Производство прецизионных труб, проволоки, фольги из цветных металлов и сплавов относится к особому виду полуфабрикатов из-за высоких технических требований к ним со стороны потребителей. В Украине, несмотря на достаточно развитый сектор металлургии, сейчас изготовляется только медная фольга.
Производство проволоки
При производстве прецизионной проволоки составляют унифицированный маршрут волочения с учетом наименьшего диаметра, с приведением промежуточных. При этом соблюдают следующие условия: для расчета последнего перехода принимается размер готовой проволоки с минусовым допускаемым отклонением с учетом износа волоки; размеры поперечного сечения заготовки выбирают с учетом технических требований к качеству поверхности, механических свойств готового профиля и наличия технологического оборудования.
После определения размеров заготовки и готового профиля устанавливают суммарную вытяжку, среднюю вытяжку за проход и предварительное общее число переходов за весь процесс. При этом в случае необходимости применения промежуточного отжига весь процесс расчленяют на ряд переделов и выбирают необходимое волочильное оборудование в зависимости от протягиваемого сечения.
Полученную расчетом суммарную вытяжку распределяют далее по переходам с учетом рекомендаций для каждого сплава и подсчитывают размеры профиля па каждом переходе. При этом для повышения устойчивости процесса волочения необходимо финишные переходы вести с более высоким коэффициентом запаса, в связи с чем единичные вытяжки принимают равными корню квадратному из значения среднего коэффициента вытяжки; при последующих переходах единичные вытяжки устанавливают из расчета более высоких значений в первых, после отжига, переходах, с последующим их понижением. Более подробные данные но этим вопросам представлены в специальной литературе. Там же приводится условная классификация размеров проволоки на несколько групп: диаметром более 6 мм – особотолстая; Ø 1,4 мм-6 мм -толстая, Ø 0,4-1,39 мм – средней толщины; Ø 0,1-0,39 мм – тонкая; Ø 0,09-0,009 мм – тончайшая; менее Ø 0,009 мм – наитончайшая.
Аналогичным образом, технологический процесс и оборудование для производства проволоки условно разделяются на основные этапы: получение катанки- заготовки; грубое, среднее, тонкое, тончайшее и наитончайшее волочение. При изготовлении проволоки из цветных металлов диаметром менее 2 мм (вплоть до 0,02 мм) используются машины многократного волочения со скольжением различных конструкций, а для изготовления проволоки диаметром более 1,4 мм – машина многократного волочения без скольжения.
В последние годы наибольшее применение получили машинные линии с совмещением операций непрерывного волочения и отжига при обработке, например, медной проволоки размерами 0,02-3,5 мм, изготавливаемые фирмами Венгрии, Германии, Италии. Волочение проволоки выходных диаметров производят на машинах однократного волочения.
Особый интерес представляет производство проволоки из золота и других благородных металлов диаметром от нескольких (10-12 мкм) до одного микрометра. Такую проволоку в настоящее время производят методом волочения в медной рубашке с последующим стравливанием смежной оболочки. Производство “голой” золотой проволоки пока освоено только до диаметра 12 мкм.
Производство фольги
Фольгой называют ленту толщиной, не превышающей: в СНГ, Венгрии, Франции – 0,2 мм; США, Англии, Японии – 0,15 мм: Чехии 0,099 мм; Италии – 0,05 мм: Швеции – 0,04 мм; Германии – 0,02 мм. Самая тонкая фольга в мировой практике известна под названием “сусальное золото”, толщиной 0,5 мкм: толщина фольги из алюминия колеблется в пределах 1,5-7 мкм, из меди, олова – 7 мкм.
Рассмотрим основные технологические особенности получения фольги.
Исходной заготовкой в большинстве случаев служат слитки, отлитые полунепрерывным способом. Горячую прокатку их осуществляют на двух- , трех- и четырехвалковых станах разных конструкций и мощности в несколько проходов с различными обжатиями в каждом проходе, при этом на поверхности валков и прокатываемой полосы подается эмульсия.
Фольгу из алюминия получают холодной прокаткой ленточной заготовки, в основном без промежуточного отжига на двух- или четырехвалковых станах. Прокатанную ленту в рулонах отжигают в электрических печах сопротивления, причем отжиг должен быть равномерным. К прокатанной и отожженной ленте предъявляются следующие требования: поверхность ленты не должна иметь темных, шероховатых пятен коррозионного характера, глубоких царапин, плен, трещин, пузырей, заката металла, рванин и задиров; лента должна быть ровно обрезана по всей ширине, без заусенцев и рванин, смещение витков не должно превышать 3 мм; обрыв ленты в рулоне не допускается; лента должна быть пластичной, если она не препятствует плотной намотке рулона; небольшие пятна от выгоревшей смазки; неглубокие царапины; отпечатки; вмятины; риски.
Фольгу прокатывают в рулонах на специальных фольгопрокатных станах, например, алюминиевую фольгу толщиной 0.005 мм прокатывают из ленты толщиной 0,3-0,8 мм. Для прокатки фольги применяют прокатные станы по произвольной классификации трех типов, отличающиеся скоростью прокатки и чистовой поверхности валков: заготовительные (черновые), промежуточные, отделочные (чистовые).
При подготовительной и промежуточной прокатках доводят толщину подката приблизительно до двойной толщины готовой фольги, за каждый проход дается обжатие до 50%. Процесс прокатки фольги весьма сложный и выдвигает высокие требования к точности оборудования, квалификации обслуживающего персонала, технологической дисциплине.
Только правильное сочетание многих факторов, а именно: давления на валки, температуры валков и прокатываемого металла, скорости прокатки, вида и температуры применяемой смазки, качества шлифовки и полировки поверхности валков, профиля валка, удельного натяжения фольги, найденных опытным путем для каждого металла, соотношения толщины и ширины прокатываемого изделия, позволяет осуществить удовлетворительную прокатку фольги.
Фольгу прокатывают на скоростных фольгопрокатных станах в рулонах до толщины 0,013 мм, а затем промывают и сдваивают для последующей прокатки до толщины 0,01 мм и менее, так как прокатать ее в одну ленту довольно трудно. При этом зачастую сдвоенную фольгу подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений с условием, что микротвердость фольги увеличивается при резком падении предела прочности, что приводит к ее разрушению (обрывам).
Прокатку фольги в четыре и более слоев применяют для получения фольги толщиной 0,004 мм и менее. Фольгу толщиной 0,002 мм и менее получают прокаткой не рулонным, а карточным способом, т.е. складывая несколько слоев фольги в пачку и прокатывая их с небольшой скоростью на двухвалковых станах старой конструкции.
Для защиты от загрязнения и окисления при нагреве перед горячей деформацией (прокаткой) и при отжиге перед холодной прокаткой заготовки из легкоокисляемых металлов (хром, вольфрам и др.) помещают в защитную оболочку из обычной низкоуглеродистой или специальной стали. Например, прокатку фольги из хрома осуществляют при высокой температуре (800°С) с обжатием за проход 10%, а суммарное обжатие достигает 80%. Горячую прокатку ведут до толщины 0,05 мм, а затем до толщины 0,005 мм прокатку ведут в холодном состоянии.
Фольгу из гафния, ниобия, тантала и других цветных металлов этой группы прокатывают на фольгопрокатных станах Сендзимира валкам из водьфрамо-карбидной стали в холодном состоянии с предварительным отжигом при 1232°С.
Прокатку фольги из нейзильбера, а также индия и индий-оловянных сплавов проводят в холодном состояний на 20-валковом стане с обжатием за проход от 30-38% до 40-45% соответственно. Фольгу в рулонах прокатывают с одновременным передним и задним натяжениями. Натяжение при прокатке необходимо для снижения давления на валки, для выравнивания фольги при выходе из валков, чтобы она правильно и равномерно наматываюсь на шпулю. Уширение при прокатке фольги изменяется на весьма незначительную величину и практически равняется нулю.
В Украине практически отсутствует производство прецизионных изделий из цветных металлов, за исключением медной фольги толщиной до 0,07 мм, производимой в условиях ОАО «Артемовский завод по обработке цветных металлов» и капиллярных труб с тончайшими стенками размером из прецизионных сплавов, изготавливаемых в незначительных количествах в условиях Государственного трубного института (ГП «НИТИ»).
В основном потребность Украины в прецизионном прокате из цветных металлов удовлетворяется за счет импортных поставок из России, Японии, Франции, Германии и других государств. Кроме того, в мировой практике уже переходят от «макротехнологий» и оборудования, т.к. они не всегда в полной мере удовлетворяют современный уровень требований к такого рода продукции. Сейчас «набирают обороты» принципиально новые, на другом – уже «микроуровне» технологии и материалы, так называемые: наноматериалы и нанотехнологии.
Приведенная информация, касающаяся технологических особенностей производства прецизионной металлопродукции, показывает насколько перспективное это научно-техническое направление, которое могло бы стать одним из приоритетных направлений развития специальной металлургии в Украине. На мой взгляд, для этого в Украине есть все в достаточном количестве: сырьевые ресурсы, научно-технический потенциал и капитал.
Вспомним слова классика: лучше меньше – да лучше! Тем более, что в черной металлургии мы скоро станем неконкурентоспособными. Реалии показывают, что в черной металлургии со временем следует перейти от интегрированных гигантов-монстров к экологически благоприятным технологиям в виде современных мини-заводов. Такой подход, в первую очередь, позволит в значительной мере снизить экологическую нагрузку в стране в промышленных регионах.