Принципы
Процессы формовки превращают застывшую сталь в изделия, полезные для производства и строительства. Целями являются получение желаемой формы, улучшение физических свойств литой стали (которые не подходят для большинства применений) и получение поверхности, подходящей для конкретного использования. В процессе пластической формовки крупные кристаллы в литой стали превращаются во множество мелких длинных кристаллов, превращая обычно хрупкую сталь в вязкую и прочную. Чтобы добиться этого, часто необходимо уменьшить поперечное сечение литой конструкции до одной восьмой или даже меньше от первоначального.
Основные процессы формовки осуществляются в горячем состоянии, при температуре около 1 200° C (2 200° F), так как при этой температуре сталь мало подвержена пластической деформации. Это требует использования нагревательных печей различных конструкций. Холодная штамповка часто применяется в качестве вторичного процесса для изготовления специальных стальных изделий, таких как лист или проволока.
Существует целый ряд процессов формовки стали, включая ковку, прессование, прошивку, волочение и экструзию, но самым важным из них является прокатка. В этом процессе валки, работающие всегда в паре, приводятся в движение в противоположных направлениях с одинаковой периферийной скоростью и удерживаются на определенном расстоянии друг от друга тяжелыми подшипниками и корпусами прокатных станов. Стальная заготовка за счет трения втягивается в зазор между валками, который меньше поперечного сечения заготовки, так что оба валка оказывают давление и непрерывно формируют заготовку, пока она не выйдет из зазора с уменьшенным сечением и увеличенной длиной. Как показано на рисунке, уменьшение поперечного сечения рассчитывается путем вычитания выходного сечения (S2) из входного сечения (S1) и последующего деления на S1. Если предположить, что заготовка сохраняет свой первоначальный объем при формовке, то удлинение (L2), деленное на первоначальную длину (L1), равно S1, деленному на S2. При прокатке плоских изделий ширина изменяется незначительно, поэтому для расчета удлинения можно использовать только толщину.
Основные принципы конструкции прокатного стана показаны на рисунке В. Два тяжелых подшипника, установленные с каждой стороны валка, сидят в клиньях, которые скользят в корпусе стана для регулировки зазора между валками с помощью винта. Оба корпуса соединены между собой и с фундаментом, а весь узел называется валковой клетью. Существуют также компактные прокатные агрегаты (C на рисунке), которые не имеют корпусов; они часто используются для тандемной прокатки длинномерных изделий и могут быть быстро заменены для ремонта или изменения программы прокатки. Валки приводятся в движение через шпиндели и муфты, напрямую или через редуктор, одним или несколькими электродвигателями. В зависимости от прокатываемого продукта существуют клети с двумя, тремя, четырьмя и более валками; соответственно, они получили названия двухвалковых, трехвалковых, четырехвалковых, шестивалковых, кластерных и планетарных станов (схематично показаны на рисунке). При прокатке полосы тяжелые опорные валки поддерживают меньшие рабочие валки, поскольку тонкие валки лучше формируют плоский материал, чем валки большого диаметра.
В прокатном цехе клети располагаются в соответствии с тремя принципами компоновки. Один из них называется «открытый поезд» (G на рисунке), при котором клети расположены рядом, часто приводятся в движение одним и тем же двигателем и связаны между собой шпинделями. Такая компоновка применяется только для прокатки длинномерных изделий, при этом для перемещения заготовки от клети к клети используются направляющие или поперечные транспортеры. Тандемная схема стана (H на рисунке) предусматривает расположение одной клети за другой и используется для высокопроизводительной прокатки практически всех видов продукции. Такая непрерывная схема требует строительства длинных прокатных составов и зданий, но схемы могут быть сокращены за счет так называемого полунепрерывного стана, в котором заготовка проходит через реверсивный стан туда и обратно, прежде чем отправиться по остальной части линии. Если для прокатки длинномерных изделий в более компактной компоновке сочетаются открытые и тандемные схемы, то такой стан называется кросс-кантри.
