Что такое горячекатаный стальной прокат и как он производится

Виды металлопроката

Различные виды металлопроката можно выделить, отталкиваясь от следующих признаков:

• особенности производства: горячекатаный (производится при температурах, превышающих температуру рекристаллизации), холоднокатаный (изготавливается при температурах ниже порога рекристаллизации);
• используемый сплав: черный (из чугуна и углеродистых сталей), цветной (из алюминия, меди, титана, никеля, кадмия, олова, прочих металлов), нержавеющий;
• метод обработки поверхности: может быть матовым, зеркальным, шлифованным, калиброванным.

Также выделяют несколько видов металлического проката по типу готового изделия:

• листовой —листовая сталь, лента;
• сортовой — изготовленный на специальных станках, с различным по форме сечением (круг, шестигранник, полоса, квадрат);
• фасонный — со сложной формой сечения (рельсы, швеллеры, уголки);
• трубопрокат — сварные, холоднотянутые, горячекатаные трубы, могут иметь круглое, овальное или прямоугольное сечение.

Сортовой прокат: понятие и классификация

Сортовой металлопрокат — металлоизделия, объединенные общей чертой: любая касательная, проведенная к поперечному сечению, не пересекает его. Профили производят на сортовых станках продольной катки согласно ГОСТ 535-2005. Простые геометрические формы профиля данного вида изделий — это круг, прямоугольник, квадрат, шестиугольник.

Изделия чаще всего используются в качестве полуфабрикатов. Металлопрокат становится заготовкой для изготовления изделий, которые по форме и конструкции более сложны.

Стальной круг — это прут с круглым поперечным сечением, который производится в соответствии со стандартом ГОСТ 2590-2006. Главным параметром при изготовлении круглого металлопроката является номинальный диаметр: стандарт допускает, чтобы он варьировался от 5 до 270 мм. Другой важный аспект — точность прокатки, в зависимости от которой выделяют:

• А — высокая точность;
• Б — повышенная точность;
• В — обычная точность.

Для металлоизделий с круглым сечением используют сталь различных марок: низколегированную, высоколегированную, легированную, углеродистую. Это закономерно сказывается на прочностных характеристиках.

Круг из стали производят, хранят и транспортируют в прутках или, при диаметре менее 9 мм, в мотках. Сфера его использования достаточно широка и включает машиностроение, судостроение, строительство, создание оград и различных кованых металлоконструкций (заборы, решетки на окна).

Стальная полоса — это металлопрокат с поперечным сечением прямоугольной формы, изготовленный по ГОСТ 103-2006. При производстве основные параметры — это ширина (от 11 до 200 мм) и толщина (от 4 до 60 мм). Поставляется в прутках длиной от 2 до 12 м.

Из всех видов сортовых металлоизделий именно полоса распространена шире всего, поскольку она выступает заготовкой для множества других изделий, включая фасонные. Основные сферы применения: изготовление автомобильных рессор, режущих инструментов, изготовление стальных труб. Также полоса может быть использована как конструктивный элемент конструкций, декоративный элемент ограждений и решеток.

Квадратный прокат стали отвечает нормам ГОСТ 2591-2006, а основной параметр для его производства— это номинальная сторона квадрата (от 6 до 200 мм). Формой производства являются прутки, а сырьевая основа аналогична используемой для изготовления стального круга. Геометрически правильная форма данного вида проката позволяет применять его в гражданском и промышленном строительстве. Примеры изделий: металлические ворота, ограды, кованые решетки, скамейки.

Шестигранник из стали должен соответствовать ГОСТу 2879-2006, может производиться обычной или повышенной точности. Основным параметром для изделий шестиугольного сечения выступает номинальный диаметр вписанного круга (от 8 до 103 мм). Производят и поставляют шестигранник в прутках длиной от 2 до 6 м. Такой металлопрокат востребован в автомобилестроении, а также химической и пищевой промышленности. Его активно используют для производства болтов, гаек и других разновидностей высокоточного крепежа.

Помимо изделий простой формы, как отдельный подвид выделяют арматуру. Она представляет собой множество соединенных между собой элементов и широко применяется в ходе строительных работ как элемент железобетонных конструкций. Качество поверхности позволяет разделить арматуру на несколько видов:

• 1ГП — не требует дальнейшей обработки;
• 2ГП — требует горячей обработки давлением;
• 3ГП — требует обработки холодным способом, что предполагает механическую резку.

Что такое горячекатаный стальной прокат и как он производится

В прокатном переделе, как и практически на всех остальных этапах металлургического производства, есть разные способы, используемые для выпуска разных видов стального проката.

Глобально весь металлопрокат делится на горячекатаный и холоднокатаный. Считается, что до 80% всей товарной металлопродукции в мире – это прокат стальной горячекатаный. О нем и пойдет речь.

В металлургии все начинается с сырья: железной руды и кокса. В случае традиционной технологии, из них в доменных печах плавят чугун. Далее из этого чугуна производят сталь и стальные полуфабрикаты – слябы, блюмы, круглую, квадратную и балочную заготовку. В некоторых случаях полуфабрикаты производят без доменного передела. Для этого нужны дуговые электросталеплавильные печи, в которых основным сырьем является лом черных металлов и железо прямого восстановления.

И хотя многие мировые производители торгуют слябами и квадратной заготовкой, их нельзя напрямую использовать для производства машин, механизмов, изделий или металлоконструкций. Требуется дальнейшая переработка полуфабрикатов на прокатных станах. Здесь металлопрокат получает окончательную форму, требуемые физико-механические и геометрические характеристики.

Все стальные полуфабрикаты сначала обрабатывают методом горячей прокатки. Это значит, что на специальных прокатных станах производится пластическая деформация, то есть их пропускают между двумя валками, благодаря чему меняется форма исходной заготовки. При этом температура материала должна быть выше температуры рекристаллизации стали. Грубо говоря, он должен быть достаточно мягким для деформирования валками, словно тесто при его раскатывании скалкой. При этом металл очень горячий – в большинстве случаев его температура в начале прокатки превышает 1100°С, а в конце – находится на уровне не менее 900°С. Именно поэтому такой стальной прокат называют горячекатаным.

Фактически так производят плоский и длинномерный стальной прокат:

• толстый лист или плиты толщиной от 4 до 350 мм;
• тонкий лист толщиной от 1,2 до 4 мм;
• широкополосный прокат, сматываемый в рулоны, толщиной до 25 мм;
• сортовой прокат простой формы – круг, квадрат, арматура, полоса, катанка
• фасонный прокат – рельсы, уголки, двутавровые балки, швеллеры, спецпрофили и др.

Основной вид оборудования, используемый при производстве горячекатаного проката – это прокатные клети, из которых состоит прокатный стан. Например, станы для производства рулонов могут включать до 15 клетей типа «кварто» (то есть в каждой из них две пары прокатных валков) и клети с вертикальными валками, которые формируют боковые кромки листа.

Основные этапы производства проката листового горячекатаного из слябов следующие:

• подача слябов к нагревательным печам;
• нагрев;
• подача на рабочие клети стана и прокатка в несколько проходов;
• правка на правильной машине;
• охлаждение в холодильниках;
• неразрушающий контроль в потоке стана;
• обрезка продольной кромки, концов, разрезка на листы заданной длины;
• окончательная отделка, выполнение контрольных испытаний, приемка, маркировка.

В чем преимущество именно такого способа обработки металла? Если бы мы захотели переработать холодный стальной сляб в готовый плоский прокат, то у нас вряд ли это получилось – он слишком твердый, прочный и толстый даже для специального прокатного оборудования. Поэтому полуфабрикаты сначала разогревают. Раскаленный металл становится пластичным и легче поддается обработке. В итоге на прокатных станах можно быстрее и с меньшими усилиями получить стальные листы и полосы.

Готовый горячекатаный лист в стандартах СНГ классифицируется по:

• точности (А – повышенной точности, Б – нормальной);
• плоскостности (ПО – особо высокой, ПВ – высокой, ПУ – улучшенной, ПН – нормальной плоскостности);
• характеру кромки (НО – с необрезной кромкой, О – с обрезной) и др.

Основное преимущество горячекатаного проката – его более низкая стоимость по сравнению с холоднокатаным прокатом. Поэтому его в больших объемах используют в тех сферах, где меньше внимания придается качеству поверхности и сверхвысокой точности размеров. Например, при производстве несущих металлоконструкций для крупных объектов строительства или в машиностроении.

Группа Метинвест – крупный ]горячекатаного проката[/anchor]. В Украине и в Европе на предприятиях Группы установлено прокатное оборудование, которое позволяет производить широчайший ассортимент горячекатаного плоского проката. Например, на стане 3600 меткомбината Азовсталь, стане 3000 ММК им. Ильича, на итальянских и британском перекатных предприятиях производят толстый лист для строительства, судостроения и трубной промышленности. А на стане 1700 ММКИ, стане 1680 Запорожстали и стане Стеккеля итальянского Ferriera Valsider выпускают стальные рулоны. Отметим, что модернизацию ильичевского стана «1700» Группа Метинвест в 2018-2019 гг. инвестировала $110 млн.

На сегодняшний день типовая схема производства горячекатаного плоского проката включает разогрев и перекат слябов. Но на мировых металлургических предприятиях все чаще появляются литейно-прокатные модули. Это оборудование фактически позволяет объединить в одном производственном потоке разливку жидкой стали и горячую прокатку, минуя стадию полуфабрикатов. Такая технологическая схема позволяет достичь значительной экономии энергоресурсов и ускорить процесс производства.

И хотя это относительно молодая металлургическая технология, Группа Метинвест уже изучает возможность ее внедрения на одном из своих металлургических предприятий.

Фасонный металлопрокат

Фасонные металлоизделия отличаются сложной формой и бывают следующих разновидностей:

• Швеллер — профиль П-образной формы в поперечном сечении, изготовленный методом горячей прокатки. Благодаря способности выдерживать высокие продольные и поперечные нагрузки, швеллер широко применяется в машиностроении, а также при армировании железобетона, сооружении металлоконструкций, анкерных столбов.
• Двутавр (балка) — фасонный прокат с Н-образным поперечным сечением, изготовленный из углеродистой или низколегированной стали. Форма способствует высокой жесткости и несущей способности при снижении массы, что позволяет применять двутавры при монтаже перекрытий и в качестве опорных элементов.
• Уголок — согнутая вдоль металлическая пластина, применяемая в автомобилестроении, вагоностроении, машиностроении, а также в строительстве для монтажа железобетонных перемычек и соединения металлических и деревянных изделий.

Отдельно можно выделить рельсы — особый вид металлопроката, который используется при строительстве и ремонте железных дорог.

Классификация металлического проката

Всю серию металлопроката можно разделить на 4 больших категории:

1. Сортовой
2. Фасонный
3. Трубный
4. Листовой

Между собой данные категории проката различаются принципом формирования профиля.

Сортовой прокат

Сортовой прокат – изделия из данной категории имеют такую форму, что проведенная к любой из сторон касательная не будет пересекаться с другими поверхностями данного изделия. К сортовому прокату относятся: шары, цилиндры, квадраты, шестигранники и прочее-прочее.

Отдельной категорией сортового проката выпускается арматура. За счет рифленой насечки данная серия изделий не вписывается в общую концепцию сортовой продукции. Но в основе изготовления арматуры лежит такая же технология, как и при производстве металлических цилиндров и прутов.

Дополнительно к сортовому металлопрокату относят и узкую металлическую полоску, хотя по факту это разновидность листового металла.

Область применения сортового проката неимоверно широка и разнообразна. Сортовой прокат используют во многих сферах машиностроения, судостроения и авиастроения. Данная разновидность проката используется в производстве широчайшего спектра изделий, от слесарных ключей до валов и метиза. Медный сортовой прокат часто используется в качестве сырья на металлургических комбинатах.

Цилиндры чистой меди удобно дозировать при подготовке консистенций для выплавки высококачественной бронзы и латуни.

Фасонный прокат

Фасонный прокат – в отличии от сортового металлопроката концепция данных изделий допускает, что приложенная к одной из сторон касательная может пересекать другие поверхности изделия. Металлопрокат фасонного типа имеет более сложную форму, чем в сортовой продукции. В перечень фасонного проката входят: уголок, швеллер, двутавр, рельс и пр.

Ассортимент фасонного проката можно разделить на 2 обширные категории:

1. Массовый
2. Специализированный

Между собой данные виды металлопроката отличаются сферой применения.

• Фасонный прокат массового типа допустимо использовать в подавляющем большинстве отраслей. То есть это «универсальный» металлопрокат, который в общем и целом удовлетворяет требования к прочностным и прочим характеристикам среднестатистической металлоконструкции.

Фасонный прокат массовой категории обычно используется в рамках общегражданского строительства и различных отраслей производства.

• Специализированный фасонный прокат используется лишь в определенных сферах производства. Существуют отдельные категории металлопроката для судостроения и авиастроения. Специализированный прокат используется при строительстве мостов, тоннелей и прочих объектов промышленного и военного назначения. Существует прокат, приспособленный для создания шахтного оборудования, тракторов и комбайнов.

Главной отличительной особенностью специализированного фасонного проката является соответствие определенным требованиям, которые предъявляются к прочности, коррозионной и химической стойкости, температурной выдержке и т.д. Разумеется, специализированный прокат может отличаться и формой. Среди специализированного фасонного металлопроката встречаются уникальные изделия со сложной геометрией, которые попросту недоступны в свободной продаже.

Без фасонного проката просто невозможно себе представить современное строительство. Уголки, швеллера и двутавры – это основа каркаса практически любого быстровозводимого сооружения. Из фасонного металлопроката изготавливаются всевозможные несущие конструкции, балки, фермы и усиления.

Сфера применения фасонного проката практически безгранична!

Трубный прокат

По своей сути трубный прокат является разновидностью фасонного металлопроката. Ведь если провести касательную ко внутренней поверхности, то она непременно пересечется с другой поверхностью изделия. Но из-за широчайшего ассортимента трубы все-таки выделяют в отдельную категорию.

Трубы предназначены для транспортировки различных рабочих сред. Это может быть как воздух и сыпучие вещества, а также жидкости с вязкими консистенциями. Дополнительно трубы нашли широкое применение в строительстве и многих отраслях машиностроительного производства.

В 1853 году заработала первая в мире пневматическая почта (Лондон), которая была основана на трубопроводном прокате и воздушном насосе.

Существует несколько основных типов трубопроводного проката:

1. Округлый
2. Прямоугольный

В представлении многих обывателей труба – это округлый полый цилиндр. Но на самом же деле трубы могут иметь еще и форму равностороннего прямоугольника (квадрата), а также прямоугольника с различной длиной сторон.

Разумеется, встречаются трубопроводы и других форм. Трубы могут иметь эллиптическую и треугольную форму, но широкого распространения они не получили, поэтому говорить о них смысла особого нет.

Квадратные трубы находят применение как в транспортировке различных сред, так и в строительстве, а также машиностроении. Квадратная тонкостенная труба часто используется при создании вентиляционных каналов. А классические толстостенные трубы с квадратным профилем хорошо себя зарекомендовали в качестве опорных и несущих конструкций.

Квадратный профиль хорошо стыкуется с плоскими поверхностями. Это могут быть как стены, так и стороны другого металлопроката.

Касательно округлых труб, эта разновидность металлического проката является незаменимой в тех случаях, когда рабочая среда циркулирует под давлением. Округлые стенки как никакие другие поверхности справляются с нагрузкой гидроциклического давления. Трубы с округлым сечением составляют основу водораспределительной сети. Округлыми являются тепловые магистрали и коммуникации для транспортировки сыпучих материалов (песок, зерно).

Листовой прокат

Листовой прокат – это основа для создания всевозможных корпусов, обшивок и панелей. Металлические листы являются главным сырьем при штамповке в рамках серийного и массового производства.

Листовой прокат может быть представлен следующими видами продукции:

1. Классические листы
2. Рулонный листовой металл
3. Полоски

Дополнительно листовой прокат можно классифицировать и по толщине: тонкостенные и тонкостенные листы. К тонкостенному относится прокат толщиной до 4 (мм). Касательно толстостенных листов, толщина этого проката может достигать 50-70 (мм). Листы большой толщины незаменимы при строительстве мостов и железнодорожных переездов. Разумеется, существует и более толстый прокат (200 мм и даже более того), но он уже относится к классу плит.

Что еще нужно знать о том, как выбрать металлопрокат.

Особенности и применение других видов металлопроката

Два оставшихся вида металлоизделий, листовой и трубный, также широко применяются в разнообразных целях:

• горячекатаный лист — это металлопрокат, который применяется при изготовлении труб и гнутого профиля, настилов, ограждений, а также в котлостроении;
• холоднокатаный лист по сравнению с горячекатаным обладает более качественно поверхностью, применяется в автомобилестроении и машиностроении;
• круглый бесшовный трубопрокат выполняет функцию передачи жидкой или газовой среды при высоких температурах и давлении, а также применяется для изготовления металлоконструкций;
• круглые электросварные прямошовные трубы нужны для организации инженерных систем (отопление, водопровод, газоснабжение);
• профильный сварной вид трубопроката не может использоваться для трубопровода за счет прямоугольного сечения, задействован в каркасном строительстве (навесы, беседки, теплицы), из него изготавливают лестницы и ограждения.

Огромное разнообразие металлов и форм продукции позволяет использовать ее практически в каждой отрасли производства.