Катанка: что это такое и для чего используется

Самый технологичный способ сделать из длинного металлического бруска проволоку – это прокатать размягченную нагревом заготовку между деформируемыми вальцами. От принципа процесса прокатывания бруска появилось название – катанка. Ее изготавливают из черного металла, нержавеющей стали, меди, алюминия и других материалов. В статье расскажем о катанке: что это такое и для чего она используется.

Что такое катанка и нормативные документы, контролирующие ее качество

Катанка – это вид металлопроката, который не является самостоятельным изделием. Это полуфабрикат для производства проволоки, арматуры, гвоздей, скоб, электродов, пружин, сетки, канатов и т.д. 

Условно конструкционный материал можно назвать проволокой, но все же существует разница между этими изделиями. 

Катанкой называют полнотелый прокат круглого, квадратного или шестигранного сечения, полученный методом обжима вращающимися вальцами. Заготовка прокатывается, отсюда и получилось название. Проволоку делают волочением и обычно она имеет меньшее сечение. Проволоку также делают из катанки. Для материала подходят не только черные металлы, но и цветные сплавы. Например, для разных промышленных целей выпускают проволоку из бронзы, латуни, титана, дюрали, свинца и т.д.

Для упорядочивания взаимодействия производителя и потребителей существуют ГОСТы, в которых собраны требования к продукту, маркировке и упаковке:

• ГОСТ 30136-95 определяет требования к физическим характеристикам катанки, его геометрии и эксплуатационным качествам. Документ согласован с международным стандартом ИСО 8457-1-89.
• ГОСТ 380-94 регламентирует свойства сырья для изготовления катанки.
• ГОСТ 7566-94 определяет нормы для маркировки и упаковки. 

Два последних ГОСТа не являются обязательными, но на них делают ссылки производители.  

Технические характеристики

Согласно регламенту ГОСТа стальную катанку различают на три типа по способу охлаждения. 

В сопроводительных документах товар маркируют следующими буквами:

• ВО – воздушное охлаждение естественным способом или при помощи обдува системой вентиляции. Такие изделия имеют высокую пластичность и обычную прочность, которую обозначают В1, В2, В3, В4 или В5.
• УО1 – одностадийное ускоренное охлаждение при помощи воды или воздушно-водной субстанции. Охлаждение жидкостью происходит до помещения полуфабриката на витковой аппарат. Водная эмульсия поступает на катанку с разных сторон и более интенсивно охлаждает при помощи форсунок. Изделию присваивается классификация высокой прочности (АО1, А1, А2, А3), так как при быстром охлаждении происходит закалка.
• УО2 – двухстадийное ускоренное охлаждение. Применяется для изготовления металлической катанки, из которой будут произведены изделия, имеющие ответственное назначение. Продукция сначала охлаждается водой, а потом воздушным обдувом. Благодаря такой обработке изделие приобретает повышенную прочность, отличную упругость и вместе с тем хорошую пластичность. Маркируется как Б1. 

Другие характеристики металлопроката, установленные ГОСТом:

• Диаметр катанки изменяется от 5 до 9 мм. Существуют отклонения от стандартизированных типоразмеров. Промышленникам разрешено изменять шаг по спецзаказу. Предусмотрен выпуск проката сечением 5,5 мм, 6,3 мм, 6,5 мм. В отдельных случаях выпускается катанка от 10 до 15 мм. 
• Отпуск проката происходит в тоннах. Например, вес 1 погонного метра катанки диаметром 6 мм составляет 0,222 кг, а количество 1 погонного метра в тонне – 4505 единиц. Производители должны соблюдать параметры в допустимых пределах, то есть отклонение от стандарта должно быть минимальным.

Требования, предъявляемые к выпускаемой продукции:

• На поверхности не должно быть загрязнений, трещин, усов и закатов, рябизны и других повреждений, которые видны на глаз.
• Неприемлемы пустоты в отливках, которые могут образоваться при затвердевании.
• Масса окалины, находящейся на наружней части катанки, не должна превышать допустимых значений. Для изделий с маркировкой УО1 – это 18 кг/т, а для УО2 – 10 кг/т проката. Для катанки ВО параметр не регламентируется. 
• В документации обязательно указывают наличие легирующих добавок в сплаве, таких как углерод, сера, никель, хром, кремний, титан и другие.
• Расписывают критерии свариваемости материала. Для этого применяют цифровое обозначение от 1 до 4.
• Минимальная масса мотка должна составлять 160 килограмм с размещением в ней единых непрерывных отрезков проката. Дополнительное условие – проволока должна быть не перепутанной и гнуться на 180 градусов вокруг оправки. 

Больше нужной информации можно найти в нормативном документе ГОСТ 30136 от 1995 года. Катанка используется во многих сферах, поэтому применение для нее находится и в случае наличия каких-то дефектов. При этом снижается сортность и, соответственно, цена. 

Производство катанки

Для разных металлов технологические режимы отличаются, но в конечном итоге процесс сводится к деформации бруска определенной формы между валами. На сегодняшний день инновационное прокатное оборудование выдает изделие со скоростью 120-160 метров в секунду. Время зависит от свойств стали и необходимых параметров конечного продукта. Рассмотрим более подробно весь цикл производства. 

Создание заготовки

Из листового проката толщиной от 45 до 180 миллиметров и длиной 12 метров вырубают заготовку с квадратным сечением. В основном для деформирования берут полуфабрикаты (блюмы) сечением 10 на 10, 15 на 15 и 20 на 20 мм. Полученный брусок металла проверяют на пригодность к обработке. У заготовки не должно быть трещин, пустот, рыхлостей, лишних заусенец и прочих дефектов, которые могут привести к браку. 

Нагрев 

По катковому транспортеру заготовку направляют в печь, где ее нагревают до температуры пластичности, около 1200 градусов. Температурный режим зависит от марки стали и вида цветного металла.

Обжим

Брусок направляют между двумя парами вращающихся круглых и ровных валов, расположенных перпендикулярно друг другу. Первая прокатка позволяет удалить имеющуюся окалину и произвести первичную формовку заготовки. В дальнейшем происходит многократная прокатка прута через вальцы с разной геометрией. При этом изделие уменьшается в диаметре, приобретает нужную форму и увеличивается в длине. Финишные вальцы для круглой катанки имеют эллипсообразные канавки, которые придают окончательную форму изделию. 

Намотка

Из вальцов пруток поступает в камеру, которая укладывает его кольцами на движущийся транспортер. В конце ленты ставят бункер, где кольца собираются в бухты. Если диаметр катанки на выходе больше 8 мм, то изделие не скручивают в бухту, а режут 12 метровыми хлыстами, и в таком виде отправляют потребителю.

Охлаждение

Для дальнейших циклов работы с материалом требуется необходимая пластичность. Из вальцов пруток выходит раскаленным до красного цвета. Чтобы сохранить вязкость материала, охлаждение происходит на воздухе при обычной температуре, но не ниже 10 градусов. Такая операция занимает много времени, поэтому часто применяют принудительное охлаждение, подавая воздушный поток вентиляторами. Весь процесс происходит непосредственно на упаковочном транспортере. 

Волочение

Готовую продукцию после прокатного оборудования часто направляют на следующие этапы обработки для получения меньшего сечения проволоки и более высокого качества поверхности. Эта работа проходит на волочильных станках, где пруток протягивают через конусообразное отверстие необходимого сечения. В большинстве случаев операция не требует предварительного нагрева, так как материал разогревается за счет трения. Операция может повторяться несколько раз до достижения необходимого результата. 

Производство катанки из цветных металлов

Методом прокатки вальцами прутки изготавливают из всех пластичных металлов, таких как медь, алюминий, нержавеющие стали.

Этапы производства медной катанки:

1. Подготавливают медные чушки марок МО или М1. 
2. Загружают их в шахтную печь и плавят.
3. Далее расплавленная масса поступает в печь-миксер, откуда непрерывным литьем она идет через экструдер в заготовку размерами 120 на 70 мм. 
4. Заготовку направляют на прокатный стан, где она деформируется по толщине и удлиняется.
5. Полученная катанка поступает на линию охлаждения и осветления. Так как при охлаждении применяется безвоздушная технология, где металл не соприкасается с кислородом, то на выходе получается изделие, у которого не будут происходить внешние окислительные процессы.
6. Затем катанку отправляют в аппарат для нанесения воскового защитного покрытия, если это высокоответственное изделие.
7. Далее материал поступает на намоточный станок, где изделие формируется в бухты или происходит нарезка прутка по стандартным размерам от 6 до 12 метров.

Таким образом выпускается медная катанка с диаметром от 7 до 25 мм. Похожий процесс происходит со сплавами меди: бронзой, латунью и проч. Для сплавов применяют несколько иные температурные режимы и другие способы предпродажной обработки. 

Алюминиевая катанка выглядит как прут, только с меньшим сечением – от 1 до 16 мм. Изготавливается по горячекатанной технологии. Особенность процесса – во время производства на поверхности изделия образуется оксидная пленка, которая защищает материал от последующего окисления. Этот факт учитывается при дальнейшей обработке, не требуется травление. Металлурги утверждают, что производство катанки из алюминия в 2,5 раза дешевле, чем изготовление медного полуфабриката. Это объясняется тем, что металл пластичен в холодном состоянии. 

Производство катанки из нержавеющей стали 

Нержавеющие стали имеют похожие характеристики с черными металлами, поэтому прокатка производится по схожим технологиям. Так как стоимость и требования к нержавеющему прокату значительно выше, то для изготовления катанки используют более совершенные технологии. Например, формирование первичного бруска происходит не в процессе рубки листового проката, а непосредственным литьем в специальных печах. На этом этапе в металл добавляют легирующие компоненты, обеспечивающие необходимую пластичность. Сам процесс деформации бруска производят непосредственно после отливки без фазы нагрева в печи. Все остальные операции аналогичны прокатке черных сталей. 

После прокатного стана проволока может подвергаться дополнительной обработке для придания специфичных свойств наружней поверхности. 

Причины возникновения брака и возможные дефекты

Потребителю важно иметь качественный продукт с заявленными характеристиками. Однако в процессе производства могут появиться некоторые отклонения, которыми во многих случаях можно пренебречь:

• Пережог. Для оптимизации работы по волочению заготовку нагревают до температуры пластичности. Если не выдержать режимы и допустить излишний нагрев, то происходит изменение внутренней структуры металла и обезуглероживание поверхностного слоя. Это в дальнейшем серьезно влияет на прочностные характеристики изделия. 
• Дефекты профиля. Со временем вальцы изнашиваются, на их поверхности появляются канавки, не предусмотренные технологиями. Из-за этого на круглом сечении могут образоваться заусенцы по всей длине. Также периодическое возникновение заусенец может быть вызвано колебанием толщины подаваемой заготовки. Иногда получается брак из-за смещения канавок на вальцах. 
• Эллипсное сечение. Эллипс появляется при неправильной регулировке вальцов. 

Сфера применения катанки из разных металлов

Большая часть стальной катанки идет на производство проволоки, из которой делают:

• Электроды для стали и сварочную проволоку.
• Металлокорды и канаты. 
• Сварные сетки.
• Арматурные пряди для упрочнения железобетонных изделий.
• Пружины.
• Метизы от гвоздей до заклепок.
• Декоративные детали для металлических конструкций – заборов, оград, козырьков и проч.

Мягкая пластичная проволока часто применяется при закреплении техники и грузов на ж/д платформах, деревянных столбов к пасынкам и прочих монтажных мероприятиях. 

Из медной катанки изготавливают расходные материалы для сварки, обмотки роторов и статоров в электродвигателях, шнуры силовые или слаботочные, провода силовые изолированные, телефонные распределительные, монтажные низковольтные.

Изделия из алюминиевой катанки нашли применения в автомобильной, электротехнической и строительной отраслях, в машиностроении, судостроении и производстве упаковки. Высокие параметры по электропроводности сделали алюминиевую катанку незаменимым полуфабрикатом для производства проводов, кабелей и многих электротехнических компонентов.

Нержавеющая катанка востребована в производстве проволоки четырех видов: пружинной, винтовой, нагартованной и сварочной. Соответственно каждый вид подходит для целей, предписанных в технологической карте. Также катанка применяется для систем заземления от защиты от молний. 

Оцинкованная катанка – довольно распространенное изделие, ценится благодаря антикоррозийной устойчивостью, прочностью и надежностью. Хорошо поддается любым видам механической обработки, выдерживает динамическую, статическую и линейную нагрузки. Катанку дополнительно обрабатывают методом горячего волочения и покрывают цинковым анодом, который и защищает от коррозии. Полуфабрикат используют во всех сферах, где воздействие среды приводит к коррозии:

• для изготовления молниезащиты, метизов и проволоки; 
• для армирования бетонов; 
• для монтажа линий электропередач. 

Благодаря технологичности процесса такой метод получения длинномерных изделий разного сечения имеет очень широкое распространение. Качество поверхности и внутренняя структура катанки с каждым годом становится все белее высокой.