Stahlinstitut VDEh https://vdeh.de/der-werkstoff/stahlherstellung/umformtechnik/ – 30.10.2024

Umformtechnik

Umformtechnik

Walzen

Die Endprodukte der Stahlindustrie sind u.a. warm- und kaltgewalztes Band, Grobblech, Profile, Stabstahl, Walzdraht, Blankstahl, Freiformschmiedestücke sowie gewalzte Scheiben und Ringe. Auf hochtechnisierten Anlagen werden diese durch Umformen aus dem Vormaterial (Brammen, Blöcke bzw. Knüppel) hergestellt.

Warmwalzen

Warmwalzen ist eines der Umformverfahren, das sich dem Urformen (Blockguss, Strangguss) anschließt. Dabei wird das Walzgut auf Temperaturen von etwa 1.250° C erwärmt und im Walzspalt eines Warmwalzwerke durch Druck auf die vorgegebene Dicke reduziert.

Zum Gesamtkomplex eines Warmwalzwerkes gehören:

  • Vormateriallager
  • Wärmöfen
  • Entzunderungsanlage
  • Vor- und Fertigstraße mit einer unterschiedlichen Anzahl von Gerüsten/Gerüstgruppen und Gerüsttypen
  • Kühlvorrichtungen
  • Adjustageeinrichtungen
  • Fertigmateriallager
  • Die einzelnen Bereiche eines Warmwalzwerkes sind durch Rollgänge miteinander verbunden.
  • Mess- und Prüfeinrichtungen
  • Walzenwerkstatt

Warmwalzwerke zur Herstellung von Warmband und Grobblech

Nach dem Gießen des Stahls zu Blöcken oder Brammen schließt sich das Warmwalzen an. Dafür wird das im Vormateriallager erkaltete Walzgut wieder auf Temperaturen von etwa 1.250° Celsius, d.h. über die Rekristallisationstemperatur erwärmt und im Walzspalt eines Warmwalzwerke durch Druck auf die vorgegebene Dicke reduziert. Da das Volumen der Bramme gleich bleibt, kommt es zu Längen- und Breitenänderungen.

Beispiel: Konventionelle Warmbreitbandstraße

Die zwischen 20 und 30 Zentimeter dicken Brammen werden aus dem Lager geholt und in Wärmöfen auf die erforderliche Walztemperatur gebracht. Kurz nach Verlassen des Ofens wird die rotglühende Bramme entzundert, d.h. von der im glühenden Zustand entstandenen Oxidschicht befreit.

Auf einer hochmodernen Gießwalzanlage in Duisburg werden aus flüssigem Stahl zunächst Dünnbrammen erzeugt und anschließend inline zu Warmbändern von bis zu 0,8 mm ausgewalzt. © thyssenkrupp Steel Europe AG

Anschließend wird die Bramme in der „Vorstraße“ in mehreren Durchgängen reversierend, also im Hin- und Hergang, zu einem Vorband mit ca. 25 – 40 Millimeter Dicke gewalzt. Bevor das Band in der „Fertigstraße“ seine endgültigen Abmessungen erhält, werden Bandanfang und Bandende rechtwinklig beschnitten und der neu gebildete Walzzunder entfernt.

Die Fertigstraße besteht in der Regel aus fünf bis sieben hintereinandergestellten Walzgerüsten. Das Band befindet sich beim Walzen in allen Gerüsten gleichzeitig und läuft mit Endwalzgeschwindigkeiten von rund 20 Meter in der Sekunde auf dem Auslaufrollgang. In der sich anschließenden etwa 100 m langen Kühlstrecke werden durch geregelte Wasserkühlung die mechanischen Eigenschaften des Warmbandes eingestellt. Auf einem Haspel wird das Band zu sogenannten Coils mit rund zwei Meter Durchmesser aufgewickelt.

Warmbreitband wird in Breiten von über 600 bis zu 2.300 und mit Dicken von 0,8 bis 12 Millimeter hergestellt. Schmalere Bänder unter 600 Millimeter Bandbreite werden auf kleineren Mittelbandstraßen produziert.

Grobbleche werden in Breiten bis zu 5.000 und Dicken von 3,5 bis 250 Millimeter hergestellt. Es wird ausschließlich auf Quarto-Reversier-Gerüsten gewalzt, das sind Walzgerüste mit vier Walzen, von denen zwei als Arbeitswalzen und zwei als Stützwalzen dienen. Der Gerüsteinlauf ist mit einer Vorrichtung zum Drehen der Bramme um 90 Grad ausgestattet, so dass Grobbleche in Breiten größer als Brammenbreite hergestellt werden können. Durch definierte Temperaturführung während des Grobblechwalzens, sprich durch normalisierendes Walzen, thermomechanisches Walzen und beschleunigte Abkühlung, werden gezielt die mechanisch-technischen Eigenschaften eingestellt. Besonderer Bedeutung kommen im Grobblechwalzwerk der Adjustage mit Richten und Schneiden sowie der Logistik zu.

Kaltwalzwerke zur Herstellung von Kaltband

Beim Kaltwalzen wird warmgewalztes Band bei Raumtemperatur noch dünner gewalzt. Dabei werden gewünschte Verarbeitungseigenschaften eingestellt.

Kaltgewalztes Feinblech wird überwiegend in Dicken von 0,4 bis 3,0 und in Breiten bis zu 2.010 Millimeter hergestellt. Feinstblech ist 0,12 bis 0,49 Millimeter dick und dient überwiegend als Vormaterial für die Verpackungsindustrie.

Kaltwalzen umfasst die Prozessschritte:

Beizen

Die Zunderschicht des Warmbandes wird bei Endlosband in kontinuierlichen Beizlinien oder bei einzelnen Bändern in Schubbeizen entfernt.

Kaltwalzen

Das gebeizte Band wird als Endlosband in einer Tandemstraße oder als Einzelband in einem Reversiergerüst kaltgewalzt. Tandemstraßen bestehen aus 4 – 6 hintereinander gereihten Quartogerüsten, in denen sich das Band gleichzeitig befindet. Beizlinie und Tandemstraßen können mittels Band-Zwischenspeicher gekoppelt betrieben werden.

Für das Kaltwalzen von nichtrostendenden Stählen haben sich 20-Rollengerüsten-Gerüste, sogenannte Sendzimir-Planetenwalzwerke, etabliert. Sie können am Besten die Forderung nach hohen Umformgraden, engen Toleranzen und guter Oberflächenqualität erfüllen.

Glühen

Das beim Kaltwalzen verfestigte Material muss zur Wiederherstellung der Umformeigenschaften für die weitere Verarbeitung „rekristallisierend“ geglüht werden. Das erfolgt in Haubenglühen oder in kontinuierlichen Wärmbehandlungsanlagen. Damit die beim Kaltwalzen eingestellte Oberflächenqualität erhalten bleibt, muss zur Unterdrückung der Oxidation unter Schutzgasatmosphäre bzw. unter Sauerstoffabschluss geglüht werden.
Beim Haubenglühen werden mehrere Coils auf einem Sockel gestapelt und unter einer Hauben im Laufe von 2 – 3 Tagen geglüht.

Kontinuierliche Wärmebehandlungsanlagen ermöglichen flexible Glühzyklen mit höheren Aufheiz- und Abkühlraten, wie sie untere anderem für die Wärmebehandlung hochfester Stahlsorten erforderlich sind.

Dressieren

Mit diesem Prozessschritt wird eine ausgeprägte Streckgrenze beseitigt, die Blechoberfläche geglättet beziehungsweise gezielt aufgerauht und verdichtet.

Adjustage

In diesem letzten Arbeitsschritt wird das Material in Umwickelanlagen auf Oberflächenfehler inspiziert und mit einem Korrosionsschutz versehen. Je nach Anforderung kann ein Längsteilen in schmalere Bänder oder ein Querteilen zu Tafeln durchgeführt werden. Anschließend wird das Material verpackt und zur Auslieferung bereitgestellt. Es kann sich aber auch eine Oberflächenveredelung anschließen.

Walzen von Langprodukten

Als Langprodukte werden Stabstahl, Walzdraht, Betonstahl und Profile wie Schienen, Spundbohlen, I-, H- und U-Profile bezeichnet.

Das Walzen erfolgt in auf die Produktgruppen spezialisierten Walzstraßen als da sind

  • Stabstahlstraßen
  • Drahtstraßen
  • kombinierte Stabstahl-Drahtstraßen
  • Profil- und Schienenwalzwerke
  • weitere Formstahlstraßen
Reduzier- und Maßwalz­block (Detail). (Quelle: GMH)

Als Vormaterial werden stranggegossene Knüppel bzw. endabmessungsnah gegossene Beam-Blanks, das sind Vorformen für Profile und Schienen, eingesetzt. Nach dem Erwärmen auf Walztemperatur wird das Vormaterial endzundert und in kalibierten Walzen mit möglichst wenigen Walzstichen auf den endgültigen Profilquerschnitt gewalzt. Die Walzprofile werden noch im Gerüst vermessen. Nach Abkühlung des Walzgutes schließen sich die Adjustage und weitere Prüfungen ggf. Richtprozesse sowie Verpackung und Versand an.

Schwerpunkte der Entwicklung der letzten Jahre waren:

  • das thermo-mechanische Walzen: Direkt aus der Walzhitze werden gezielt Werkstoffeigenschaften erzeugt.
  • das Free-Size-Rolling von Stabstahl: Es erlaubt das Walzen einer Vielzahl von Fertigabmessungen aus demselben Kaliber, nur durch die Walzenanstellung.
  • Träger- und Profilwalzung aus Beam-Blanks
  • steigender Automatisierungsgrad mit fortschreitender Entwicklung der Mess- und Regeltechnik

Blankstahl

Blankstahl stellt eine Weiterverarbeitungsstufe von warmgewalztem oder auch geschmiedetem Stabstahl und Draht dar. Er ist hauptsächlich für den direkten Einsatz bei den Kunden der Stahlindustrie in Automobil- und Maschinenbau vorgesehen. Daher werden sehr hohe Anforderungen an Maßgenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Fehlerfreiheit gestellt.

Blankstahl wird mittels Schälen oder Ziehen hergestellt. Bei geschältem Blankstahl handelt es sich immer um Rundmaterial, das in der Regel einen Durchmesser größer oder gleich 14 Millimeter besitzt. Durch Ziehen lassen sich unterschiedliche Querschnitte abbilden.

Blankstahl steht für Maßgenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Fehlerfreiheit.

Schälen ist ein spanendes Verfahren. Es unterscheidet sich vom Drehen dadurch, dass das Werkzeug, der Schälkopf um den Stab rotiert, während dieser durch den Schälkopf läuft. Durch die Spanabnahme ist die Oberfläche von geschältem Blankstahl frei von Oberflächenfehlern und dem Randentkohlungssaum.

Ziehen ist eine spanlose Kaltumformung. Das warmgewalzte entzunderte Vormaterial erhält in mehreren Ziehvorgängen sein endgültiges Profil. Gezogener Blankstahl ist in der Regel kaltverfestigt.

Nach dem Schälen bzw. Ziehen werden die Rundstäbe richtpoliert und die Profile gerichtet. Bei rundem Blankstahl schließen sich gegebenenfalls ein zusätzlicher Schleifprozess und die Bearbeitung der Enden mit Planen und Anfasen an.

Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung und Korrosion wird Blankstahl für den Transport zum Kunden speziell verpackt.

Auf Grund der Vielfalt von Stahlsorten, Oberflächenausführungen, Längen, Toleranzen und Anarbeitungen können Blankstahlsortimente nicht selten mehrere Tausend Artikel umfassen.