Современные технологии обработки спецсталей

Потребность в сталях специального назначения растет день ото дня: сегодня в них нуждаются не только «традиционные» отрасли - оборонная и авиационная, но и строительство (преимущественно высотное), машиностроение и другие. Несомненно, эти продукты недешевы, поскольку для их изготовления требуется значительное количество ресурсов. Тем не менее, спрос будет расти и дальше, поскольку характеристики металла часто позволяют резко сократить материалоемкость и себестоимость выпускаемых изделий. Именно эти аргументы порой являются решающими, чтобы внедрить спецстали в производство.

Что такое сталь специального назначения?

      Согласно определению, стали специального назначения – это прокат на основе железа, отличающийся особыми свойствами, обусловленными либо химическим составом, либо особым способом производства, либо способом обработки. К этой категории относятся углеродистые стали: качественные конструкционные, инструментальные, термически упрочненные, для холодной штамповки и др. В большинстве случаев спецстали содержат легирующие элементы - например, марганец, хром, молибден, вольфрам и др., которые специально вводят в сплав, чтобы получить требуемую структуру, строение, физико-химические и механические свойства. Содержание в стали легирующих веществ может варьироваться от тысячных долей до нескольких десятков процентов.      

      В состав спецстали входит минимальное количество фосфора и кремния, а потому она обладает хорошей способностью к горячему цинкованию и к гибке и может обрабатываться при помощи как механической резки, так и плазменной.

     Производство спецсталей требует участия высококвалифицированных кадров, применения современных методов контролируемой прокатки и термической обработки продукции, использования значительного количества энергии. Словом, только высокие технологии могут обеспечить заданные характеристики конечного продукта.

Методы обработки спецсталей

      Лазерная резка. Для спецстали с высокой плоскостностью и низкой шероховатостью может применяться лазерная резка, после которой прокат не требует дополнительной обработки. Лазерная сварка позволяет формировать гладкие стыки изделий из углеродистых и легированных сталей толщиной до 10 мм и успешно используется для сварки изделий, толщина которых не превышает 1 мм.

     К примеру, эта технология широко используется в машиностроении или автомобилестроении. Так, характеристики «лазерных» спецсталей, применяемых для производства зубчатых колес, позволяют не шлифовать кромку после резки, а сам процесс осуществляется на 20% быстрее, чем в случае «традиционных» сталей. Востребован такой прокат и в энергетике – так, сталь линейки Laser 420 MC выбрал крупнейший мировой производитель энергетических установок ОАО «Силовые машины» для энергоблоков чилийской ГЭС «Ла Игера».

     Стоит сказать, что лазерная резка эффективна, прежде всего, для обработки тонких листов, толщина которых не превышает 5 мм и отличается стабильно высоким качеством реза. Она используется для получения как плоскостных («2D лазерная резка»), так и объемных деталей(«3D лазерная резка»). Их раскрой может производиться с точностью до 0,1 мм. Но при этом требуется тщательная обработка поверхности разрезаемого материала и снятие остаточных напряжений в раскраиваемом листе.    «При использовании лазерной обработки, - говорит Юрий Нахумович, менеджер компании Ruukki (ведущего европейского поставщика решений из металла для строительства и машиностроения), -  очень важны плоскостность листа (предпочтительнее использовать специальные, «лазерные» сорта стали) и отсутствие остаточных механических напряжений. Они опасны тем, что в какой- то момент отрезаемый лист может резко разогнуться и ударить по лазерной головке (которая стоит около 50 тыс. евро!), повредив ее. Выходом является снятие подобных напряжений при помощи специального оборудования  – правильных блоков. Естественно, это требует определенных затрат, поскольку  дополнительное оборудование нуждается в площадях для размещения, и увеличивает трудозатраты. Однако польза от такой обработки, связанная со снижением рисков и повышением качества готовой продукции, очевидна».

       Однако лазерная резка позволяет экономить материал благодаря малой ширине реза и минимально его деформировать, добиваться идеальной поверхности стыка. В целом, скорость лазерной резки, качество кромок и чистота поверхностей реза зависят от параметров лазерного излучения, газодинамических характеристик струи и физико-химических свойств. Сегодня активно ведутся научные исследования по разработке методики лазерной резки металлов большой толщины, которая пока не внедрена в производство.

      Плазменная резка. Современные установки плазменной резки, напротив, позволяют выполнять резку спецстали толщиной до 100 мм (чтобы увеличить диапазон толщины материала до 200 мм, плазменную резку применяют в совокупности с газопламенной). С помощью этой технологии можно разрезать даже легированную сталь. Метод отличается скоростью и производительностью, а также размерной точностью и меньшей зоной нагрева металла по сравнению с автогенной резкой. Кроме того, сегодня аппараты для плазменной резки - это высокоскоростные машины с программным управлением, позволяющие автоматизировать процесс.

      Воздушно-плазменная резка состоит в локальном расплавлении металла в зоне реза и выдувании его потоком обжатой воздухом электрической дуги, температура которой достигает 15 000–20 000 0С. Эта технология, в отличие от обычной газовой, не требует использования взрывоопасных баллонов.

       В отличие от лазерной плазменную сварку конструкций можно выполнять даже без механической обработки и при этом получать хорошее качество кромок, что, естественно, снижает затраты на производство.

      Механическая обработка. Когда требуется резанье небольших объемов спецстали и нет существенных требований к качеству раскроя, по-прежнему используют механическую резку. Для нее, как правило, применяются стандартные электроинструменты -  циркуляционная пила, болгарка, гильотинные ножницы, абразивные вращающиеся диски и прочее. Циркуляционная пила применяется для резки профильного металлопроката небольшого размера. С ее помощью можно получить ровный качественный срез с минимальными допусками. Для листовой спецстали обычно применяется резка (рубка) гильотиной. Это достаточно точный вид резки.

Методы повышения качества обработки стали

      Улучшить свойства сталей специального назначения можно с помощью современных технологий прокатки. Так, на линии DeadFlat (корректирующая прокатка) готовые листы обрабатываются в холодном состоянии. Этот технологический процесс позволяет снять остаточное напряжение металла и улучшить его плоскостные характеристики: снизить шероховатость поверхности и увеличить ее плоскостность. Линий DeadFlat  в мире пока ограниченное количество: одна из них установлена на заводе Ruukki в Финляндии.

      Несколько лет назад эта компания инвестировала 20 млн. евро в строительство сервисного металлоцентра (СМЦ) в Санкт-Петербурге, где осуществляются практически все наиболее востребованные операции со сталями. В конце прошлого года Ruukki запустила на СМЦ новую линию поперечной резки FAGOR, позволяющую резать материалы рабочей толщины до 3 мм (это на 1,5 мм больше в сравнении с используемыми ранее), максимальная ширины листов -1600 мм (сегодня – 1250 мм), максимальная длины листов - 6000 мм (при сегодняшних 2500 мм).  На линии установлен размотчик на 16 тонн (максимальный вес рулона сегодня -12 тонн). Современное оборудование СМЦ позволяет изготавливать конечный продукт, который выдерживает все европейские стандарты. Так, на линии резки установлен 21 правильный валик, благодаря чему плоскостность листов в два раза превышает требования стандартов DIN.  Линия полностью автоматизирована и оснащена современными средствами контроля и управления, поэтому оператор в любой момент может внести корректировки в производственный процесс.

Сталь специального назначения – достаточно востребованный продукт даже в условиях кризиса и снижения объемов производства. Очевидно, что качество изделий из такого проката должно обеспечиваться современными результативными технологиями. Только такой подход способен экономично и эффективно обработать ценный материал и дать реальное конкурентное преимущество в сложной экономической ситуации.

Елена Гришина