Opracował Marcin Dąbrowski

Naszym wyjściowym produktem po walcowaniu na zimno jest umocniona stal, nie nadająca się do dalszych procesów przeróbki plastycznej. Nazywana jest ona blachą Full Hard i często jest kupowana przez odbiorców jako produkt do dalszej przeróbki, oczywiście tych którzy posiadają piece wygrzewające lub agregaty do powlekania połączone z częściami wygrzewającymi. Jednakże Walcownia Zimna Blach ArcelorMittal Poland S.A. w Krakowie może przeprowadzić od tego miejsca kilka dodatkowych procesów wykańczających.

Walcarka 4 klatkowa po modernizacji, Walcownia Blach Zimnych AMP Kraków

Obróbka cieplna stali…

Wyżarzanie to proces składający się z zabiegów podgrzewania stali do określonej temperatury i utrzymywania jej w tej temperaturze przed schłodzeniem. W zależności od procesu wyżarzania i wyżarzanego materiału, stosuje się różne temperatury, czasy wytrzymywania w danej temperaturze i różne prędkości chłodzenia, które zapewniają odpowiednie własności. Upraszczając można ująć to w taki sposób: w trakcie procesu walcowania na zimno, atomy stopu metali zbliżają się do siebie (luki między cząsteczkami ulegają zmniejszeniu) a podwyższenie i utrzymanie temperatury pozwala zlikwidować je.

Odpowiednio proces nazywany jest: wyżarzaniem rekrystalizującym i przeprowadzany jest w temperaturach od 500–700°C. W naszym przypadku górna granica temperatury nie powinna przekraczać 721°C ( faza przemiany austenitycznej). Kręg blachy powinien być utrzymany (wygrzewany) w tej temperaturze przez szereg godzin. Oczywiście nagrzewanie a potem ochładzanie powinno się odbywać z określonymi odpowiednimi prędkościami.

Proces ten przeprowadzany jest w piecach wyżarzalni w atmosferze ochronnej azotu (94%) i wodoru (6%), zapobiega ona utlenianiu się stali. Gazy ochronne otrzymywane są na terenie zakładu hutniczego z procesu krakingu amoniaku (NH3).

Walcowania Zimna ArcelorMittal Poland S.A. dysponuje dwoma rodzajami pieców: francuskimi piecami Heurteya i japońskimi Chugai-Ro. Oba typy są podobne i różnią się niuansami w swojej budowie i technologii. Mają pojemność do 5-ciu kręgów układanych jeden na drugim a rozdzielonych przekładkami konwekcyjnymi, Na koniec procesu, kręgi zostają ochłodzone do temperatury 40°C, aby potem mogły zostać poddane kolejnemu etapowi: wygładzaniu.

Wyżarzalnia blach, Walcownia Zimna Blach AMP w Krakowie

Znowu walcowanie na zimno?

Na pierwszy rzut oka, proces wygładzania niczym nie różni się od walcowania po za tym, że jest realizowany na jednoklatkowej „walcarce” (tak jakby ktoś usunął tą klatkę z wcześniejszej walcarki). Jest to jednak tylko ogólne złudzenie; wygładzarka to inny rodzaj narzędzia używanego na walcowni zimnej. Jej zadaniem nie jest redukcja grubości, ale uczynienie jej przydatną do innych procesów przeróbki (np. prasowanie karoserii samochodowych) i nadanie jej odpowiednich własności.

Dlatego też krąg blachy musi zostać rozwiniętym (już po raz 3 od początku procesu!), Następnie podany na wygładzarkę i znów zwinięty. Siła używana w tym procesie nie jest wystarczająca by ponownie umocnić wewnętrzną strukturę, ale jedynie zwiększa umocnienie zewnętrznych warstw powierzchni, co jest jednym z celów wygładzania. Taka powierzchnia „spaja” stal w trakcie następnych procesów. Także podwyższenie jakości samej powierzchni i zapewnienie gładkości produktu wysoce przetworzonego jest celem tego procesu.

Gniot w takcie wygładzanie może sięgać maksymalnie 7% (najczęściej jednak 0,5-3,5%), w przypadku wysoce polerowanych walców roboczych. W procesie walcowania gniot jest najważniejszym parametrem kontroli procesu. W przypadku wygładzania inżynierowie używają pojęcia wydłużenia i współczynnika wydłużenia, jako że gniot jest bardzo niewielki.

Wydłużenie mówi nam ile w trakcie procesu pasmo wygładzanej blachy się wydłużyło (znając zasadę nie zmienności objętości w trakcie przeróbki, wiemy, że wydłużenie w tym przypadku będzie miało wartość dodatnią, zobacz rozdział pierwszy).

Wygładzarka po modernizacji, Walcownia Blach Zimnych AMP Kraków

Specjalne urządzenie zwane ekstensometrem mierzy długość pasma przed i po wygładzaniu.
Składa się ono z zestawu rolek, które poruszane są przez pasmo blachy przechodzącej z rozwijarki do wygładzarki a potem do zwijarki wprawiając je w ruch obrotowy, znając ich średnicę, komputer liczy ilość obrotów i przelicza na długość pasma i podaje wartość wydłużenia.

Lepsze osiągi kluczem do sukcesu…

Plan modernizacji Walcowni Zimnej zakładał także modernizację walcarki, w celu podniesienia wydajności i zapewnieniu jakości produktów, która na tym etapie produkcji jest krytyczna. Jako że wygładzarka jest bardzo podobna technologicznie do walcarki, modernizacja objęła bardzo podobny zakres: system regulacji grubości pasma, szczeliny walcowniczej, wyginania walców, tensometry i dodanie żaluzji ochronnej. Bardzo ważne było także dodanie oliwiarki elektrostatycznej. Wszystko to wydatnie zwiększyło jakość i ilość produkcji, przed modernizacją rozszerzanie gamy produktów one nowe gatunki stali sprawiało niekiedy kłopot, lub też kończyło się niepowodzeniem

Tylko powłoka i gotowe!

Ostatni proces realizowany przez ArcelorMittal Poland S.A. to powlekanie blach cienkich. Ta część procesu nie jest realizowana bezpośrednio po wygładzaniu, może być przeprowadzona zaraz po walcowaniu na zimno z pominięciem wyżarzania. Jednakże dużą część produkcji stanowią blachy typu FH (full hard). Tą cześć procesu przedstawię w następnej, ostatniej już części.

Dokumentacja, materiały i zdjęcia dzięki uprzejmości Pana Piotra Donderowicza (Głównego Technologa Walcowni Zimnej Blach ArcelorMittal Poland S.A., oddział Kraków).

Cold Rolling Mill at ArcelorMittal Poland S.A. - Metallurgy Complex in Krakow. Part III

by Marcin Dąbrowski

Our core product after cold rolling is strengthen and not suitable for further forming. This is called Full Hard Steel. For some of customers this product can be final, but only for those how have heating furnaces or combined coating plants to add annealing process. Cold Rolling Plant at ArcelorMittal Poland S.A. in Krakow, from this point can perform several additional processes.

4 Stand Mill after modernization, Cold Rolling Plant AMP Krakow

Heat Treatment of Steel…

Annealing involves heating the steel to a designated temperature and holding it for a specified period of time before cooling. Different annealing processes use different annealing temperatures, holding times and cooling rates to achieve the final microstructure and properties required. In basic it means that during forming process, atoms of alloy are being pressed as close as possible (small spaces between molecules are disappearing) and rising of temperature helps to get rid of stressed structure.

The adequate process after cold rolling is called: Stress relief annealing and is carried out in the temperature range of 500–700°C. In our case temperature should not trespass temperature of 721 °C (austenitizing phase). Coil ought to be hold and maintain in this temperature for dozens of hours. Of course heating to this temperature and than cooling down should have proper rate. Process is being realized in Batch Annealing Furnaces in mixture atmosphere of nitrous (94%) and hydrogen (6%), to prevent from forming oxide layer on surface of reheated steel. Both gases are produce in cracking process inside Steel Plant from ammonia (NH3).

ArcelorMittal’s rolling plant has two types of furnaces: French made Heurtey’s furnaces and Japanese made Chugai- Ro furnaces. Both types are similar and have only few differences in technology used within, in both up to 5 coils are being store on each other (mixed with special plates) .In the end of the annealing process, coils need to be cool down so after reaching temperature of 40°C become again suitable for next step of production: tempering process.

Annealing Shop with Batch Annealing Furnaces, Cold Rolling Plant AMP Krakow

Cold rolling again?

When we take a glimpse at tempering process we will see nothing but rolling process but this time performed in one stand mill (looks like someone took one stand from our four stand mill!). It is only veneer idea; temper mill is different peace of technology used at Rolling Plant. Temper mill’s job is not to reduce thicknesses but make steel suitable for other processes like car bodyworks forming etc. That is why coil of steel need to be uncoiled (that is 3rd time since start of the process!) next added to temper mill and than upcoiled again after rolling. The force used to realize this process is not large enough to change substructure but can increase strengthen on surface and that is main goal of tempering. Strengthened surface will help to keep steel “together” while other forming and pressing processes will be added. Also improving the quality of the surface is important aim, as we are getting closer to our final, highly adjusted product.
The reduction of strip reaches only maximum 7% (but mostly 0,5 – 3,5 %), when using highly smooth working rolls.
In cold rolling process, strip thickness reduction is one of the most important variable parameters. This time during tempering process engineers use elongation as a main control parameter (as reduction of thickness is quite low). Elongation tells us how much strip of steel changed its length during tempering ( knowing constant material volume equation, elongation is always higher than zero, please check chapter one for hint).

1-stand Temper Mill after modernization, AMP Cold Rolling Plant Krakow

Special unit called Extensometer is checking length of strip before and after tempering. To do this unit is equipped with pair of rolls which are rolling when strip is moving from uncoiler toward temper mill and then to upcoiler. Extensometer “knowing” radius of those two rolls, counts number of rotations and gives length of a strip as output parameter.

Better achievements are key to success…

The master plan for Cold Rolling Mill modernization provided also modernization of temper mill, that helped to reach better quality of produced steel, which at this stage of production is crucial for final quality. As temper mill is similar to rolling mill most of features were the same: automatic control systems of strip thickness, rolls gap, rolls bending and inter-stand tension as well as other systems, assembling an automatic sheet flatness control system and anti-noise steel curtain. Very important part was adding Electrostatic Oil Lubricator. It all helps a lot to improve quality and amount of production.
Before process of modernization adjusting new range of products and new steel alloys compositions to production was much more complicated and sometimes ended without desirable results.

Only coating and we are done!

The last thing which is provided by ArcelorMittal’s Cold Rolling Plant is coating. This part of process take palace not direct after tempering but mostly just after cold rolling even combined with skipping annealing process. The coating process as a last part, will be presented in last section, however great amount of production finishes after getting FH steel (Full Hard).

Materials, photos and documents thanks to courtesy of Mr. Piotr Donderowicz (Main Technological Specialist, ArcelorMittal Poland S.A. Cold Rolling Mill Krakow).