ручных инструментов (рабочий надевает костюм, берет инструмент и выполняет зачистку). В случае компактных изделий прокат может помещаться в специальные камеры, где обработка будет выполняться автоматическим методом.
Химическая очистка. В данном случае обработка выполняется с помощью сильных кислот (соляная, серная, азотная, фосфорная). Обработка выполняется в крупных травильных ваннах с кислотами, куда на небольшое время помещается прокатная сталь. После травления металлическая поверхность очищается от остатков кислот, а потом прокатный лист вытирается насухо и высушивается.

На практике оба метода используются в комплексе — сперва материал проходит химическую очистку, а потом выполняется дробеструйная обработка. Комбинирование этих методов позволяет полностью снять защитную пленку с поверхности металлического листа. Также комбинированная методика является менее затратной в технологическом плане, что помогает снизить расходы на производство изделия. После очистки окалины металл сматывается с рулоны с помощью автоматического оборудования.

Обкатка, прессование

После очистки окалины рулоны подаются на стан непрерывной обкатки горячекатаных полос. Металлургический стан обычно оснащен пятью или четырьмя клетями-прессами, которые выполняют обкатку и прессование материала. На линии также должно быть установлено вспомогательное оборудование помимо прессов — валки-разматывали, металлические ножницы, сварочный автомат и другие. Прессование, обкатка выполняется следующим образом:

Металлический рулон попадает на аппарат-разматыватель, который разматывает и подает полосы на линию. Сразу за разматывателем располагаются клеть и ножницы, которые при необходимости выполняет обжимку и нарезку материала (механическим или гидравлическим способом).
После прохождения полосы через первую клеть материал попадает на вторую и последующие клети, где также выполняется его обжим и нарезка. В конце изделие попадает на барабан, который сматывает полосу в рулоны. Обратите внимание, что на начальном этапе обкатка происходит на небольшой скорости.
После прохождения конца рулона через все клети спрессованный прокат упаковывается в рулон. После нескольких витков скорость обработки увеличивается до 1-3 метров в секунду. Это позволяет выполнить обкатку быстро. Когда рулон подходит к концу, скорость обработки вновь уменьшается.

Финальная обработка

Получившийся Х/К-лист после прессования может проходить дополнительную обработку. Для повышения прочности, уменьшения предела текучести, снижения волнистости полос материал нагревается до температуры 680-690 градусов в электрических печах. Нагрев выполняется для рекристаллизации металлического сплава, что позволяет отдельным компонентам металла равномерно распределиться по всей плотности изделия. В конце выполняется металлическая дрессировка, финальное обжатие и нарезка материала на полосы. Потом уполномоченный рабочий должен поставить на материале штамп-печать для идентификации изделия. В конце холоднокатаный лист отправляется на хранение.

Как определить массу проката?

P — плотность стального изделия. Значение плотности напрямую зависит от состава металлического сплава. В зависимости от количество легирующих добавок плотность стали составляет от 7700 до 7900 кг на кубический метр. Для удобства подсчетов мы возьмем среднее значение плотности — 7800 килограмм на куб (погрешность подсчетов — менее 3%).
L (Length) — длина изделия. Обратите внимание, что значение длины нужно брать в метрах. Если у Вас есть длина в сантиметрах, то это значение нужно разделить на 100.
W (Width) — ширина изделия, выраженная в метрах. Если у Вас есть значение ширины, выраженное в сантиметрах, то это значение нужно также разделить на 100.
H (Height) — высота листа, переведенная в метры. Высоту часто указывают в сантиметрах или миллиметрах. Чтобы перевести это значение в метры, нужно разделить на 100 (сантиметры) или на 1000 (миллиметры).

Чтобы разобраться с этой формулой, рассмотрим пример. Пусть у на есть холодный прокат; его длина — 500 сантиметров, ширина 100 сантиметров, высота 25 миллиметров. Нужно определить его массу, приняв за параметр плотности значение 7800 килограмм на куб. Чтобы решить задачу, нужно сперва перевести длину/ширину/высоту в метры — это будет 5 метров, 1 метр и 0,025 метров соответственно. Теперь подставим значения в формулу: W = P x L x W x H = 7800 x 5 x 1 x 0,025 = 975 килограмм. Не забывайте — это формула подходит для определения массы прямоугольных листов. Если у Вас имеется холоднокатаный лист, который обладает нестандартной формой или сильно закругленными краями, то эту формулу использовать нельзя.

Заключение

Подведем итоги. Лист холоднокатаный представляет собой длинную полосу средней ширины, которую при необходимости можно нарезать на небольшие прямоугольные или квадратные блоки. Холоднокатаные полосы получают из горячекатаных методом прессования и обкатки без нагрева материала. Х/К-изделия обладают высокой прочностью, маленькой толщиной, приятным внешним вид. Сферы применения Х/К-изделий — производство каркасов автомобилей, профлистов, труб, навесных конструкций, изготовление жести и декапира.

Физические особенности горячекатаных листов по ГОСТ

После выплавки стальная заготовка-сляб может проходить ряд дополнительных обработок, чтобы материал получил нужный вид. Одним из вариантом обработки слябов является горячекатаная технология, с помощью которой можно получить металлический лист средней толщины. Горячекатаный лист используется в различных сферах — производство труб, каркасов, навесных конструкций, лестничных пролетов, запчастей. Какими должны быть листы горячекатаные согласно ГОСТ? Как их производят? Какими физическими особенностями они обладают?

Лист горячекатаный (Г/К) — плоское металлическое изделие небольшой толщины, которое получают методом прессования разогретой горячей заготовки. Технология горячего проката и прессования обычно применяется для изделий из стали. Иногда эта технология пригодна для обработки некоторых других металлов (медь, латунь, алюминий, вольфрам, хром и другие). Г/К-листы имеют вид больших металлических полос, которые для удобства упаковывают в промышленные мотки. Лист стальной горячекатаный обладает хорошей прочностью и упругостью, а также средней толщиной (от 2 до 50 миллиметров). Ширина изделий может быть любой, однако на практике встречаются листы шириной 2-5 метров.

Горячий прокат обладает не слишком приятным внешним видом, поэтому его редко используют для внешней облицовки. Основная сфера применения — производство деталей и сложных конструкций, к которым не предъявляется жестких требований относительно внешнего вида. Основные примеры — детали автомобилей, паровозов, пароходов, запчасти для военной техники, подземные трубы, навесные конструкция для промышленных цехов и другие. Производство Г/К-изделий осуществляется на промышленных цехах, а домашняя выплавка подобных объектов является затруднительной с технологической точки зрения. Основными производителям Г/К-изделий являются Китай, Индия, Россия, США, Великобритания и некоторые южноамериканские страны.

Физические особенности

Хорошая прочность, пластичность, надежность. Материал хорошо переносит длительные механические нагрузки без появления трещин, сколов, деформации. Механические нагрузки не приводят к растягиванию материала в любом из направлений. Толщина изделия сохраняется постоянной как при стандартной нагрузке, так и при кратковременном ударе или локальной деформации.
Минимальный риск коррозии. После остывания на горячекатаной полосе образуется тонкая оксидная пленка, материал становится химически инертным (то есть он не вступает в контакт с водой, жидкостями, кислотами, щелочами).
Небольшая или средняя толщина. Толщина горячей стали находится в пределах от 2 до 50 миллиметров в зависимости от степени обработки материала. Обратите внимание, что получить горячекатаную полосу толщиной менее 2 миллиметров крайне сложно из-за особенностей температурного расширения железа при нагревании.
Посредственные эстетические свойства. Во время термической обработки на поверхности заготовки оседают небольшие частички пыли, которые ухудшают эстетические свойства материала. Избавиться от налета сложно, поэтому горячекатаные листы обычно применяют для изготовления деталей или материалов, которые не будут располагаться на поверхности объекта.

Горячекатаный лист отличается простотой производства (в сравнении с изготовлением похожих материалами). Для обработки заготовки и получения плоского изделия не нужно сложное металлургическое оборудование. Домашняя кустарная выплавка на практике применяется редко в связи со сложностью решения некоторых инженерных задач (удаление окалины, организация производственной линии, синхронная работа роликовых прессов). Основных этапов обработки три — предварительная обработка, прессование, финальная зачистка. Ниже мы рассмотрим каждый из этапов более подробно.

Предварительный этап

Для изготовления листа используются толстые стальные слябы-заготовки, которые выплавляют в мартеновских печах. На предварительном этапе слябы поступают в прокатный цех, где они сперва помещается в печь для нагрева. Для эффективной обработки слябы нужно нагреть до температуры 700-1000 градусов в зависимости от состава стального сплава (количество легирующих добавок и углерода влияют на тугоплавкость стали). Во время нагрева сляба происходит активное образование окалины на поверхности материала. Чтобы удалить окалину, применяются две методики дополнительной обработки:

Механическая очистка. Удаление окалины может осуществляться на вспомогательной линии, где установлено дополнительное оборудование для очистки. Пример подобного оборудования — небольшие специальные прессы, которые выполняют легкий обжим и деформацию материала, что приводит к растрескиванию окалины с последующим ее удалением. Еще один вариант механической очистки — применение установок-окалиноломателей, которые удаляют окалину с поверхности в полуавтоматической или автоматическом режиме.
Кислотные ванные. Для удаления окалины могут также применяться погружение материала в ванные, куда налиты сильные кислоты (серная, соляная, азотная) или их смеси. Стальной сляб помещается в кислотные ванны на небольшой промежуток времени, поскольку в противном случае железо, углерод и легирующие добавки могут начать вступать в активные реакции с кислотами.
Обратите внимание, что на практике методы механической и кислотной очистки часто применяются в комплексе. Сперва материал очищается от окалины с помощью прессов или окалиноломателей, а потом он помещается в кислотные ванные для окончательной нейтрализации вредоносных веществ. На первом этапе происходит удаление 80-90% окалины, а кислоты устраняют оставшиеся вредные вещества (10-20%). Комплексная обработка повышает стоимость работ, однако она позволяет получить более надежный горячекатаный лист.

Прессование

Сталь, разогретая до температуры 700-1000 градусов, становится очень пластичной, поэтому ее обработка происходит просто. Роликовым прессам не нужно обладать большой мощностью, поскольку разогретый металл легко деформируется по всей своей длине. Это упрощает и удешевляет производство горячекатаных полос.
Скорость работы горячекатаного конвейер зависит от качества обработки, температуры нагрева листа, интенсивности очистки поверхности от окалины. На практике скорость работы конвейера обычно составляет 10-25 метров в минуту, что является хорошим показателем.

Финальный этап

На финальном этапе может выполняться дополнительная обработка листов — отжиг, финальное травление, закалка. Дополнительная обработка позволяет улучшить физические свойства материала и избавиться от остатков окалины. Обратите внимание, что горячекатаные полосы можно собрать в мотки, однако делать это нужно только после полного остывания материала в цеху. Это же правило распространяется на случай маркировки полос — проставление отметок и штампов нужно делать также после остывания. Маркировка должна осуществляется в соответствии с правилами ГОСТ.

Горячекатаная и холоднокатаная сталь — в чем разница?

Помимо горячекатаных также существуют холоднокатаные стали, которые имеют с ними много общего. Холоднокатаные (Х/К) изделия изготавливают в виде длинных листов, которые для удобства собирают в большие мотки. Х/К-изделия изготавливают из металлических сплавов, а самым популярным материалом является сталь (хотя бывают также медные, алюминиевые, латунные и другие полосы). Х/К-изделия также в основном применяются в трудоемких отраслях промышленности — производство запчастей для самолетов, автомобилей и поездов, изготовление труб, создание навесных конструкций.

Основные различия

Для изготовления Г/К-изделия металлическую заготовку-сляб нагревают до температуры 700-1000 градусов — потом она прессуется с помощью валковых устройств-клетей. Для получения холоднокатаного объекта берется уже готовое Г/К-изделия — оно очищается от окалины и проходит прессование с помощью валковых клетей. Дополнительный нагрев заготовок не осуществляется.
Технология Г/К является грубой, поэтому она позволяет получить полосы толщиной не менее 2 миллиметров (это ограничение появляется из-за особенностей расширения металлов при нагреве). Однако для изготовления одной полосы требуется минимум времени и оборудования, поэтому стоят такие объекты дешевле. Технология Х/К является более точной. С ее помощью можно уменьшить лист до толщины 0,35 миллиметров. Однако обработка является более трудоемкой, поэтому Х/К-полосы будут стоить на порядок дороже.
Во время нагрева заготовки-сляба образуется большое количество окалины, которая попадает внутрь металлического сплава. Механические способы удаления позволяют избавиться лишь от части окалины. Поэтому Г/К-изделия будут отличаться хорошей, но не идеальной прочностью. В случае применения Х/К-технологии образования окалины можно избежать. С помощью финальной закалки можно улучшить качество сплава за счет рекристаллизации. Поэтому Х/К-изделия будут отличаться более высокой прочностью, надежностью.
Из-за активного образования окалины при нагреве также большое количество гари и мусора оседает на поверхности горячекатаного проката. Во время изготовления холоднокатаной стали происходит зачистка и обработка внешней поверхности листа. Поэтому холоднокатаные объекты полосы будут обладать более высокими качествами (металлический блеск, отсутствие гари, равномерный цвет).
Листовая горячекатаная сталь применяется для производства изделий и запчастей, к которым не предъявляются высокие требования относительно вида. Скажем, этот материал можно применять для изготовления внутренних деталей авто, поездов и кораблей. Тогда как Х/К-лист выглядят более красиво, поэтому их можно использовать для изготовления внешних облицовочных материалов (каркасы автомобилей, жестяные банки, профлисты).

Сводная таблица

Категория	Сталь горячекатаная листовая	Сталь холоднокатаная листовая
Технология производства	Нагрев металлической заготовки-сляба с последующим прессованием	Прессование и обжимка заготовки без термического нагрева
Толщина	Маленькая и средняя — от 2 до 50 миллиметров	Очень маленькая и маленькая — от 0,35 до 5 миллиметров
Вид	Блеклый вид, возможно наличие гари и накипи на поверхности	Приятный вид, естественный металлический блеск
Прочность	Высокая	Очень высокая
Стоимость	Низкая	Средняя или высокая
Сферы применения	Производство корпусов для поездов, вагонов и кораблей, изготовление транспортных запчастей, создание подземных труб	Производство каркасных корпусов для автомобилей, поездов, самолетов, изготовление посуды и жестяной тары, создание облицовочного профлиста

Подведем итоги. Сталь горячекатаная листовая представляет собой плоское изделие, которое получают методом прессования нагретой заготовки-сляба. Физические свойства горячей стали — хорошая прочность и пластичность, средняя толщина, посредственные эстетические свойства. На начальном этапе изготовления Г/К-полосы необходимо выполнить химическое травление или механическую очистку. Это позволит избавиться от окалины, которая образуется при нагреве металла. Сферы применения горячекатаных изделий — производство деталей для поездов, вагонов и кораблей, изготовление труб, создание транспортных запчастей.

Читайте также: