varmvalset stål

Hele varmvalseprosessen foregår ved temperaturer over rekrystallisasjonstemperaturen hvor stålets krystallstruktur er austenittisk. På grunn av den høye temperaturen har stålet lav fasthet og er lett å bearbeide. Store deformasjoner kan derfor oppnås.

Hvis stålet er blokkstøpt, må det først varmes opp og glødes i flere timer ved 1150–1250 °C for temperaturutjevning, homogenisering og for å løse opp grove partikler som ble dannet under utstøpingen. Støpeblokkens tykkelse blir deretter redusert i flere trinn ved hjelp av kryssvalsing (forvalsing). Et strengstøpt stål blir, i moderne integrerte verk hvor stålverk og valseverk er bygd sammen, ført direkte inn i de formgivende valsene så snart det er avkjølt til en passe temperatur. I andre verk må det strengstøpte emnet varmes opp forut for valsingen.

Formgivingen av produktet skjer ved at emnet blir deformert gjennom flere valsetrinn mens temperaturen synker. Stålets tverrsnitt reduseres for hvert valsetrinn. Valsingen av bjelker og noen typer profiler (for eksempel flattstål) skjer i universalverk som består av horisontale og vertikale valsepar som arbeider sammen. Valsenes utforming og innbyrdes avstand bestemmer sluttproduktets geometri. Andre profiler som L-profiler og vinkelstål valses i horisontale valsepar der det langs valsene er dreid inn et antall formgivende åpninger (spor/pass/stikk) for påfølgende valsetrinn. Flere valsepar er gjerne plassert på linje ved siden av hverandre, og emnet blir flyttet sideveis fra valsestikk til valsestikk.

I tiden mellom to valsestikk rekrystalliserer stålet ved at nye deformasjonsfrie korn erstatter de deformerte kornene. Slik blir herdingen som deformasjonen tilfører stålet, glødet ut. Stålet blir altså mykglødd før hvert nytt valsestikk. For hver ny rekrystallisasjon reduseres austenittkornstørrelsen.

Varmvalsing av konstruksjonsstål blir avsluttet ved en temperatur på omtrent 1000 °C, og stålet blir deretter vanligvis luftkjølt til romtemperatur. Luftkjøling gir en langsom kjøleeffekt som gjør at produkter med en enkel geometri vil være frie for termiske spenninger etter endt avkjøling. Under avkjølingen vil den rekrystalliserte austenittstrukturen transformeres til en blanding av ferritt og perlitt.

Platestål med en moderat tykkelse kan umiddelbart etter avsluttet varmvalsing kveiles opp på rull før avkjøling til romtemperatur. Andre former som tykke plater, bjelker og profiler blir kappet opp i rette lengder før de blir pakket for salg.

Stålets ferrittkornstørrelse avtar med økende mengde deformasjon tilført under valsingen. Med avtagende kornstørrelse øker produktets styrke og seighet samtidig som omslagstemperaturen minker. Ved behov kan kornstørrelsen reduseres ved å normalisere stålet etter avsluttet varmvalsing og avkjøling. I et handelsferdig alminnelig konstruksjonsstål kan kornstørrelsen være 30–50 mikrometer, flytespenningen 200–400 MPa, og omslagstemperaturen ligger vanligvis innenfor et intervall på noen få titalls grader på hver side av 0 °C.

Varmvalset stål er billigere enn kaldvalset stål fordi produktet skal brukes slik det er etter valseprosessen og ikke trenger viderebehandling, bortsett fra en eventuell normalisering.

Når stålet avkjøles etter varmvalsingen vil det krympe, og det kan slå seg noe. De nøyaktige sluttmålene er derfor vanskelig å forutsi (2–5 prosent dimensjonstoleranse), og varmvalset stål blir som regel brukt i anvendelser som ikke krever helt presis dimensjonering. Ofte blir det valsede produktet rettet opp i en rettemaskin etter endt avkjøling.

På grunn av den høye valsetemperaturen dannes det på stålets overflate et blågrått oksidskall, oftest kalt glødeskall. Dette skallet gir en viss korrosjonsbeskyttelse, men for noen anvendelser, for eksempel sveising, må oksidet fjernes. Dette skjer vanligvis ved hjelp av høytrykks vannspyling umiddelbart etter valsing. Ståloverflaten kan korrosjonsbeskyttes ved hjelp av galvanisering.

I Norge er det bare Celsa Armeringsstål i Mo i Rana som varmvalser stål. Bedriften produserer årlig omtrent 700 000 tonn armeringsstål og tråd basert på gjenvinning av skrapmetall. Det er en stålmengde som tilsvarer om lag to Eiffeltårn per uke. Celsas hovedmarked er Norden (markedsandel på rundt 70 prosent). Celsa har blant annet levert armeringsstålet til det nye Operahuset i Oslo.

Armeringsstål produseres i form av kamstål som har to rekker med utstikkende kammer for å øke forankringen til betongen. For det meste framstilles kamstålet ved en prosess som kalles Tempcore-prosessen, av en legering med maksimalt 0,24 prosent karbon, 0,65 prosent silisium, 0,70 prosent mangan. Varmvalsingen skjer i valsestoler som står etter hverandre i valseretningen. Når stålet med stor hastighet forlater siste valsestol ved cirka 1000 °C, føres det inn i en kjølekasse hvor store mengder vann under høyt trykk spyles mot ståloverflaten som derfor bråkjøles til en martensittisk herdestruktur. Kjernen er fortsatt austenittisk og varm, og når varmen fra kjernen går ut gjennom overflatesjiktet, anløpes martensitten kraftig. Etter endt avkjøling består kamstålet av en seig kjerne av ferritt og perlitt, en overgangssone og et overflatesjikt av sterkt anløpt martensitt. Ordet tempcore henspiller på anløpningsprosessen og er sammensatt av de engelske ordene for anløpt (tempered) og kjerne (core). Denne type kamstål er sveisbart, har høy fasthet (flytespenning cirka 500 N/mm²), høy duktilitet og er meget bøyelig selv ved meget lave temperaturer.

I tillegg produserer Celsa kamstål med noe lavere karbon- og mangan-innhold ved kaldtrekking av tråd som er fremstilt ved konvensjonell varmvalsing etterfulgt av luftkjøling med vifter. I dette tilfellet blir kammene kaldpreget inn i ståloverflaten etter kaldtrekkingen. Kaldtrekkingen gir en høyere styrke enn tempcore-prosessen. Kaldtrukket kamstål nyttes kun til Celsas egenproduksjon av armeringsnett der stenger (tråd) legges i et rutenett og sveises sammen. Armeringsnett blir også produsert av tempcore-kamstål.

Celsa varmvalser også tråd på 6–14 millimeter i diameter som kunden kaldtrekker til ståltråd til generell bruk (spiker, kleshengere med mer). Til dette formålet brukes et lavkarbonstål med 0,04–0,05 prosent karbon og 0,3–0,6 prosent mangan.

En universalvalsemaskin for stål ble patentert i England i 1829. Den første varmvalsede I-bjelken ble framstilt i Frankrike i 1840.

I Norge hadde statseide Norsk Jernverk i Mo i Rana en betydelig produksjon av varmvalset stål fra driften startet i 1955. Bedriften valset i mange år bjelker, profiler, plater og armeringsstål fra egen malmbasert stålproduksjon. Jernverket i sin opprinnelige form ble avsluttet i 1989/1990 i forbindelse med at bedriften ble privatisert og den malmbaserte stålproduksjonen ble avløst av en skrapjernbasert produksjon. I 1992 ble verket solgt til den nordiske sammenslutningen Fundia AB som var eid av finske Rautaruukki (senere Ruukki). Bedriften fikk da navnet Fundia Norsk Jernverk, og valsevirksomheten ble videreført i produksjonsenhetene Fundia Armeringsstål og Fundia Profiler som valset profiler og bjelker. I 1995 ble armeringsproduksjonen lagt inn i det nyopprettede Fundia Bygg som også inneholdt den skrapbaserte stålproduksjonen. Fundia Profiler fortsatte som egen enhet, men på grunn av lavkonjunkturer overtok Ruukki profilverket i 2004 og videreførte det under navnet Ruukki Profiler fram til 2010 da profilverket endelig ble nedlagt. Stålverket (minus profilverket) ble kjøpt av Celsa Group i 2006, og Celsa Armeringsstål ble etablert i 2007.

Ved valseverket i Mo i Rana pågikk konvensjonell varmvalsing av lavkarbonstål til bjelker og profiler til slutten av 1990-tallet, men fra da av ble all varmvalsing (bortsett fra valsing av armeringsstål) gradvis avløst av kontrollert valsing av høyfaste mikrolegerte stål til skipsprofiler, og – i de siste årene før profilverkets nedleggelse – også til emner til vindmølleflenser.

Tempcore-prosessen som Fundia brukte og Celsa fortsatt bruker for varmvalsing av kamstål, ble utviklet i Belgia tidlig på 1970-tallet.

• stål
• valsing
• kontrollert valsing
• mikrolegerte stål
• mikrolegerte ferritt-perlitt-stål