OHUTLEVY 2025 • 7 www.ohutlevy.com 1. Kuumavalssaus Suurin osa teräksistä (n. 90%) käy läpi kuumavalssausprosessin, jossa jatkuvavalettu teräsaihio saa vaadittavat dimensiot (paksuus ja leveys) jatkojalostukseen sekä teräkselle luodaan pääsääntöisesti halutut mekaaniset ominaisuudet. Kuumavalssaus tehdään aina rekristallisaatiolämpötilan yläpuolella, n. 1250°C, jolloin valussa jähmettymisen aikana syntynyt mikrorakenne korvautuu rekristallisaation kautta uudella homogeenisellä raerakenteella. Lisäksi valun aikana syntyneet mahdolliset virheet kuten esimerkiksi valuonkalot on mahdollista poistaa suurella valssauspiston deformaatiolla. Kuumavalssaus etenee normaalisti siten, että aluksi on esivalssaus (roughing mill), johon jatkuvavalettu aihio saapuu esikuumennusuunista. Valssauspistoja voi olla esimerkiksi 5-7 kpl ja usein valssaimet ovat ns. reversiibelivalssaimia eli nauha kulkee edestakaisin valssikidan läpi. Esivalssauksessa tehdään merkittävät reduktiot korkeassa lämpötilassa, jolloin rekristallisaatio etenee tasaisesti läpi aihion paksuuden jokaisella valssauspistolla. Esivalssauksen jälkeen nauha menee ns. viimeistelyvalssaukseen, jossa peräkkäisten valssituolien (tandem-linja) pistosarjalla säädetään haluttu nauhan loppupaksuus. Loppupaksuuden lisäksi oleellista on myös viimeisen piston lämpötila, joka on yksi merkittävä tekijä hallittaessa valssatun nauhan mekaanisia ominaisuuksia termomekaanisessa prosessoinnissa (TMCP, thermo-mechanically controlled process). Nauhatuotteiden kuumavalssaus sisältää useita eri prosessivaiheita ja niiden kontrollointi on oleellista halutun laadun tuottamiseksi kustannustehokkaasti. Kuumavalssausprosessia ohjataan automaatiojärjestelmän avulla siten, että kaikki kelalle menevät tuotteet täyttävät lujuus- ja laatukriteerit. Merkittäviä laatuparametreja ovat mm. nauhan paksuus, muoto ja tasomaisuus. Pääsääntöisesti ohjaus perustuu asetusarvoihin (valssausmalli) sekä dynaamiseen (adaptiiviseen) säätöön. Alussa, kun nauha kulkee valssituolien välissä ja ei ole vielä kaikilla tuoleilla, mittausdataa saadaan vähän niin ohjaus perustuu pitkälti asetusarvoihin ja mallipohjaiseen säätöön. Nauhan ohittaessa viimeisen valssituolin ja saavuttaessaan paksuusmittaukseen varsinainen adaptiivinen säätö alkaa ohjaamaan prosessia. Paksuusmittauksen lisäksi viimeisen tuolin jälkeen mitataan lämpötila sekä tasomaisuus. Lämpötila on oleellinen nauhan mekaanisten ominaisuuksien hallinnassa. Valssikidan paksuuden säätö tapahtuu automaattisesti (AGC, automatic gauge control). Säädössä on reduktion lisäksi huomioitava kaikki elastiset tapahtumat valssipistossa. Esimerkiksi kidan asetusarvo lasketaan ennustetun valssausvoiman sekä valssin runkorakenteen joustokäyrän avulla. Paksuuden säätöön liittyy myös oleellisesti looperit eli pingotinrullat. Looperit ovat valssituolien välissä olevia rullia, joiden avulla vaikutetaan nauhan vetojännitykseen. Vetojännityksen kasvaessa, reduktioon tarvittava valssausvoima pienenee. Loopereita ohjataan usein momenttiperustaisesti. Paksuuden lisäksi, nauhan tasomaisuus ja muoto ovat tekijöitä, joiden on täytettävä asetetut vaatimukset. Valssauspistossa oleellista on saada aikaan tasainen reduktio nauhan leveyssuuntaisen poikkipinnan läpi. Nauha pyritään saamaan keskeltä hieman paksummaksi kuin reunoilta (crown), jolloin sen hallinta on helpompaa. Kidan muoto pitää olla myös vastaava kuin haluttu nauhan muoto. Jos kidan ja nauhan muoto poikkeaa, nauhassa taphtuu paikallista venymistä ja tämä näkyy tasomaisuusvirheinä kuten esimerkiksi reuna- ja/tai keskilöysyytenä. Nauhan muotoa hallitaan mm. valssien taivutuksilla ja CVC-valssien (Continuously Variable Crown) sivuttaissiirroilla. Onnistuneen kuumavalssauksen ja jäähdytyslinjan jälkeen nauha menee kelaimelle, jossa saattaa myös esiintyä ilmiöitä, jotka vaikuttavat nauhan paksuustarkkuuteen erityisesti kylmävalssauksessa. Seuraavassa kappaleessa kuvataan kelan jäähtymistä ja ennustamista mallinnuksen kautta. 2. Kelan jäähtyminen Kuumavalssauksen jälkeisellä kelajäähtymisellä voi olla merkittävä vaikutus tiettyjen teräslaatujen faasiosuusjakaumiin. Epätasaisen kelanjäähtymisen aiheuttama heterogeeninen faasiosuusjakauma voi aiheuttaa ongelmia teräksen kylmävalssausprosessissa. Monifaasiteräsnauhat kelataan austeniittisessa tilassa noin 590–700 °C:n lämpötilassa kuumavalssauksen ja vesijäähdytyksen jälkeen. Tällöin faasimuutokset tapahtuvat kelan jäähtymisen aikana, mikä voi johtaa epätasaisiin faasiosuusjakaumiin kelassa johtuen erisuuruisista jäähtymisnopeuksista kelakuljetin kontakteissa verrattuna vapaasti jäähtyvään kelan yläosaan. Kelakuljetinkontaktien läheisyydessä korostuu bainiitin osuus johtuen tehokkaasti lämpöä siirtävästä kontaktista kelan ja kuljettimen välillä, kun taas huomattavasti hitaammin ympäristöön säteilemällä ja konvektion avulla jäähtyvällä kelan yläosalla korostuu ferriitin osuus. Tämä paikallisesti vaihteleva mikrorakenne ja faasien väliset lujuuserot tekevät seuraavasta teräsnauhan kylmävalssausprosessista epävakaan johtaen lopulta nauhan paksuusvaihteluihin. Epätasaisen faasiosuusjaukauman syntyminen kelaan todistettiin mallinnuksen avulla. Oulun yliopistossa 36-vaiheinen kelakuljetuspolku ja kelan kelakenttäjäähtyminen mallinnettiin elementtimenetelmällä. Lämmönsiirtomalliin kytkettiin faasimuutosmalli, jolloinka epätasaisen kelanjäähtymisen vaikutukset faasien muodostumiseen pystyttiin Teräsnauhan paksuuden ja tasomaisuuden hallinta kuumavalssauksesta kylmävalssaukseen sekä sinkitykseen >
RkJQdWJsaXNoZXIy MjU0MzgwNw==