Стальные стержни: основа «твердой стали» для промышленного производства и поддержки конструкций

Стальные прутки обрабатываются прокаткой, ковкой или волочением, в результате чего получаются прутки сплошного сечения, такие как круглые, квадратные и шестигранные. Их прочная структура обеспечивает превосходную прочность, жесткость и сопротивление кручению, а также облегчает последующую обработку, такую ​​как резка, ковка и термическая обработка. Они широко используются в производстве деталей машин, строительных конструкций и автомобильных компонентов. Они являются ключевым видом стали в промышленном производстве, сочетая в себе свойства как «исходного сырья», так и «полуфабриката».

I. Основная классификация: многомерная классификация для адаптации к различным потребностям

(I) По способу производства: два основных типа

Горячекатаные стальные прутки: сплошные заготовки нагреваются в печи до 1000–1200 °C (до раскаленного пластичного состояния). Затем они поступают в стан горячей прокатки и проходят через несколько валков, прокатывая их в прутки различного сечения (круглые, квадратные и т. д.) и спецификации. Затем их охлаждают, правят и режут. На его поверхности может присутствовать небольшая оксидная окалина, а точность размеров невысокая (допуск по диаметру ±0,5–1 мм). Однако низкая стоимость и высокая прочность делают его пригодным для массового производства. Он широко используется в производстве деталей машиностроения общего назначения, строительной арматуры и заготовок для инструментов. Обычный диаметр варьируется от 5 до 300 мм.

Холоднотянутый стальной пруток: используя горячекатаный стальной пруток в качестве сырья, волочильный стан при комнатной температуре продавливает его через отверстие фильеры, уменьшая его поперечное сечение и удлиняя длину, одновременно повышая точность поверхности и твердость. Холоднотянутый стальной пруток имеет гладкую поверхность (шероховатость Ra ≤ 1,6 мкм), высокую точность размеров (допуск по диаметру ±0,05–0,1 мм) и более однородные механические свойства. Однако его производственная эффективность несколько ниже, а стоимость выше. Он в основном используется в производстве высокоточных механических деталей (таких как кольца подшипников и стержни болтов) и компонентов приборов, где точность критически важна.

(II) По материалу: адаптация к различным эксплуатационным требованиям

Пруток из углеродистой стали: состоящий в основном из железа и углерода, он составляет более 60% от общего объема производства стального прутка. Пруток из низкоуглеродистой стали (содержание углерода ≤0,25%, например, Q235) обладает хорошей пластичностью и легко обрабатывается, что делает его пригодным для изготовления строительной арматуры и болтов общего назначения. Пруток из среднеуглеродистой стали (содержание углерода 0,25–0,6%, например, сталь 45#) обладает сбалансированной прочностью и вязкостью и после закалки и отпуска может использоваться в качестве шпинделей станков и заготовок зубчатых передач. Пруток из высокоуглеродистой стали (содержание углерода >0,6%, например, сталь T8) обладает высокой твердостью и используется в производстве метизов (например, гаечных ключей и сверл) и пружин.

Пруток из легированной стали: для улучшения определенных свойств добавляются легирующие элементы, такие как хром, марганец, никель и молибден. Например, прутки из хромомарганцевой стали (20CrMnTi) обладают превосходной износостойкостью и прокаливаемостью и используются в автомобильных трансмиссиях. Прутки из хромомолибденовой стали (42CrMo) обладают высокой термостойкостью и усталостной прочностью и используются в штоках клапанов высокого давления. Прутки из никель-хромовой нержавеющей стали (304 и 316L) обладают высокой коррозионной стойкостью и используются в деталях химического оборудования и компонентах оборудования для пищевой промышленности. Прутки из специальной стали: разработанные для экстремальных условий эксплуатации, они включают в себя прутки из жаропрочной стали (Cr25Ni20), которые могут работать при температурах свыше 1000 °C и используются в опорах труб котлов; прутки из низкотемпературной стали (16MnDR), которые сохраняют вязкость при -40 °C и используются в опорах криогенных резервуаров; и прутки из немагнитной стали (1Cr18Mn8Ni5N), которые являются немагнитными и используются в компонентах электромагнитного оборудования. Ключевой производственный процесс: основные процессы для двух типов стальных прутков

(I) Горячекатаные стальные прутки (на примере круглого проката)

Подготовка заготовки: отбираются цельные квадратные или круглые заготовки (обычно со стороной/диаметром 150–300 мм) и очищаются от окалины и трещин, чтобы гарантировать отсутствие дефектов в исходном материале.

Горячая прокатка: заготовки загружаются в проходную нагревательную печь и нагреваются до 1100–1200 °C (температура аустенизации). Затем они поступают в стан горячей прокатки, где проходят несколько этапов черновой, промежуточной и чистовой прокатки, постепенно уменьшая поперечное сечение до заданного диаметра (например, 20 мм, 50 мм). Скорость прокатки регулируется (обычно 10–20 м/с) для обеспечения однородности размеров.

Чистовая обработка: после прокатки горячие стальные прутки охлаждаются до комнатной температуры с помощью системы водяного охлаждения. Затем прутки пропускают через правильную машину (многовалковую правку) для устранения изгибающих деформаций. Затем прутки разрезают на летучие ножницы до необходимой длины (обычно 6–12 метров). Некоторые прутки также подвергают поверхностной дробеструйной обработке (для удаления остаточной окалины). (II) Холоднокатаные стальные прутки (на примере прецизионных круглых стальных прутков)
Предварительная обработка сырья: Горячекатаные стальные прутки, размер которых немного больше заданного, сначала отжигают (для снятия внутренних напряжений и снижения твердости), затем травят (для удаления окалины) и фосфатируют (для формирования защитной пленки) для получения гладкой поверхности без примесей.
Холодное волочение: Предварительно обработанный стальной пруток подается в машину для холодного волочения, где один конец закрепляется в патроне, а другой проходит через отверстие фильеры (немного меньше диаметра прутка). Затем пруток протягивают под натяжением, уменьшая его поперечное сечение до заданного размера (например, с 25 мм до 20 мм). Сила натяжения должна контролироваться (в зависимости от типа стали, обычно 10–50 кН) для предотвращения поломки.
Последующая обработка: В холоднотянутом прутке возникают внутренние напряжения из-за пластической деформации, для устранения которых требуется низкотемпературный отжиг (150–300 °C). Для повышения точности также требуется шлифование (например, наружное круглое шлифование) для поддержания допуска на диаметр ±0,01 мм. В пределах 300 °C поверхность окончательно обрабатывается антикоррозионным средством (например, антикоррозионным маслом).

III. Основные области применения: охватывает основные сферы применения в различных отраслях промышленности

Машиностроение: Это самая широкая область применения стальных прутков, на которую приходится более 50%. Например, горячекатаные стальные прутки 45# после ковки и отпуска могут быть использованы для изготовления шестерен, шпинделей и муфт станков; холоднотянутые стальные прутки 20CrMnTi используются в редукторах ведущих мостов автомобилей; и прутки из нержавеющей стали марки 304 используются в рабочих колесах химических насосов и валах клапанов, обеспечивая баланс прочности и коррозионной стойкости.

Строительное машиностроение:

Опорные конструкции: Горячекатаные прутки из низкоуглеродистой стали (например, HRB400E) используются в качестве конструктивной арматуры в бетонных балках, колоннах и плитах перекрытий для выдерживания нагрузок в зданиях. Горячекатаные прутки квадратного сечения используются в качестве опорных стоек на заводах по производству стальных конструкций для повышения устойчивости конструкции.

Декор и аксессуары: Круглые и шестигранные прутки из нержавеющей стали используются в строительных перилах и ограждениях, сочетая эстетику с долговечностью. Холоднотянутые квадратные прутки из стали используются в качестве соединителей в дверных и оконных рамах для обеспечения точности сборки.

Автомобилестроение и транспорт:
Системы трансмиссии: Прутки из легированной стали (например, 42CrMo) используются в автомобильных коленчатых и приводных валах, а термообработка повышает усталостную прочность.
Компоненты шасси: Горячекатаные круглые прутки используются в валах маятниковых рычагов автомобильных систем подвески; Холоднотянутые шестигранные стальные прутки используются для изготовления болтов крепления шин для обеспечения равномерного крутящего момента при монтаже.
Железнодорожный транспорт: Прутки из высокопрочной легированной стали используются в крепёжных элементах высокоскоростных железнодорожных путей, выдерживая вибрацию и давление поездов.
Инструменты и потребительские товары:
Производство инструментов: Прутки из высокоуглеродистой стали (например, стали Т10) используются в производстве инструментов, таких как гаечные ключи, плоскогубцы и отвёртки. После закалки и отпуска их твёрдость может достигать HRC55-60.
Товары повседневного спроса: Прутки из низкоуглеродистой стали используются для изготовления гвоздей и проволоки. Прутки из нержавеющей стали используются в производстве столовых приборов (например, ложек и вилок) и кухонных принадлежностей (например, соединителей для ручек кастрюль).
Медицинские изделия: Прутки из нержавеющей стали марки 316L используются в хирургических щипцах и поршнях шприцев, обеспечивая отличную биосовместимость и коррозионную стойкость.

IV. Краткая информация о тенденциях развития: Технологические усовершенствования для удовлетворения новых потребностей

Высокоточное производство: Холоднотянутые стальные прутки достигают «микронной точности». Благодаря совершенствованию материалов волок (например, твердосплавных) и оптимизации процесса волочения допуски на диаметр контролируются в пределах ±0,005 мм, что делает их пригодными для таких применений, как валы микродвигателей и детали прецизионных приборов.

Специализация и функциональность: Разработка специализированных стальных прутков с многофункциональным назначением, таких как коррозионно-стойкие и износостойкие композитные прутки (внешний слой из нержавеющей стали + внутренний слой из легированной стали), сочетающие в себе коррозионную стойкость и прочность. Прутки из легированной стали с эффектом памяти формы (например, прутки из никель-титанового сплава) используются в аэрокосмических компонентах и ​​способны восстанавливать свою первоначальную форму при изменении температуры.

Экологичность и эффективность: Продвижение производства стали в электропечах с коротким процессом (использование стального лома в качестве сырья, что снижает выбросы углерода на 40–60% по сравнению с конвертерным производством стали). Использование рекуперации отходящего тепла при горячекатаной прокатке стальных прутков. Технология позволяет использовать отходящее тепло прокатки для нагрева новых стальных заготовок, снижая энергопотребление. В процессе холодного волочения внедрена технология бескислотного фосфатирования (например, с использованием экологически чистых обезжиривающих средств) для сокращения сброса сточных вод.

Интеллектуальные усовершенствования: производственная линия оснащена системой визуального контроля на базе искусственного интеллекта (обнаружение в режиме реального времени дефектов поверхности, таких как трещины и царапины, на стальных прутках с точностью более 99%) и системой цифрового двойника (моделирующей процесс прокатки для оптимизации давления валков и параметров скорости), что повышает качество продукции и эффективность производства. Кроме того, разработана «индивидуальная производственная платформа» для быстрой адаптации спецификаций, материалов и процессов термообработки стальных прутков к потребностям заказчика, что сокращает сроки поставки.