Урок 3.2ДеформироватьГлава 3 · Объёмная штамповка

Прокатка

Протяните металл через зазор между вращающимися валками

Прокатка сжимает металл между двумя вращающимися валками, делая его тоньше и длиннее, почти как лапшерезка раскатывает тесто. Панели автомобильных кузовов, лист для банок из-под напитков, стальные балки и рельсы — всё это продукция прокатных станов. Большая часть стали и алюминия на каком-то этапе своей жизни проходит через валки.

Фото: European Coal and Steel Community, CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons

Прокатка: одна рабочая клеть крупным планом, затем целый широкополосный стан горячей прокаткиВверху: что происходит внутри одной рабочей клети. Внизу: как стан горячей прокатки соединяет много клетей. Номера в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Подайте сляб. Сляб (толстый плоский блок металла, для стали часто толщиной около 20–25 см) поступает из нагревательной печи при температуре около 1100–1250 °C. Холодная прокатка, применяемая для тонкого и точного листа, начинается с уже прокатанной полосы при комнатной температуре.
Валки захватывают. Трение между вращающимися валками и слябом захватывает его и втягивает. Зазор между валками (расстояние между ними) установлен меньше входной толщины.
Сожмите и вытяните. В зазоре металл сдавливается тоньше. Его объём остаётся прежним, поэтому он выходит длиннее и быстрее, чем входил, а его ширина почти не меняется.
Повторяйте, клеть за клетью. Каждый проход убирает лишь часть толщины. Стан горячей прокатки сначала прогоняет сталь туда и обратно через черновой стан. Затем ряд чистовых клетей, каждая с меньшим зазором, доводит её до окончательной толщины.
Охладите и смотайте. Водяные форсунки охлаждают полосу, а моталка наматывает её в рулон массой во много тонн. Плиты и прутки вместо этого режут на длину, а калиброванные валки с ручьями формуют балки и рельсы (сортовая прокатка).

Ключевые факты

Материалы: Стали, алюминий, медь и латунь, титан, никелевые сплавы, цинк
Типичные детали: Лист и плита, рулоны полосы, фольга, прутки и катанка, двутавровые балки, рельсы
Размер детали: Полоса шириной до около 2 м и часто длиной свыше километра в рулоне; от плит толщиной более 100 мм до фольги тоньше волоса
Точность: Горячая прокатка: около ±0,1–0,2 мм по толщине. Холодная прокатка: около ±0,01–0,05 мм
Качество поверхности: Горячекатаный: тёмная, шелушащаяся оксидная плёнка (окалина). Холоднокатаный: гладкий и блестящий, готов к покраске или нанесению покрытия
Подходящая партия: Очень большие объёмы: крупный стан горячей прокатки прокатывает миллионы тонн в год
Стоимость оснастки и оборудования: Валки: от тысяч до сотен тысяч долларов каждый. Целый стан горячей прокатки: сотни миллионов долларов и более
Скорость: Полоса может выходить из последней чистовой клети со скоростью до около 20 м/с (более 70 км/ч)

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Очень быстро и дёшево на тонну; станы работают круглосуточно
Длинные изделия с одинаковой толщиной и сечением
Горячая прокатка разрушает грубую литую структуру, делая металл прочнее
Холодная прокатка даёт гладкий, точный и более прочный лист

Ограничения

Огромные инвестиции, поэтому станы есть только у крупных производителей
Только постоянные сечения (лист, пруток, балка, рельс); сложных 3D-форм нет
Горячекатаные поверхности несут окалину и имеют менее жёсткие допуски
Холоднокатаный металл упрочняется; между проходами его часто нужно отжигать (размягчать нагревом)

Где применяется

АвтомобилестроениеПанели кузова, лонжероны шасси, диски из катаного листа
СтроительствоДвутавры и H-балки, арматура (арматурный пруток), кровельный и облицовочный лист
УпаковкаЛист для банок из-под напитков, алюминиевая фольга, белая жесть для консервных банок
ТранспортЖелезнодорожные рельсы, судовая плита, авиационный алюминиевый лист
Бытовая техника и электроникаКорпуса стиральных машин и холодильников, медная фольга для печатных плат
ЭнергетикаПлита для трубопроводов, электротехническая сталь для трансформаторов и двигателей

Как узнать процесс

Длинное изделие с одинаковой толщиной или сечением по всей длине: лист, плита, пруток, балка или рельс.
Горячекатаная сталь имеет тёмную сине-серую, слегка шелушащуюся поверхность; холоднокатаная сталь гладкая, ровная и блестящая.
Слабые полосы вдоль длины блестящего листа, показывающие направление прокатки.
Выпуклые буквы или цифры, повторяющиеся вдоль рельса или балки, оттиснутые последней рабочей клетью.

Сравните с

Ковка3.1ковка формует по одной детали ударами; прокатка сжимает непрерывно, что идеально для длинных однородных изделий.Экструзия3.3экструзия продавливает металл через фасонное отверстие, получая сложный профиль за один проход; прокатка строит более простые сечения за много проходов.Каландрование2.7та же идея сжатия валками, применённая к пластиковому и резиновому листу.

Смотрите

Shubham Kola · Анимированные основы горячей и холодной прокатки

AIST Association for Iron & Steel Technology · Весь путь от сляба до рулона

ArcelorMittal Belgium · Настоящий стан горячей прокатки на полной скорости

Factory Secrets: How It's Made (third-party channel) · Как калиброванные валки формуют гигантские стальные балки

Смотреть реальные фото

Википедия: Rolling (metalworking) — фотографии слябов, рабочих клетей и катаных изделий
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Прокатка делает металл тоньше и длиннее, протягивая его через зазор между вращающимися валками.
Горячая прокатка дёшево формует большие слябы; холодная прокатка даёт тонкий, гладкий, точный лист.
Лист, плита, фольга, балки и рельсы — всё это выходит из прокатных станов.