kontrollert valsing

Stål som produseres ved hjelp av kontrollert valsing inneholder små mengder av ett eller flere av mikrolegeringselementene niob, vanadium og titan. Disse elementene feller ut partikler av karbider, karbonitrider og/eller nitrider, og disse partiklene har en kornforfinende effekt ved at de under valseprosessen bremser veksten av rekrystalliserte austenittkorn. Noen av dem bremser i tillegg rekrystallisasjonen av deformerte austenittkorn ved lavere valsetemperaturer. Niob er det elementet som har størst bremsende effekt.

Før valsingen starter må stålet glødes ved 1100–1250 °C for å løse opp grove karbider/karbonitrider som ble dannet under utstøpingen av stålet. Valseprosessen består av to stadier, grovvalsing ved temperaturer over rekrystallisasjonstemperaturen og finvalsing/sluttvalsing ved temperaturer under rekrystallisasjonstemperaturen. Under grovvalsingen reduseres valseemnets tverrsnitt i flere grove trinn mens temperaturen faller til cirka 950 °C. Stålets krystallstruktur er austenittisk under valsingen, og i tiden mellom to valsestikk rekrystalliserer stålet ved at nye deformasjonsfrie austenittkorn erstatter de deformerte kornene. For hver repetisjon forfines den rekrystalliserte kornstørrelsen. På grunn av den avtagende temperaturen felles små partikler av for eksempel Nb(C,N) eller V₄C₃ ut i austenitten. Disse partiklene bremser veksten av de rekrystalliserte austenittkornene, og austenittkornstørrelsen etter siste grovvalsetrinn er derfor mindre enn den som oppnås ved konvensjonell varmvalsing av et stål uten mikrolegeringselementer.

I tillegg til å bremse kornveksten har karbidene/karbonitridene også en bremsende effekt på selve rekrystallisasjonen slik at fullstendig rekrystallisasjon ikke skjer under cirka 950 °C (det vil si at partiklene gjør at stålets rekrystallisasjonstemperatur øker fra omtrent 800 °C som normalt er rekrystallisasjonstemperaturen for stål). Den avsluttende finvalsingen starter når temperaturen har falt noe under den nye rekrystallisasjonstemperaturen, og den pågår ned mot den temperaturen hvor austenitten begynner å transformere til ferritt. Under finvalsingen rekrystalliserer ikke austenitten, og kornene blir derfor flatklemte (pannekakekorn) og fylt med deformasjon i form av bånd som deler opp kornene i mindre enheter.

Når stålet avkjøles etter sluttvalsingen, transformerer austenitten til en type ferrittstruktur. Ferritten (kim)dannes på grensene til de flatklemte austenittkornene og på deformasjonsstrukturen inni kornene. Kimdanningen skjer derfor på et stort areal, noe som resulterer i at det dannes mange små ferritt-kim, og mikrostrukturen blir derfor meget finkornet. Dette er en avgjørende forskjell på kontrollert valsing og konvensjonell varmvalsing. Etter konvensjonell varmvalsing kimdannes ferritten bare på grensene til rekrystalliserte polygonale (mangekantede) austenittkorn, det vil si på et mye mindre areal enn etter kontrollert valsing, og det dannes derfor færre og større korn.

Avhengig av legeringsinnhold og avkjølingsforhold består den ferrittiske mikrostrukturen som dannes etter kontrollert valsing av ferritt/perlitt, acikulær ferritt, bainitt eller martensitt, eventuelt blandinger av noen av disse. Av og til øker man styrken til ferrittisk-perlittiske HSLA-stål ved å fortsette finvalsingen etter at transformasjonen til ferritt har begynt slik at noe deformasjonsherding oppnås.

Fram til midten av 1900-tallet ble høy styrke i varmvalsede konstruksjonsstål oppnådd ved å øke mengden karbon og mangan. Utviklingen av kontrollert valsing startet på slutten av 1950- og begynnelsen av 1960-tallet, knyttet til utviklingen av mikrolegerte stål for å produsere sveisbare stål med høy styrke og seighet til bruk i olje- og gassrørledninger.

• stål
• varmvalset stål
• mikrolegerte stål