Warmwalzen ist ein industrielles Umformverfahren, das hauptsächlich bei Baustahl und Edelstahl eingesetzt wird. Dabei wird Stahl geschmolzen und anschliessend in transportierbaren Formen wie Brammen, Knüppeln oder Walzblöcken abgekühlt. Diese Halbzeuge werden danach erneut erhitzt und bei hohen Temperaturen plastisch verformt, um bestimmte Profile oder Blechprodukte herzustellen.
Warmwalzprozess Schritt für Schritt
Das Warmwalzen von Stahlprofilen ist ein komplexer, aber genau kontrollierter Prozess. Nachfolgend wird der vollständige Ablauf in einzelne Phasen unterteilt:
1. Vorbereitung des Rohmaterials
Der Prozess beginnt mit Halbzeugen – entweder Walzblöcken, Knüppeln oder Brammen. Brammen werden üblicherweise für Bleche verwendet, während Knüppel und Walzblöcke für Profile, Bänder oder Drähte geeignet sind.
2. Erhitzen auf Rekristallisationstemperatur
Das Material wird auf ungefähr 1100°C erhitzt. Diese Temperatur liegt über dem Rekristallisationspunkt des Stahls und ermöglicht eine Verformung ohne Kaltverfestigung. Durch die hohe Temperatur wird ausserdem die Streckgrenze reduziert, wodurch sich der Stahl leichter formen lässt.
3. Mehrere Walzstiche durch Walzgerüste
Der glühend heisse Stahl wird durch eine Reihe von Walzgerüsten geführt, die jeweils mit speziell geformten Walzen ausgestattet sind. Diese reduzieren schrittweise den Querschnitt des Stahls und formen gleichzeitig das Profil. Anzahl und Geometrie der Walzgerüste hängen von der Komplexität und den Abmessungen des endgültigen Profils ab.
4. Entfernen des Glühzunders
Während des Walzprozesses wird der Glühzunder mit Hochdruckwasser entfernt. Dieser Arbeitsschritt ist entscheidend, um Oberflächenfehler am Endprodukt zu vermeiden.
5. Kontrollierte Abkühlung
Sobald die gewünschte Form erreicht ist, wird das Profil kontrolliert abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeit wird so eingestellt, dass die gewünschte Kristallstruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur für die jeweilige Anwendung erreicht werden.
Typische Profil-Walzwerke
In typischen Warmwalzwerken werden Stahlknüppel durch rotierende Walzen geführt, um ihren Querschnitt zu reduzieren und die gewünschte Profilgeometrie zu erzeugen. Diese Anlagen produzieren üblicherweise grosse Losgrössen und folgen den Prozessschritten Erhitzen, Walzen, Abkühlen sowie anschliessendem Schneiden oder Aufwickeln des Endprodukts.
Aufgrund der hohen Werkzeug- und Rüstkosten verlangen grosse Walzwerke bei Baustahl häufig Mindestmengen von ungefähr 100 Tonnen pro Jahr und Profil. Dadurch eignen sie sich hervorragend für die Massenproduktion, sind jedoch weniger flexibel bei individuellen oder kleinvolumigen Projekten.
Wie unterscheidet sich Montanstahl von traditionellen Walzwerken?
Montanstahl hat ein eigenes Warmwalzverfahren entwickelt, das sich deutlich von konventionellen Systemen auf Knüppelbasis unterscheidet. Anstelle grosser Knüppel verwenden wir Stahlstäbe mit Durchmessern zwischen 20 und 60 mm. Dadurch können kompakte Walzgerüste eingesetzt und die Werkzeugkosten minimiert werden.
Dank dieses flexiblen Systems kann Montanstahl wesentlich kleinere Mindestlosgrössen in verschiedenen Materialgüten anbieten:
- Mindestens 5 Tonnen für Baustahl
- Mindestens 3 Tonnen für Edelstahl
Dieses Verfahren eignet sich ideal für massgeschneiderte und spezialisierte Anwendungen, bei denen enge Toleranzen und komplexe Geometrien gefordert sind. Montanstahl kann gerade Stangen mit Längen bis zu 9 Metern liefern oder die Profile für eine anschliessende Kaltziehbearbeitung in Coils bereitstellen.
Vorteile des Warmwalzens
Das Warmwalzen bietet zahlreiche technische und wirtschaftliche Vorteile, insbesondere bei Baustahl- und Edelstahlprofilen:
- Verbesserte Umformbarkeit des Stahls aufgrund der hohen Temperaturen
- Hohe Produktionsleistung bei grossen Losgrössen
- Möglichkeit zur Herstellung komplexer Profilquerschnitte
- Wirtschaftliche Fertigung grosser Mengen
- Gezielte Einstellung mechanischer Eigenschaften durch kontrollierte Abkühlung
- Hohe Gestaltungsflexibilität bei der Profilformgebung
- Geeignet sowohl für Baustahl als auch für Edelstahl
Mögliche Fehler beim Warmwalzen
Trotz seiner Vorteile kann das Warmwalzen bei unzureichender Prozesskontrolle bestimmte Fehler verursachen. Zu den häufigsten Problemen gehören:
- Raue Oberfläche: Durch die hohen Temperaturen bildet sich Glühzunder auf der Metalloberfläche, was zu einer rauen, schuppigen und ungleichmässigen Oberfläche führen kann.
- Schwankende Abmessungen: Durch das Erhitzen und Abkühlen kann es zu ungleichmässigem Schrumpfen und Ausdehnen kommen, wodurch grössere Massabweichungen und eine geringere Kontrolle der Materialstärke als bei anderen Verfahren entstehen können.
- Verzug und Formänderungen: Ungleichmässige Abkühlung kann das fertige Produkt verziehen und zusätzliche Richtarbeiten erforderlich machen.
- Geringere Torsionssteifigkeit: Warmgewalzte Profile weisen häufig eine geringere freie Torsionssteifigkeit auf und neigen dadurch bei Biegebeanspruchung eher zum Verdrehen.
- Zusätzliche Kosten für die Nachbearbeitung: Die raue Oberfläche kann weitere Bearbeitungsschritte wie Beizen, Schleifen oder Entzundern erforderlich machen.
Durch sorgfältige Prozesskontrolle, präzise Kalibrierung der Anlagen und Materialprüfungen lassen sich die meisten dieser Herausforderungen reduzieren.
Warmwalzen und Kaltwalzen eignen sich je nach mechanischen und masslichen Anforderungen für unterschiedliche Anwendungen. Erfahren Sie mehr über den Unterschied zwischen warmgewalzten und kaltgewalzten Profilen.