Прокатное производство

Всегда чистые металлы имеют большую пластичность, чем их твердые растворы, а однофазные структуры более пластичны, чем двухфазные, особенно если эти фазы отличаются по своим механическим характеристикам. Это же относится и к наличию в металлах труднорастворимых химических соединений.

Влияние скорости деформации на пластичность металла неоднозначно. При обработке давлением в горячем состоянии увеличение скорости деформирования понижает пластичность металла. Особенно это сказывается при обработке магниевых и медных сплавов, высоколегированных сталей. Менее заметно отрицательное влияние увеличения скорости деформации при обработке алюминиевых сплавов, низколегированных и углеродистых сталей.

При обработке давлением в холодном состоянии увеличение скорости деформации выше некоторых значений приводит к повышению температуры обрабатываемого металла вследствие выделения значительной теплоты трения на плоскостях скольжения, которая не успевает распространиться в пространство.

Совокупность изменения свойств металла в результате холодной деформации называют упрочнением или наклепом.

Наклеп не всегда является отрицательным фактором, затрудняющим процесс получения заготовки пластическим деформированием. Иногда его используют для получения изделия с необходимыми полезными свойствами, часто в сочетании с последующей термической обработкой. Так, например, холодной пластической деформацией можно в 2-3 раза повысить предел прочностии особенно предел текучести, например, гвозди должны быть изготовлены и могут применяться только из наклепанного металла. Гвозди, у которых наклеп снят термической обработкой (побывавшие в печи), к применению непригодны.

Горячая пластическая обработка металлов находит большее применение в промышленности, несмотря на дополнительные затраты в связи с необходимостью иметь специальное оборудование и дополнительные расходы энергии. При горячей деформации нужно поддерживать необходимую температуру в ходе самого процесса обработки давлением, особенно при производстве изделий небольшого объема и с развитой поверхностью. В этом случае задача усложняется в связи с потерей теплоты при контакте с деформирующим инструментом. Если металл перегрет, то могут наступить «пережог», выражающийся в интенсивном окислении границ зерен, и, как следствие, охрупчивание металла. Длительное пребывание металла при температуре несколько меньшей, чем температура пережога, может привести к значительному росту зерна и снижению пластических свойств заготовки - явление перегрева. В значительном большинстве случаев перегрев может быть исправлен дополнительной термической обработкой.

Температуру начала обработки давлением следует назначать на 50-100 ⁰С ниже температуры солидуса сплава. Заканчивать деформирование следует при температуре не ниже Т_рек.

 

Рисунок – Температурный интервал обработки давлением низкоуглеродистых сплавов

 

Заготовка должна быть нагрета равномерно по всему сечению. Определяя режим нагрева, необходимо учитывать теплопроводность металла, его физико-химическое состояние, величину сечения. Особенно это касается высокоуглеродистых легированных и специальных сталей, имеющих низкую теплопроводность и во многих случаях пониженную пластичность при 600-750 ⁰С. Для них нагрев должен быть более продолжителен, чем для более теплопроводных материалов. В противном случае разность температур по сечению нагреваемой заготовки приведет к тому, что тепловое расширение между более нагретыми периферийными слоями и менее нагретыми внутренними вызовет большие напряжения внутри заготовки и появление в ней трещин. Для уменьшения негативных последствий нагрева иногда применяют так называемый ступенчатый нагрев: заготовки медленно прогревают до 600-700 ⁰С, а затем с большой скоростью до конечной температуры. Для уменьшения окисления металла при нагреве его рекомендуется проводить в нейтральной или восстановительной атмосфере.

 

Прокатное производство

Прокатке подвергаются почти 90 % всей выплавляемой стали и значительная часть цветных металлов. В зависимости от формы и расположения валков и заготовок по отношению к ним различают следующие основные виды прокатка: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

Рис. Основные виды прокатки: а - продольная;
б - поперечная; в - поперечно – винтовая.

 

ПРОДОЛЬНАЯ ПРОКАТКА - способ прокатки, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между валками, вращающимися в различных направлениях. Этим способом производится почти 90% всего проката.

ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОКАТКА - способ прокатки, при котором заготовка деформируется валками, вращающимися в одну строну. Используют П.п. главным образом для получения специальных периодических профилей.

ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА - способ прокатки, при котором заготовка деформируется валками, вращающимися в одну сторону и расположенными под углом друг к другу. Прокатываемый металл, кроме вращательного, получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Используют П.в.п. главным образом для получения пустотелых трубных заготовок, шаров и роликов подшипников качения и др.

 

Степень обжатия заготовки при прокатке в значительной степени определяется утлом захвата или коэффициентом трения между валками и заготовкой. При горячей прокатке стали гладкими валками угол захвата равен 15-24⁰, при холодной – 5-8⁰.

Инструментом прокатки являются валки, которые могут быть гладкими (рис. а) для проката листов, полос и т. д. либо с фигурными вырезами (рис. б) — ручьями.

 

Рисунок– Прокатные валки и калибры:

а – гладкий; б – с фигурными вырезами;

в – калибр открытый; г – калибр закрытый

 

Прокатные станы подразделяют по числу и расположению валков в клетях(21.19) на дуо, трио, кварто, многовалковые и универсальные.

Дуо-клеть имеет два валка (рис. а). Если они могут вращаться только в одну сторону, клеть называется нереверсивной. Такие клети применяются для прокатки сортового металла, проволоки тонких листов. У реверсивных дуо-клетей валки могут изменять направление вращения; они применяются для прокатки крупных слитков, толстых листов, массивных профилей. Клеть трио (рис. б) имеет три валка, расположенных в одной вертикальной плоскости. Направление вращения валков всегда постоянно. Прокатываемая заготовка после каждого прохода смещается в новое положение, постоянно работает средний валок. Этим обеспечивается реверс направления заготовки. Трио-клеть используется для прокатки сортового металла. В связи с развитием непрерывной про­катки они применяются все реже.

Рисунок 21.7 – Рабочие клети прокатных станов:

а –дуо; б – трио; в – кварто; г – многовалковый; д – универсальные

 

В клетях кварто (рис. в) четыре валка расположены в одной плоскости, два средних малого калибра имеют привод и являются рабочими. Два других валка большого диаметра отдельного привода не имеют и выполняют функции опорных, уменьшая деформации рабочих. Этим обеспечивается большая точность поперечного сечения проката толстых и тонких листов. Нереверсивные кварто-клети используются в непрерывных многоклетьевых, а реверсивные — в одноклетьевых станах.

Многовалковые клети имеют от шести до двадцати валков и более. Обычно рабочие валки малого диаметра не имеют привода; их вращение обеспечивается за счет трения от промежуточных приводных валков, которые, в свою очередь, опираются на опорные (рис. г). Многовалковые клети применяются для прокатки широких листов большой точности, а также для прокатки тонких лент и фольги толщиной менее 0,2 мм.

Сортамент проката подразделяется на группы: сортовой прокат, листовой, трубы и профили специального назначения.

Рисунок – Разновидности профилей проката:

1-10 – простые; 11-17 – фасонные; 18-34 – сложные специальные

 

В свою очередь, сортовой прокат по форме сечения разделяют на простой - геометрической формы - круг, квадрат, шестигранник и другие; фасонный - уголки, тавры и двутавры, рельсы, швеллеры и др. (рис.). Цветные металлы прокатывают обычно на простые профили.

Листовой прокат условно подразделяется на толстолистовой (от 4 мм и больше) и тонколистовой (менее 4 мм). Поскольку листовая сталь находит наиболее широкое применение, ее подразделяют на автотракторную, трансформаторную, кровельное железо, жесть, листовую сталь со специальными покрытиями, биметаллический лист и т. д.