Роль обжатий в прокатных станах: как они влияют на структуру металла

13.04.2025

Обжатие в прокатных станах определяет не только геометрические параметры заготовки, но и формирует ее внутреннюю структуру. При прохождении металла через валки происходит пластическая деформация, которая изменяет зеренную текстуру, устраняет дефекты литья и повышает механические свойства.

Для низкоуглеродистых сталей степень сжатия обычно составляет 20-40%, а для легированных сплавов может достигать 60% за один проход.

Сила, необходимая для деформации, рассчитывается по формуле P = k * Q * L, где k – коэффициент сопротивления металла, Q – площадь поперечного сечения, L – длина контакта с валком.

В горячей прокатке давление снижается за счет размягчения материала, но требует точного контроля температуры. Оптимальный нагрев для стали 09Г2С лежит в пределах 1100-1200°C, а алюминиевые сплавы обрабатываются при 350-450°C.

При многократном обжатии происходит измельчение зерен, что повышает прочность и вязкость. В случае с листовым прокатом чередование вертикальных и горизонтальных деформаций создает однородную структуру. Для достижения нужных характеристик применяют калибровку валков с радиусами 300-800 мм, обеспечивающими равномерное распределение нагрузки.

Одним из ключевых факторов является скорость прокатки. При высокоскоростной обработке низкоуглеродистых сталей (до 12 м/с) возникает риск перегрева, ведущего к росту зерна. Для нержавеющих марок 12Х18Н10Т рекомендуемая скорость не превышает 6 м/с, чтобы избежать образования закалочных структур.

Точность настройки зазора между валками влияет на качество поверхности. При прокатке толстолистового металла отклонение не должно превышать 0,1 мм на метр длины. Для тонкой полосы допуск ужесточается до 0,05 мм, так как даже незначительные неровности приводят к дефектам при дальнейшей штамповке.

Охлаждение после деформации играет значимую роль. При медленном снижении температуры в низкоуглеродистых сталях формируется крупнозернистая ферритная структура, а быстрое охлаждение способствует появлению перлита. Для сплавов с добавками хрома или никеля применяют ускоренный отвод тепла с помощью водяных форсунок, создающих поток 50-100 л/мин на квадратный метр.

Волочильные станы используют принцип последовательного уменьшения сечения, где каждое обжатие не превышает 15-25%. Это позволяет сохранить пластичность проволоки из меди или латуни, избегая трещинообразования. Диаметр заготовки сокращается с 8 мм до 2 мм за 10-12 проходов с постепенным снижением скорости деформации.

Для профильного проката, такого как швеллеры или уголки, применяют калибры сложной формы. Угловое обжатие требует точного позиционирования валков с погрешностью не более 0,3°. В противном случае возникает перекос, приводящий к неравномерной нагрузке и снижению срока службы оборудования.

Термическая обработка после прокатки стабилизирует структуру. Отжиг низкоуглеродистой стали проводят при 650-700°C в течение 1-2 часов, а для инструментальных марок типа Х12МФ требуется нагрев до 850°C с последующей закалкой. Контроль режимов осуществляется пирометрами с точностью ±5°C.

При работе с цветными металлами учитывают их склонность к наклепу. Медные сплавы после 30% деформации теряют пластичность, поэтому между проходами выполняют рекристаллизационный отжиг. Алюминиевые листы серии АМг6 прокатывают с промежуточным прогревом до 250°C для сохранения формы.

Износ валков напрямую сказывается на качестве продукции. Твердость рабочих поверхностей должна быть на 20-30% выше, чем у обрабатываемого материала. Для стальных заготовок используют валки из инструментальной стали 9ХФ с твердостью 55-60 HRC, а для медных сплавов достаточно 45-50 HRC.

Регулярная проверка геометрии валков предотвращает брак. Допустимое биение не превышает 0,02 мм на 100 мм длины, а шероховатость поверхности поддерживается в пределах Ra 0,8-1,2 мкм. Измерения проводят индикаторными головками с шагом 50 мм по всей длине.

Смазка в зоне контакта уменьшает трение и продлевает ресурс оборудования. В горячей прокатке применяют водомасляные эмульсии с концентрацией 3-5%, а для холодной обработки подходят синтетические составы на основе полиалкиленгликолей. Расход жидкости составляет 0,5-1 л/мин на тонну металла.

Настройка стана начинается с калибровки первых клетей, где обжатие максимально. При прокатке рельсовой стали первые проходы выполняют с уменьшением сечения на 25-30%, а финишные – на 5-10%. Это обеспечивает плавное изменение структуры без внутренних напряжений.

Дефекты в виде расслоений или волосовин часто связаны с неправильным выбором степени деформации. Для проверки качества используют ультразвуковые дефектоскопы с частотой 2-5 МГц, позволяющие выявить нарушения на глубине до 50 мм.

Оптимизация режимов прокатки снижает энергозатраты. При работе с низколегированными сталями увеличение температуры на 50°C уменьшает усилие деформации на 15%, но требует точного контроля времени нагрева.

Практический опыт показывает, что комбинирование разных типов обжатий дает лучшие результаты. Сочетание поперечно-винтовой прокатки для прутков диаметром 30-80 мм улучшает механические свойства за счет равномерного распределения деформации по всему объему.

Для достижения стабильного качества необходимо вести журнал параметров обработки. Фиксация температуры, скорости и степени обжатия позволяет корректировать процесс без остановки производства. В случае с нержавеющими сталями отклонение на 10°C от заданного режима может привести к изменению структуры.

Соблюдение этих принципов позволяет добиться стабильного качества металлопродукции. Правильно подобранные параметры обжатия обеспечивают не только требуемые размеры, но и оптимальную структуру, определяющую эксплуатационные свойства.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев