Blachy stalowe gorącowalcowane – wytwarzanie, właściwości i zastosowania w przemyśle

Firma Elektrometal od ponad dwudziestu lat prowadzi w Zabrzu serwis cięcia blach oraz sprzedaż wyrobów hutniczych, dostarczając na terenie całej Polski blachy gorącowalcowane trawione, blachy zimnowalcowane i blachy ocynkowane w postaci taśm i arkuszy. Własny transport oraz oddział w Wałbrzychu pozwalają sprawnie obsługiwać zarówno duże zakłady przemysłowe, jak i mniejszych przetwórców stali, którzy potrzebują materiału dopasowanego do konkretnego procesu produkcyjnego.

Blachy stalowe gorącowalcowane należą do najbardziej uniwersalnych półfabrykatów współczesnego hutnictwa. Łączą korzystną cenę z dobrą spawalnością, szerokim zakresem grubości i wystarczającą nośnością, dlatego pojawiają się w halach magazynowych, kadłubach statków, wieżach wiatrowych, maszynach rolniczych i zbiornikach. Poniższy artykuł porządkuje wiedzę o ich produkcji, składzie, gatunkach handlowych, zastosowaniach oczywistych i mniej znanych oraz o tym, jak przygotować je do dalszej obróbki przez cięcie wzdłużne i cięcie poprzeczne.

Proces wytwarzania blach stalowych gorącowalcowanych

Wytwarzanie blach gorącowalcowanych zaczyna się od ciekłej stali otrzymywanej w konwertorze tlenowym albo w piecu łukowym. Metal odlewa się w sposób ciągły na kęsiska płaskie, tak zwane slaby, o grubości zwykle od dwustu do dwustu pięćdziesięciu milimetrów. Slaby nagrzewa się w piecu do temperatury rzędu tysiąca stu do tysiąca dwustu pięćdziesięciu stopni Celsjusza, czyli wyraźnie powyżej temperatury rekrystalizacji stali. Dzięki temu odkształcenie plastyczne nie utwardza materiału w takim stopniu jak walcowanie na zimno, a ziarno może się odbudowywać między kolejnymi przepustami.

Przed wejściem do klatek walcowniczych z powierzchni usuwa się zgorzelinę strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem. Następnie materiał przechodzi przez walcarkę wstępną i zespół klatek wykańczających walcowni taśm gorących. Grubość spada skokowo, szerokość ustala się na poziomie typowym dla kręgów, a prędkość taśmy w ostatnich klatkach sięga kilkunastu metrów na sekundę. Za ostatnią klatką leży stół chłodzący, na którym steruje się szybkością opadania temperatury. Od tej kontroli zależy, czy blacha będzie bardziej miękka i podatna na gięcie, czy też uzyska wyższą granicę plastyczności charakterystyczną dla gatunków mikrostopowych walcowanych termomechanicznie.

Po schłodzeniu taśmę zwija się w krąg albo, w walcowni blach grubych, tnie na arkusze i płyty. Na powierzchni zawsze powstaje ciemna zendra walcownicza, czyli warstwa tlenków żelaza. Jeżeli odbiorca wymaga czystszego lica pod malowanie, spawanie lub dalsze cięcie blach, kręgi kieruje się do linii trawienia, najczęściej w kwasie solnym, a następnie olejowania. Tak powstają blachy gorącowalcowane trawione, które łączą ekonomię procesu gorącego z powierzchnią nadającą się do precyzyjnej obróbki. Osobną ścieżkę stanowią blachy grube z walcarek nawrotnych, do stoczni, mostów i zbiorników, gdzie grubość mierzona jest już w dziesiątkach milimetrów.

Skład chemiczny, właściwości mechaniczne i wygląd powierzchni

Typowa blacha gorącowalcowana konstrukcyjna to stal niskowęglowa lub niskostopowa. Zawartość węgla rzadko przekracza dwie dziesiąte procenta, mangan poprawia wytrzymałość, a fosfor i siarka są ograniczane, ponieważ pogarszają udarność i jakość spoiny. W gatunkach o podwyższonej wytrzymałości dodaje się mikroilości niobu, wanadu lub tytanu, które przy kontrolowanym chłodzeniu rozdrobniają ziarno i podnoszą granicę plastyczności bez gwałtownego spadku plastyczności. Dla odbiorcy praktycznego najważniejsze pozostają trzy liczby: granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, uzupełnione wymaganą energią łamania w próbie udarności.

Powierzchnia w stanie surowym po walcowni jest ciemnoszara, matowa, pokryta zendrą. Warstwa tlenków przez pewien czas ogranicza dostęp wilgoci, ale nie zastępuje powłoki antykorozyjnej i przy gięciu lub spawaniu bywa uciążliwa. Po trawieniu lico staje się jednolicie metaliczne, szaromatowe, bez łuski, choć bardziej podatne na rdzewienie, dlatego blachy trawione olejuję się na linii. W porównaniu z blachami zimnowalcowanymi gorącowalcowane mają luźniejsze tolerancje grubości i płaskości oraz wyraźniejszą fakturę. W zamian oferują niższy koszt, większe grubości i bardzo dobrą spawalność w gatunkach typu S235 i S355, bez konieczności podgrzewania wstępnego przy typowych spoinach konstrukcyjnych.

Zachowanie materiału w obróbce zależy od temperatury zwijania i składu. Miękkie gatunki tłoczne łatwo przyjmują przetłoczenia i gięcia o umiarkowanym promieniu. Gatunki konstrukcyjne dobrze znoszą cięcie termiczne, śrutowanie i malowanie zestawami epoksydowo-poliuretanowymi. Należy pamiętać o anizotropii pozostałej po walcowaniu oraz o naprężeniach własnych, które przy cięciu wzdłużnym wąskich taśm mogą powodować skręcanie. Dlatego tak istotne jest, by krąg pochodził z kontrolowanego procesu, a serwis cięcia potrafił dobrać naciąg, szerokość i sposób pakowania do dalszej technologii klienta.

Przykładowe gatunki i nazwy handlowe blach gorącowalcowanych

W obrocie europejskim królują normy EN. Konstrukcyjne blachy gorącowalcowane opisuje PN-EN 10025, a najczęstsze pozycje magazynowe to S235JR, S275JR oraz S355JR i S355J2. Litera S oznacza stal konstrukcyjną, liczba to minimalna granica plastyczności w megapaskalach dla najcieńszego zakresu grubości, a JR albo J2 informuje o temperaturze badania udarności. JR wymaga dwudziestu siedmiu dżuli w temperaturze pokojowej, J2 tej samej energii w minus dwudziestu stopniach, co ma znaczenie przy konstrukcjach zewnętrznych i elementach narażonych na kruche pękanie.

Do kształtowania na zimno stosuje się gatunki z PN-EN 10111, przede wszystkim DD11, DD12, DD13 i DD14. Są to stale o obniżonej zawartości węgla i zanieczyszczeń, przeznaczone do gięcia, profilowania i umiarkowanego tłoczenia. W budowie kotłów i zbiorników pojawiają się gatunki ciśnieniowe, na przykład P265GH, a w stoczniach oznaczenia towarzystw klasyfikacyjnych, takie jak AH36 czy DH36. W dokumentacji starszych obiektów wciąż bywa cytowana niemiecka St37 albo St52, odpowiadająca w przybliżeniu dzisiejszym S235 i S355. Na rynkach eksportowych funkcjonuje amerykańska A36.

Handlowo mówi się też o blachach czarnych, czyli pozostawionych w zendrze, oraz o materiale trawionym i olejowanym. W żargonie importowym spotyka się skróty HR, HRP i HRPO, oznaczające odpowiednio stan surowy, trawiony oraz trawiony i olejowany. Dla przetwórcy ważniejsze od skrótu jest świadectwo odbioru, zwykle 3.1 według EN 10204, z chemią wytopu i wynikami prób mechanicznych. Dobór gatunku powinien uwzględniać nie tylko nośność, lecz także temperaturę pracy, metodę spawania, wymagania udarności i to, czy blacha trafi później do malarni, linii profilującej, czy na gilotynę.

Główne zastosowania blach gorącowalcowanych w przemyśle

Największym odbiorcą pozostaje budownictwo. Z blach gorącowalcowanych powstają pasy blachownic, żebra usztywniające, blachy węzłowe, pokrycia dachów hal, ściany silosów i elementy konstrukcji ramowych. Gatunki S235JR i S355JR spawa się w wytwórniach konstrukcji stalowych w całym kraju, a następnie montuje na placu budowy hal logistycznych, obiektów przemysłowych i wiat. W mostownictwie blachy grube wchodzą w dźwigary skrzynkowe, pomosty i detale zakotwień. W energetyce ten sam materiał tworzy płaszcze kotłów pomocniczych, kanały spalin i konstrukcje wsporcze instalacji.

Stocznie zużywają ogromne ilości blach grubych na poszycie kadłuba, grodzie i pokłady. W transporcie lądowym blachy gorącowalcowane trafiają do ram naczep, nadwozi wywrotek, cystern i wagonów. Przemysł maszynowy wykorzystuje je na korpusy pras, ramiona koparek, lemiesze i skrzynie ładunkowe. Coraz wyraźniejszym segmentem są wieże turbin wiatrowych: z kręgów lub arkuszy S355 spawa się sekcje rurowe o dużej średnicy, które po spawaniu wzdłużnym i obróbce cieplnej składają się w maszty o wysokości przekraczającej sto metrów. Rury ze szwem, profile zamknięte i kształtowniki gięte na zimno również wychodzą z taśmy gorącowalcowanej.

W rolnictwie i gospodarce komunalnej materiał ten buduje przyczepy, pługi, zbiorniki na gnojowicę, śmietniki wielkogabarytowe i konstrukcje sortowni odpadów. Producenci urządzeń dźwigowych i magazynowych formują z niego maszty, koryta przenośników i stopy regałów wysokiego składowania. Tam, gdzie liczy się cena tony i łatwość spawania, a nie lustrzana powierzchnia, blacha gorącowalcowana wypiera droższe zamienniki. Po śrutowaniu i malowaniu spełnia wymagania korozyjne większości konstrukcji pracujących w atmosferze przemysłowej, a w wersji trawionej nadaje się od razu do precyzyjnego cięcia blach i gięcia na prasach krawędziowych.

Mniej znane zastosowania przemysłowe i nietypowe użycia poza przemysłem

Poza oczywistymi halami i naczepami blachy gorącowalcowane pracują w miejscach, o których rzadko się mówi. W górnictwie i kruszywach ze stali trudnościeralnych, wywodzących się z procesu gorącego, wykonuje się wykładziny zsypów, łyżki i blachy pancerne. W przemyśle spożywczym i paszowym czarne blachy, po odpowiednim zabezpieczeniu, tworzą silosy zbożowe i konstrukcje suszarni. Offshore i hydrotechnika korzystają z grubych płyt na pale, grodzice wspomagające i elementy platform. W kolejnictwie ten sam półwyrób pojawia się w ostojach wagonów i w konstrukcjach sieci trakcyjnej.

Zaskakująco dużo materiału pochłania produkcja kontenerów ISO. Klasyczny kontener morski spawa się z blach o podwyższonej odporności atmosferycznej, walcowanych na gorąco, które na powierzchni tworzą zwartą patynę. Podobną logiką rządzą się nadwozia kłonicowe i kasety do złomu. W technice scenicznej i eventach z cienkich arkuszy gorącowalcowanych powstają kratownice scen, podesty i obudowy nagłośnienia, bo stal jest tania, spawalna i dobrze znosi wielokrotny montaż. Warsztaty prototypowe cenią blachę czarną za to, że da się ją ciąć plazmą, giąć i spawać bez skomplikowanego przygotowania powierzchni.

Poza przemysłem materiał trafił do architektury wnętrz i sztuki. Loftowe meble, blaty, okładziny ścian i bramy wjazdowe w estetyce industrialnej często bazują na blachach gorącowalcowanych pozostawionych z lekkim nalotem tlenków albo pokrytych transparentnym lakierem. Rzeźbiarze wykorzystują wielkoformatowe płyty do form przestrzennych, a projektanci ogrodów do donic, palenisk i osłon śmietnikowych. W majsterkowaniu amatorskim blacha czarna służy do stołów spawalniczych, klatek na narzędzia i prostych konstrukcji wiat. Nietypowość tych użyć nie zmienia faktu, że wciąż jest to ten sam półwyrób hutniczy, który wcześniej opuścił walcownię taśm gorących.

Znane konstrukcje i obiekty wykonane z blach gorącowalcowanych

Historia wielkich obiektów stalowych jest w dużej mierze historią blach walcowanych na gorąco. Poszycie transatlantyków, od wczesnych parowców po współczesne jednostki wycieczkowe, spawano lub nitowano z płyt gorącowalcowanych. Słynny kadłub Titanica powstał właśnie z takich arkuszy; późniejsze badania metalograficzne pokazały, jak jakość wytopu i zawartość zanieczyszczeń wpływały na kruche pękanie w lodowatej wodzie. Pancerniki i lotniskowce pochłaniały jeszcze grubsze płyty, a stocznie cywilne do dziś zamawiają gatunki stoczniowe o gwarantowanej udarności.

W mostownictwie blachy gorącowalcowane tworzą dźwigary skrzynkowe największych przepraw. Francuski wiadukt Millau, polski Most Rędziński we Wrocławiu czy wielkie mosty wantowe Azji opierają nośność na spawanych elementach z blach o podwyższonej wytrzymałości. Wieże i maszty, od konstrukcji telekomunikacyjnych po wspomniane już turbiny wiatrowe, to kolejne przykłady, w których taśma lub płyta S355 staje się rurą o dużej średnicy. Stadiony, w tym obiekty z zadaszeniem typu membrane-steel, kryją w sobie tysiące ton blachownic, żeber i blach węzłowych przygotowanych w wytwórniach konstrukcji.

Polski krajobraz przemysłowy również jest z tego materiału. Hale przy autostradach, estakady, konstrukcje hut i elektrowni, a także historyczne szkielety wielkich budynków Warszawy i Śląska bazowały na stali walcowanej na gorąco. Kontenerowce i masowce schodzące niegdyś ze stoczni na Wybrzeżu, zbiorniki baz paliw oraz rurociągi ze spawanych rur o dużych średnicach dopełniają listę. Nawet obiekty, które z zewnątrz wyglądają na betonowe, często skrywają stalowy rdzeń z blach i kształtowników. Ilekroć konstrukcja ma przenieść duże siły przy rozsądnym ciężarze własnym, inżynierowie wracają do blach stalowych gorącowalcowanych.

Cięcie blach gorącowalcowanych trawionych oraz pozostała oferta hutnicza

Sam krąg z walcowni rzadko trafia wprost na spawarkę czy prasę klienta. Potrzebne są określone szerokości taśm albo arkusze o zadanym formacie, krawędzi i masie paczki. Elektrometal od ponad dwudziestu lat prowadzi serwis cięcia blach, w którym cięcie wzdłużne zamienia kręgi w taśmy o szerokości dopasowanej do profilarek i tłoczni, a cięcie poprzeczne daje arkusze gotowe do gięcia, wykrawania i spawania. W zakresie blach gorących zakład skupia się na materiale trawionym, bo czysta powierzchnia lepiej znosi dalszą obróbkę i malowanie. Równolegle tnie się blachy zimnowalcowane oraz blachy ocynkowane, co pozwala jednemu odbiorcy zebrać w jednej dostawie kilka asortymentów.

Oprócz usługi cięcia firma utrzymuje ofertę wyrobów hutniczych. Blachy i pręty kierowane są zarówno do dużych zakładów, jak i do małych warsztatów. Płaskowniki i kształtowniki trafiają głównie do odbiorców średnich i mniejszych, którzy nie zamawiają pełnych wiązek z huty. Rury okrągłe mają dziś mniejsze znaczenie w portfelu, natomiast profile zamknięte wciąż uzupełniają dostawy dla konstruktorów ram, ogrodzeń i lekkich hal. Zamówienia realizowane są własnym transportem na terenie całej Polski, co skraca czas od cięcia do rozładunku przy hali klienta.

Dobór kręgu, gatunku i sposobu cięcia warto skonsultować przed uruchomieniem serii, zwłaszcza gdy taśmy mają iść na automatyczną linię albo gdy arkusze muszą zachować płaskość pod wycinarkę. Wieloletnia praktyka serwisu w Zabrzu i kontakt z oddziałem w Wałbrzychu ułatwiają takie uzgodnienia. Jeżeli potrzebują Państwo blach gorącowalcowanych trawionych pociętych na taśmy lub arkusze, a także prętów, płaskowników i profili, zapraszamy do siedziby w Zabrzu, do oddziału w Wałbrzychu oraz do kontaktu przez stronę www.ElektroMetal.pl.