Warmwalzen vs. Kaltwalzen: Die Überwindung der 1250℃-Lücke in der Metallverarbeitung

Warmwalzen und Kaltwalzen sind beides Verfahren zur Umformung von Stahlblechen oder -profilen, die die Struktur und die Eigenschaften des Stahls erheblich beeinflussen.

Das wichtigste Verfahren zum Walzen von Stahl ist das Warmwalzen, während das Kaltwalzen im Allgemeinen nur für die Herstellung von kleinformatigem Stahl und dünnen Blechen verwendet wird, die präzise Abmessungen erfordern.

Warmwalzen

Technisch gesehen sind Stahlblöcke oder Knüppel bei Raumtemperatur schwer zu verformen und zu bearbeiten. Zum Walzen müssen sie im Allgemeinen auf 1100 bis 1250 °C erhitzt werden. Dieses Walzverfahren wird als Warmwalzen bezeichnet.

Die Fertigstellungstemperatur beim Warmwalzen liegt in der Regel zwischen 800 und 900 °C. Danach wird das Material in der Regel an der Luft abgekühlt, so dass der Warmwalzzustand dem Normalisieren entspricht.

Die meisten Stahlwerkstoffe werden im Warmwalzverfahren Walzenverfahren. Bei warmgewalztem Stahl bildet sich aufgrund der hohen Temperaturen eine oxidierte Eisenhaut auf der Oberfläche, die eine gewisse Korrosionsbeständigkeit bietet und für die Lagerung im Freien geeignet ist.

Diese oxidierte Eisenhaut raut jedoch auch die Oberfläche des warmgewalzten Stahls auf und verursacht erhebliche Größenschwankungen.

Daher werden für Stahlwerkstoffe, die eine glatte Oberfläche, präzise Abmessungen und gute mechanische Eigenschaften erfordern, warmgewalzte Halbzeuge oder Fertigteile als Rohmaterial für die weitere Kaltwalzproduktion verwendet.

Vorteile:

Das Warmwalzen bietet eine schnelle Formgebung, eine hohe Leistung und beschädigt die Beschichtung nicht. Es kann eine Vielzahl von Querschnittsformen erzeugen, um den Anforderungen unterschiedlicher Einsatzbedingungen gerecht zu werden.

Durch das Kaltwalzen können Stahlwerkstoffe erheblich plastisch verformt werden, wodurch sich die Streckgrenze des Stahls erhöht.

Benachteiligungen:

1. Obwohl der Stahl bei der Umformung nicht heißplastisch verdichtet wird, verbleiben im Querschnitt Eigenspannungen, die sich zwangsläufig auf das allgemeine und lokale Knickverhalten des Stahls auswirken.

2. Kaltgewalzte Stahlprofile haben in der Regel einen offenen Querschnitt, was zu einer geringen freien Torsionssteifigkeit führt. Dies kann zu einer Verdrehung unter Biegung und einem Biegedrillknicken unter Druck führen, was eine schlechte Torsionsfestigkeit zur Folge hat.

3. Die Dicke von kaltgeformten Stahlwänden ist relativ gering, und an den Ecken, an denen die Blechteile zusammengefügt werden, gibt es keine Verdickung, so dass die Fähigkeit, örtlich begrenzten konzentrierten Belastungen standzuhalten, gering ist.

Das Warmwalzen beginnt mit dem Abwickeln, gefolgt von kontinuierliches Schweißenund geht offiziell in das Kaltwalzverfahren über: Nach dem Beizen wird es im Walzwerk gewalzt, wobei hartgewalzte Coils entstehen. Die gereinigten, hartgewalzten Coils kommen dann in die Wärmebehandlungsstufe.

Kaltwalzen

Kaltwalzen ist ein Walzverfahren, bei dem die Form des Stahls durch Druckausübung mit Walzen bei Raumtemperatur verändert wird.

Trotz des Temperaturanstiegs des Stahls während des Prozesses spricht man von Kaltwalzen.

Beim Kaltwalzen werden warmgewalzte Stahlcoils als Rohmaterial verwendet, die nach dem Säurewaschen zur Entfernung des Oxidzunders einer Druckbearbeitung unterzogen werden, wodurch hartgewalzte Coils als Endprodukt entstehen.

Kaltgewalzte Stähle wie verzinkte und farbbeschichtete Bleche werden im Allgemeinen Glühenwas zu einer guten Plastizität und Dehnungsrate führt.

Sie werden häufig in Branchen wie der Automobil-, Haushaltsgeräte- und Eisenwarenindustrie verwendet. Die Oberfläche von kaltgewalzten Blechen hat einen gewissen Grad an Glätte und fühlt sich eher glänzend an, was hauptsächlich auf das Waschen mit Säure zurückzuführen ist.

Warmgewalzte Bleche erreichen im Allgemeinen nicht die erforderliche Oberflächenglätte, so dass warmgewalzte Stahlbänder kaltgewalzt werden müssen.

Außerdem beträgt die Mindestdicke von warmgewalzten Stahlbändern in der Regel 1,0 mm, während beim Kaltwalzen 0,1 mm erreicht werden können. Das Warmwalzen erfolgt oberhalb der Kristallisationstemperatur, während das Kaltwalzen unterhalb der Kristallisationstemperatur stattfindet.

Die durch das Kaltwalzen bedingten Formänderungen des Stahls sind auf eine kontinuierliche Kaltverformung zurückzuführen. Die Kaltverfestigung, die während dieses Prozesses stattfindet, erhöht die Festigkeit und Härte des gewalzten harten Coils, während seine Zähigkeits- und Plastizitätsindizes sinken.

Aus der Sicht der Endanwendung verschlechtert das Kaltwalzen die Stanzleistung, so dass sich das Produkt für Teile eignet, die einfach verformt werden müssen.

Vorteile:

Durch das Kaltwalzen kann das Gussgefüge des Stahlblocks gestört, die Körner des Stahls verfeinert und mikroskopische Gefügefehler beseitigt werden, wodurch das Stahlgefüge kompakt wird und seine mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Diese Verbesserung zeigt sich vor allem in der Walzrichtung, wodurch der Stahl bis zu einem gewissen Grad anisotrop statt isotrop wird. Blasen, Risse und Lockerungen, die beim Gießen entstanden sind, können auch unter hoher Temperatur und hohem Druck geschweißt werden.

Benachteiligungen:

1. Nach dem Warmwalzen, nicht-metallisch Einschlüsse (hauptsächlich Sulfide und Oxide sowie Silikate) im Stahl werden in dünne Schichten gepresst, was zu einem Phänomen führt, das als Delamination bekannt ist.

Delaminationen verschlechtern die Zugeigenschaften des Stahls entlang der Dickenrichtung erheblich und können beim Schrumpfen der Schweißnaht zu interlaminarem Reißen führen. Die durch das Schrumpfen der Schweißnaht hervorgerufene lokale Dehnung erreicht oft ein Mehrfaches der Streckgrenzendehnung und ist damit viel größer als die durch die Last verursachte Dehnung.

2. Eigenspannung durch ungleichmäßige Abkühlung verursacht werden. Eigenspannungen sind Spannungen, die sich bei Abwesenheit äußerer Kräfte im Inneren ausgleichen. Alle Arten von warmgewalzten Stahlprofilen weisen diese Art von Eigenspannung auf, und je größer die Querschnittsgröße des allgemeinen Stahls ist, desto größer ist die Eigenspannung.

Obwohl sich Eigenspannungen selbst ausgleichen, haben sie dennoch einen gewissen Einfluss auf die Leistung von Stahlbauteilen unter äußeren Kräften. Sie können sich beispielsweise nachteilig auf die Verformung, die Stabilität und die Ermüdungsfestigkeit auswirken.

Warmwalzen vs. Kaltwalzen

Der Hauptunterschied zwischen Kaltwalzen und Warmwalzen liegt in der Temperatur während des Walzprozesses; "kalt" bedeutet Raumtemperatur, während "warm" eine hohe Temperatur bedeutet.

Aus metallurgischer Sicht sollte die Abgrenzung zwischen Kaltwalzen und Warmwalzen anhand der Rekristallisationstemperatur erfolgen.

Das heißt, dass ein Walzen unterhalb der Rekristallisationstemperatur als Kaltwalzen und ein Walzen oberhalb dieser Temperatur als Warmwalzen bezeichnet wird. Die Rekristallisationstemperatur für Stahl liegt zwischen 450 und 600 °C.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Warmwalzen und Kaltwalzen sind:

1. Erscheinungsbild und Oberflächenqualität:

Kaltgewalzte Bleche, die aus warmgewalzten Blechen durch Kaltwalzen hergestellt werden, werden häufig verschiedenen Oberflächenbearbeitungsverfahren unterzogen. Dadurch weisen sie eine bessere Oberflächenqualität auf (z. B. geringere Oberflächenrauhigkeit) im Vergleich zu warmgewalzten Blechen.

Wenn in späteren Produktstufen hochwertige Lackierungen oder ähnliche Beschichtungen erforderlich sind, werden daher in der Regel kaltgewalzte Bleche bevorzugt.

Warmgewalzte Bleche können weiter in säuregewaschene und nicht säuregewaschene Bleche unterteilt werden. Säuregewaschene Bleche, die mit Säure gewaschen wurden, weisen eine gleichmäßige metallische Farbe auf, aber ihre Oberflächenqualität ist nicht so hoch wie die von kaltgewalzten Blechen, da sie nicht kaltgewalzt werden.

Nicht säuregewaschene Bleche weisen häufig eine oxidierte Schicht auf, die geschwärzt erscheint oder eine Schicht aus schwarzem Eisen(III)-oxid aufweist. Laienhaft ausgedrückt, sehen sie aus, als wären sie vom Feuer verbrannt worden, und sie sind oft rostig, wenn sie unter schlechten Bedingungen gelagert werden.

2. Mechanische Eigenschaften:

Im Allgemeinen werden bei technischen Anwendungen die mechanischen Eigenschaften von warmgewalzten und kaltgewalzten Blechen als identisch angesehen, obwohl die kaltgewalzten Bleche während des Kaltwalzvorgangs eine gewisse Kaltverfestigung erfahren. (Wenn jedoch strenge Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften gestellt werden, ist eine besondere Betrachtung erforderlich).

Kaltgewalzte Bleche haben in der Regel etwas höhere Streckgrenze und Oberflächenhärte als warmgewalzte Bleche, wobei die genauen Werte vom Grad des Glühens der kaltgewalzten Bleche abhängen. Unabhängig vom Glühverfahren ist die Festigkeit von kaltgewalzten Blechen höher als die von warmgewalzten Blechen.

3. Verformbarkeit:

Da die Eigenschaften von kaltgewalzten und warmgewalzten Blechen weitgehend ähnlich sind, hängt ihre Umformbarkeit in erster Linie von den Unterschieden in der Oberflächenqualität ab.

Da kaltgewalzte Bleche eine bessere Oberflächenqualität aufweisen, liefern sie in der Regel bessere Umformergebnisse als warmgewalzte Bleche desselben Materials.