Что это такое? Холодная прокатка – это один из двух способов обработки металла на прокатном стане. Как следует из названия, в процессе участвует металл, который не нагревается выше температур изменения своей структуры.
Где применяется? Изделия из холоднокатаного металла применяются далеко не везде. Большая часть из них – это трубопроводы, но данный способ обработки используется и в судостроении, приборостроении, а также для производства некоторых строительных материалов.
СОДЕРЖАНИЕ
- Суть прокатки металла
- Технология холодной прокатки
- Плюсы и минусы холодной прокатки
- Сравнение свойств горячекатаного и холоднокатаного металла
Суть прокатки металла
Прокаткой металла называется придание определенных форм металлическим заготовкам путем проталкивания их между вращающимися вальцами. Элемент движется с заданной скоростью при участии силы трения. Формирование детали происходит под давлением, которое оказывают валы на металл.
Существует три разновидности технологии холодной прокатки: продольная, поперечная, поперечно-винтовая. Продольную прокатку выполняют два вальца, вращающиеся в противоположные стороны. При этом металл двигается перпендикулярно их осям. Длина заготовки увеличивается, а толщина значительно уменьшается.
Поперечная прокатка металла подразумевает вращение заготовки между валками, которые оборачиваются вокруг параллельных друг другу осей в одном направлении. При таком деформировании увеличение длины обрабатываемого материала происходит вдоль осей вальцов.
При поперечно-винтовой прокатке металл подвергается деформации посредством двух валов, находящихся под углом друг к другу. Заготовка прогоняется по прокатному стану и вращается вокруг своей оси.
Читайте также: «Цинкование металла»
Во время поперечной прокатки из заготовки получают профиль. Он может быть неизменным (постоянным) на протяжении всей длины изделия или переменным, периодическим, когда на разных отрезках формируется разный тип сечения. Группы изделий конкретного профиля и размера называются сортаментом.
Существуют следующие виды сортамента:
- Сортовой и фасонный прокат.
- Листовой прокат.
- Специальные виды проката.
- Трубы.
В промышленности обычно используют металлопрокат двух больших групп. Профилями общего назначения являются детали с поперечным срезом в виде круга, прямоугольника, шестигранника. К фасонному типу относятся изделия с поперечным сечением в форме угла, тавра, двутавра, швеллера. Деталями специального назначения являются профили для укрепления стен тоннелей, рельсы и другие продукты металлопроката.
Технология холодной прокатки
Для технологии холодной прокатки используют горячекатаные полосы металла толщиной 1,8-6,0 мм, которые привозят на производство в больших рулонах.
В цехах холодной прокатки выпускаются листы и полосы толщиной 0,3-3,0 мм, шириной до 2350 мм. Для них используется углеродистая сталь обыкновенного и улучшенного качества, металл с добавлением легирующих компонентов. Продукция покрывается защитным слоем – цинковым, алюминиевым, полимерным и пр.
На производство горячекатаные полосы привозят с окалинами на поверхности. Проводить прокатку металла в таком виде нельзя, потому что оксиды при обработке вдавятся в сталь и внешнее состояние листов не будет соответствовать норме. Также твердая окалина негативно влияет на износ вальцов прокатных станков. Перед началом формирования листов из полос с их поверхности обязательно удаляют оксиды.
Чтобы выполнить очистку металлических листов, используют два распространенных способа – механический и химический. Первый метод предполагает применение пластической деформации для удаления окалины с поверхности или дробометной обработки. При химическом способе используют кислоты, растворяющие оксиды металла.
На практике применяются сразу два способа очистки поверхности прокатных листов. Сначала механически отшелушивают окислы, затем путем травления завершают подготовку полос.
Читайте также: «Анодное покрытие»
Механическая обработка проводится с помощью дрессировочной клети или машины пластического растяжения.
В процессе травления металла используют растворы серной или соляной кислоты. Наилучший результат достигается при применении соляной кислоты, она более активно удаляет окалину с поверхности. На это нужно совсем немного времени, если сравнивать с серной кислотой. Также внешний вид поверхности металла после воздействия соляного раствора намного лучше, чем после серного.
Дополнительными преимуществами применения соляной кислоты являются минимальное выделение водорода и снижение риска образования водородной хрупкости, а также качественное удаление рабочего раствора с поверхности прокатных листов при промывке в специальных ваннах.
Готовые полосы металла, обработанные маслом, отправляются на стан холодной прокатки. Обычно это четырех- или пятиклетевой непрерывный стан.
При помощи транспортера рулоны укладывают в разматыватель. Свободный край отгибает специальное устройство и направляет его в тянущие ролики, проводящие листы металла к валкам первой клети.
После того как полоса пройдет все клети, деформацию с нужным обжатием, ее передний край попадает на барабан моталки. В намотке металлических полос участвует захлестыватель. Первые витки на барабан накручивают на начальной скорости 0,5-2,0 м/с. Спустя 3-4 полосы стан продолжает вращаться с рабочей скоростью 25-30 м/с.
В конце прокатки всей полосы, когда остается всего 3-4 витка, скорость вращения снижается до начальной. При использовании листов металла, составленных из нескольких кусков, места сварки проходят на пониженной передаче (около 5 м/с).
Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»
После холодной прокатки полос требуется возвратить им пластические свойства и убрать наклеп, оставшийся после технологического процесса. С этой целью применяют обжиг металла. Для низкоуглеродистых сталей используют температуру в пределах 650-720 ?С. Во время отжига происходит рекристаллизация внутренних структур материала.
Нагрев металлических рулонов производят в колпаковых печах либо в непрерывных агрегатах с протяжными печами.
Когда обжиг будет закончен, делают дрессировку тонколистной стали. Дрессировкой называют холодную прокатку с маленьким обжатием, в пределах 0,8-1,5 %. Процесс обработки листов толщиной более 0,3 мм выполнятся в один пропуск.
Дрессировка помогает усилить приконтактные места металлического проката, которые обжимаются валками и при штамповке не выступают на поверхности. Обработка дает металлу другие преимущества: снижение волнистости и коробоватости полос, улучшение механических свойств (предел текучести немного понижается, прочность увеличивается), формирование микрорельефа внешнего вида изделий.
Часть продукции холодной прокатки отгружается заказчикам в неразделанном виде, если это требуется. Остальные рулоны отправляют на разделочные линии для разреза на листы металла меньшей длины и ширины.
Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»
Современные материалы холодного металлопроката выпускают с нанесенным защитным слоем из полимеров или с цинковым антикоррозионным покрытием. Цинковым слоем покрывают металл, опуская листы в расплав цинка. Такой способ называется горячим цинкованием. В результате на металле получается покрытие толщиной 50 мкм. Применением электролитического метода производит покрытие в 10 мкм. Чаще всего на производстве используют способ горячего цинкования.
Плюсы и минусы холодной прокатки
Плюсы холодной прокатки металла:
- Возможность изготовления листов металла совершенно любых размеров.
- Несколько вариантов отделки поверхности: цветная, гладкая, глянцевая.
- Увеличение сопротивления, напряжения и эластичности изделий.
- Повышение степени обрабатываемости.
- Улучшение прочих качеств металла.
- Увеличение срока службы изделий.
Все свойства холодной прокатки необходимы для производства небольших, более сложных деталей, которые требуют качественной чистовой отделки для лучшего контроля за результатом.
Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»
Минусы холодной прокатки:
- Небольшое количество доступных форм: круг, квадрат и листы.
- Уменьшение пластичности и устойчивости к воздействию внешней среды.
- Возможность появления анизотропного поведения и других остаточных явлений.
- Необходимость выполнения отжига для предотвращения разрушений.
Сравнение свойств горячекатаного и холоднокатаного металла
На данный момент большинство металла получают при помощи горячего проката (около 80 % общего объема). Операция выполняется легко и не требует много электроэнергии. Материал становится пластичным, что помогает за один прокат получать значительное уменьшение параметров поперечного сечения изделия. Слитки, состоящие из разных химических компонентов, можно обработать только в горячем состоянии.
Для изготовления изделий горячим способом применяется сталь марки 09Г2С, для холодного проката – 08ПС. Использование холодного проката предполагает более длительную обработку металла – травление, деформация, обжиг. Толщина листа металла, изготовленного при холодном способе, составляет не более 5 мм. При этом его поверхность намного ровнее.
Листы, обработанные с применением холодной прокатки, имеют одинаковые параметры по всей площади, освобождены от окалины, не требуют очистки перед покрытием краской. Данный способ обработки делает металл более прочным и улучшает механические свойства стали. Такие изделия не трескаются при сгибе, не разрываются при растяжении.
Читайте также: «Полочные стеллажи»
Если сравнивать продукцию с горячекатаными листами металла, то у последних при толщине 3 мм и более наблюдаются неровности по всей площади проката, после обжига бывают коробления, из-за чего необходима рихтовка.
|
Холоднокатаный лист |
Горячекатаный лист |
|
|
Поверхность |
Ровная, что необходимо для изготовления продуктов высокого качества, например метизов, деталей в приборостроении. |
Неровная, с прогибом в середине листа; материал используется в строительстве и сварке металлоконструкций. |
|
Напряжение в листе |
Равномерное. Данное качество необходимо для применения в приборо- и автостроении. |
Неравномерное, но металл также применяется в машиностроении. |
|
Исходный материал |
Производится из низкоуглеродистой стали и обладает хорошей пластичностью (можно сгибать много раз). |
Производится из углеродистой, низколегированной стали. Легированная сталь идет на выпуск котлов и емкостей, испытывающих большое давление. |
|
Применение |
- Авто- и судостроение; - приборостроение; - строительные конструкции (профнастил, кровельные элементы); - холодная прокатка труб. |
- Строительство (чаще всего несущие конструкции); - машиностроение, в том числе судо- и авиастроение. |
Выбор холоднокатаных или горячекатаных листов зависит от применения изделий из данного материала. Разное назначение – строительные работы, отделка фасадов, крыш, производство тяжеловесных машин, выпуск точных приборов – влияет на то, какой тип стального проката будет выбран для этих целей. Горячекатаный металл дешевле по стоимости и предполагает больше вариантов исполнения.
Читайте также: «Гальваническое покрытие»
Холоднокатаный материал обладает привлекательным внешним видом и лучшими характеристиками. Сортовой прокат изготавливается горячим способом. При этом изделия с похожими размерами можно найти и среди горячекатаных изделий, и среди холоднокатаных.
