Чем отличаются горяче- и холоднокатаная сталь? 

Частенько слышу этот вопрос, и ответ вроде бы лежит на поверхности: одна прокатана горячей, другая холодной. Но если копнуть глубже, как мы это делаем на производстве, всё оказывается куда интереснее и с куда большими последствиями для конечного изделия. Многие, особенно те, кто только начинает закупать металл, думают, что это просто вопрос цены или наличия на складе. А потом удивляются, почему деталь ведёт себя не так, как ожидалось.

Суть процесса: не просто температура

Горячекатаная сталь — это, по сути, первичный продукт. Сляб или блюм греют до состояния пластичности, выше температуры рекристаллизации, это где-то за 1100°C. И потом пропускают через валки. Ключевое здесь — металл легче деформируется, можно получать большие сечения, толстые листы. Но после такой прокатки на поверхности остаётся окалина, та самая синевато-чёрная плёнка. Геометрия тоже не идеальна: допуски по толщине и плоскостности довольно широкие. Мы её часто используем для конструкций, где важен сам металл, а не идеальная поверхность: каркасы, балки, швеллеры.

А вот холодная прокатка — это уже следующий этап. Берут тот же горячекатаный рулон, но уже остывший, травят его в кислоте, чтобы убрать окалину, и потом пропускают через валки при комнатной температуре. Металл не такой пластичный, его буквально вытягивают и уплотняют. Это уже не формообразование в чистом виде, а скорее калибровка и упрочнение. В результате получается продукт с куда более точными размерами, гладкой, почти зеркальной поверхностью. Но есть и обратная сторона: появляются внутренние напряжения, металл становится более жёстким и, скажем так, капризным при дальнейшей обработке.

Помню, как-то заказали партию холоднокатаного листа для штамповки довольно сложных кожухов. Металл был красивый, ровный. Но при вытяжке пошли трещины. Оказалось, что у этой конкретной марки после холодной деформации слишком высокий предел текучести и низкая пластичность. Пришлось закладывать промежуточный отжиг. А вот горячекатаный, с его более рыхлой структурой, иногда лучше тянется, хоть и выглядит попроще.

Свойства, которые видны не сразу

Если говорить о механических свойствах, то тут разница фундаментальная. Горячекатаная сталь обычно имеет более низкий предел текучести и прочности, но зато большую относительное удлинение. Она мягче и пластичнее в исходном состоянии. Микроструктура у неё более равновесная, ферритно-перлитная, зерно покрупнее.

Холоднокатаный прокат же всегда прочнее и твёрже из-за наклёпа — того самого упрочнения при холодной деформации. Предел текучести у него может быть на 20-30%, а то и больше, выше. Но пластичность, ударная вязкость — это его ахиллесова пята. Он более хрупкий. И это критично для деталей, работающих на динамические нагрузки или при низких температурах. Приходится иногда специально его отжигать, чтобы снять напряжения и вернуть пластичность, но тогда теряется часть прочности.

Ещё один нюанс — точность. Допуски на толщину у холоднокатаной стали в разы жёстче. Если для горячекатаного листа 10 мм отклонение в плюс-минус полмиллиметра — это норма, то для холоднокатаного это уже брак. Для прецизионных деталей, для тех же штамповок, где важен равномерный зазор, это принципиально. Однажды был случай с изготовлением ёмкостей, где варились агрессивные среды. Заказчик сэкономил, взял горячекатаный лист. После обработки (фрезеровки, шлифовки) выяснилось, что из-за неравномерности толщины в разных точках остаточная толщина стенки оказалась ниже расчётной. Риск коррозионного разрушения вырос в разы. Пришлось переделывать.

Поверхность и дальнейшая обработка

Внешний вид — это первое, что бросается в глаза. Горячекатаный прокат матовый, с характерным тёмным или синеватым оттенком окалины. Её, конечно, можно счистить пескоструйкой или травлением, но это дополнительные затраты. Холоднокатаный лист блестит, он гладкий. Идеален для покраски, гальваники, да и просто для видимых элементов конструкции, где важен эстетический вид.

Но с этой гладкостью тоже не всё просто. Такая поверхность хуже держит грунтовку и краску без дополнительной подготовки. Иногда нужна фосфатизация или лёгкая абразивная обработка для увеличения адгезии. А окалина на горячекатаной стали, как ни странно, в некоторых атмосферных условиях может служить примитивной защитой от коррозии, пока вы не начали монтаж.

Что касается сварки, то здесь предпочтения зависят от задачи. Горячекатаную сталь варить, как правило, проще — она менее склонна к образованию закалочных структур в зоне термического влияния из-за своего химического состава (часто это более спокойные стали). Холоднокатаная, особенно высокопрочная, требует более жёсткого контроля за режимами сварки, предварительного и сопутствующего подогрева, чтобы не пошли трещины от тех самых внутренних напряжений, наложившихся на сварочные.

Экономика и логистика: что выбрать?

Цена, конечно, весомый аргумент. Горячекатаный прокат дешевле. Процесс энергоёмкий, но одностадийный. Холодная прокатка — это минимум два передела (горячая прокатка + холодная), плюс травление, плюс часто отжиг. Всё это накручивает стоимость. Поэтому бездумно заменять один вид на другой, пытаясь сэкономить или, наоборот, взять получше, — путь к проблемам.

Выбор всегда должен быть обусловлен техзаданием. Нужна несущая балка для склада? Берите горячекатаный двутавр. Нужен корпус бытового прибора или кузовная деталь? Только холоднокатаный лист с его точностью и поверхностью. Для изготовления пружин или ответственных крепёжных изделий опять же идут на холодную деформацию и последующую термообработку.

Интересно, что наша смежная отрасль — химическая промышленность — тоже сталкивается с этим выбором, но уже для оборудования. Например, для ёмкостного оборудования, где важна коррозионная стойкость и чистота внутренней поверхности, часто используют именно холоднокатаные листы из нержавеющих сталей. Они лучше поддаются полировке. Кстати, о химии. Наши партнёры, ООО Паньчжихуа Даншэн Химикат (https://www.sunrisechem.ru), которые специализируются на экспорте диоксида титана и сульфата железа, наверняка сталкиваются с подобными вопросами при выборе тары или оборудования для транспортировки и хранения своей продукции. Сульфат железа, например, может быть коррозионно-активным. И материал стенок цистерны или бункера, его однородность и отсутствие внутренних дефектов (которые чаще встречаются в горячекатаном металле) — это вопрос безопасности и долговечности.

Личный опыт и типичные ошибки

Работая с металлом годами, набил себе шишек. Одна из самых распространённых ошибок новичков — попытка использовать холоднокатаный лист для силовых конструкций потому что он прочнее. Да, прочнее на разрыв. Но его усталостная прочность, особенно в зонах концентраторов напряжений (отверстия, резкие переходы), может быть ниже. И конструкция под переменной нагрузкой проживёт меньше.

Ещё момент: холоднокатаный прокат может иметь анизотропию свойств — вдоль направления прокатки и поперёк. При раскрое и гибке это надо учитывать. Горячекатаный в этом плане более однороден.

Был у меня проект, где нужно было сделать направляющие для тяжелых валов. Взяли холоднокатаную полосу, точную, красивую. После фрезеровки пазов её повело пропеллером из-за снятия поверхностного слоя и высвобождения внутренних напряжений. Пришлось править под прессом. Горячекатаная, при всей своей неидеальной геометрии изначально, таких сюрпризов реже преподносит — напряжения в ней в основном сняты уже в процессе охлаждения после прокатного стана.

Так что, возвращаясь к начальному вопросу… Отличие — не в одной лишь температуре валков. Это два разных философских подхода к получению металлопродукта. Один — для массы, прочности и объёма. Другой — для точности, поверхности и специальных свойств. И понимание этой разницы, этой самой души металла после разных видов обработки, экономит кучу нервов, времени и денег в любом проекте. Выбор между ними — это не просто строка в спецификации, это техническое решение, которое закладывается в саму суть будущего изделия.