Warmwalzen vs. Kaltwalzen: Unterschiede bei der Herstellung von Edelstahl

Warmwalzen vs. Kaltwalzen

Bei der Herstellung von Edelstahl sind die Verfahren Warmwalzen und Kaltwalzen von grundlegender Bedeutung für die Formgebung und Verbesserung der Materialeigenschaften. Jede Methode bietet unterschiedliche Vorteile und eignet sich für bestimmte Anwendungen. Das Verständnis der Unterschiede zwischen Warmwalzen und Kaltwalzen sowie ihrer Auswirkungen auf die Leistung von Edelstahl ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Verfahrens für Ihre Anforderungen.

Warmwalzen und Kaltwalzen sind beides Verfahren zur Umformung von Stahl oder Stahlplatten. Sie haben einen großen Einfluss auf die Struktur und Leistung von Stahl. Warmwalzen ist das Hauptwalzverfahren für Stahl, während Kaltwalzen nur zur Herstellung von kleinem Stahl und dünnen Platten verwendet wird.

Warmwalzen vs. Kaltwalzen: Was sind die Unterschiede?

Was ist Warmwalzen?

Der Prozess

Beim Warmwalzen wird erhitzter Edelstahl bei hohen Temperaturen, normalerweise über der Rekristallisationstemperatur des Stahls (ca. 1700 °F oder 927 °C), durch große Walzen geführt. Dieser Prozess hilft dabei, den Stahl in Bleche, Platten, Stangen oder andere Formen zu bringen. Da der Stahl bei so hohen Temperaturen gewalzt wird, bleibt er formbar und kann mit weniger Kraft geformt werden.

Eigenschaften und Vorteile

Oberflächenfinish: Warmgewalzter Edelstahl weist im Vergleich zu kaltgewalztem Stahl typischerweise eine rauere Oberflächenstruktur auf. Dies liegt an den Zunderschichten, die sich beim Abkühlen auf der Oberfläche des Stahls bilden.
Größentoleranzen: Warmwalzen ermöglicht größere Maßtoleranzen. Der Stahl kann beim Abkühlen leicht schrumpfen, was zu einer geringeren Maßgenauigkeit im Vergleich zu kaltgewalztem Stahl führt.
Duktilität und Formbarkeit: Warmgewalzter Stahl ist dehnbarer und lässt sich daher leichter in komplexe Formen bringen, ohne dass die Gefahr einer Rissbildung besteht.
Kosteneffektivität: Das Warmwalzverfahren ist kostengünstiger als das Kaltwalzen, da weniger präzise Steuerung erforderlich ist und größere Mengen in kürzerer Zeit produziert werden können.

Nachteile des Warmwalzens

1. Nach dem Warmwalzen werden die nichtmetallischen Einschlüsse (hauptsächlich Sulfide und Oxide sowie Silikate) im Stahl zu dünnen Blechen gepresst, was zu Schichtbildung (Zwischenschichtbildung) führt. Durch die Schichtbildung wird die Zugfestigkeit des Stahls in Dickenrichtung erheblich beeinträchtigt, und beim Schrumpfen der Schweißnaht kann es zu Zwischenschichtrissen kommen. Die durch das Schrumpfen der Schweißnaht verursachte lokale Dehnung erreicht häufig ein Mehrfaches der Streckgrenze, was viel größer ist als die durch die Belastung verursachte Dehnung.

2. Verbleibender Stress verursacht durch ungleichmäßiges Abkühlen. Restspannung ist die innere, selbstausgleichende Spannung ohne äußere Krafteinwirkung. Warmgewalzte Stahlprofile mit verschiedenen Querschnitten weisen diese Art von Restspannung auf. Im Allgemeinen gilt: Je größer der Querschnitt des Stahlprofils, desto größer die Restspannung. Obwohl die Restspannung selbstausgleichend ist, hat sie dennoch einen gewissen Einfluss auf die Leistung von Stahlbauteilen unter äußeren Kräften. Sie kann sich beispielsweise nachteilig auf Verformung, Stabilität, Ermüdungsbeständigkeit usw. auswirken.

Allgemeine Anwendungen

Warmgewalzter Edelstahl wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen genaue Abmessungen nicht entscheidend sind und das Material einer weiteren Verarbeitung oder Bearbeitung unterzogen wird. Typische Anwendungen sind:

Strukturbauteile (z. B. I-Träger, Schienen)
Autoteile
Landwirtschaftliche Geräte
Industrielle Maschinen

Was ist Kaltwalzen?

Der Prozess

Beim Kaltwalzen wird Edelstahl bei Raumtemperatur, also unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur, durch Walzen geführt. Dieser Prozess folgt dem Warmwalzprozess und umfasst zusätzliche Schritte, um eine höhere Maßgenauigkeit und eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen. Das Kaltwalzen erfolgt mit größerer Präzision und erfordert in der Regel mehr Energie und Zeit.

Eigenschaften und Vorteile

Oberflächenfinish: Kaltgewalzter Edelstahl hat im Vergleich zu warmgewalztem Stahl eine viel glattere und glänzendere Oberfläche. Dies macht ihn ideal für Anwendungen, bei denen Ästhetik wichtig ist.
Maßgenauigkeit: Durch Kaltwalzen sind engere Maßtoleranzen möglich, weshalb sich das Verfahren für Anwendungen eignet, bei denen präzise Messungen erforderlich sind.
Stärke und Härte: Der Kaltwalzprozess erhöht durch Kaltverfestigung die Festigkeit und Härte des Stahls. Dadurch ist kaltgewalzter Edelstahl widerstandsfähiger gegen Verformungen unter Belastung.
Oberflächenqualität: Kaltgewalzter Stahl ist zunderfrei und weist eine höhere Oberflächenqualität auf, sodass er sich für Anwendungen eignet, bei denen eine saubere, polierte Oberfläche erforderlich ist.

Nachteile des Kaltwalzens

1. Obwohl während des Umformungsprozesses keine Heißplastizitätskompression stattfindet, sind im Querschnitt immer noch Restspannungen vorhanden, die sich zwangsläufig auf die Gesamt- und lokalen Knickeigenschaften des Stahls auswirken.

2. Der kaltgewalzte Stahlabschnitt ist im Allgemeinen ein offener Abschnitt, wodurch die freie Torsionssteifigkeit des Querschnitts gering ist. Es ist leicht, sich beim Biegen zu verdrehen, und es ist leicht, sich beim Zusammendrücken zu biegen und zu knicken, und die Torsionsfestigkeit ist schlecht.

3. Die Wandstärke von kaltgewalztem Stahl ist gering und an den Ecken, an denen die Platten verbunden sind, ist keine Verdickung vorhanden. Daher ist die Fähigkeit, lokalen konzentrierten Belastungen standzuhalten, gering.

Allgemeine Anwendungen

Kaltgewalzter Edelstahl wird typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Präzision, eine glatte Oberfläche und Festigkeit wichtig sind. Dazu gehören:

Haushaltsgeräte (z. B. Kühlschränke, Waschmaschinen)
Luft- und Raumfahrtkomponenten
Karosserieteile für Kraftfahrzeuge
Ausrüstung für die Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung
Dekorative Architekturelemente

Die Hauptunterschiede zwischen Warmwalzen und Kaltwalzen sind:

Kaltgewalzter Stahl lässt ein lokales Beulen des Querschnitts zu, sodass die Tragfähigkeit der Stange nach dem Beulen vollständig genutzt werden kann; warmgewalzter Stahl lässt dagegen kein lokales Beulen des Querschnitts zu.

Die Ursachen für Eigenspannungen in warmgewalztem und kaltgewalztem Stahl sind unterschiedlich, daher ist auch die Verteilung im Querschnitt sehr unterschiedlich. Die Eigenspannungsverteilung im Querschnitt von kaltgebogenem dünnwandigem Stahl ist vom Biegetyp, während die Eigenspannungsverteilung im Querschnitt von warmgewalztem oder geschweißtem Stahl vom Filmtyp ist.

Die freie Torsionssteifigkeit von warmgewalztem Stahl ist höher als die von kaltgewalztem Stahl, daher ist die Torsionsleistung von warmgewalztem Stahl besser als die von kaltgewalztem Stahl.

Warmwalzen vs. Kaltwalzen: Auswirkungen auf die Leistung von Edelstahl

Warmgewalzter Edelstahl

Warmgewalzter Edelstahl eignet sich ideal für Strukturanwendungen, bei denen Festigkeit und Zähigkeit wichtiger sind als Oberflächengüte und Präzision. Seine Duktilität ermöglicht die Formung großer Strukturbauteile und seine raue Oberfläche lässt sich bei Bedarf leicht bearbeiten oder beschichten.

Kaltgewalzter Edelstahl

Kaltgewalzter Edelstahl hingegen wird für Anwendungen bevorzugt, bei denen ein hohes Maß an Verarbeitung und präzise Abmessungen erforderlich sind. Aufgrund seiner höheren Festigkeit und Härte eignet er sich für lasttragende Anwendungen, während die glatte Oberfläche ideal für dekorative Elemente oder Produkte ist, bei denen das Aussehen entscheidend ist.

Fazit

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Warmwalzen und Kaltwalzen ist wichtig, um die richtige Edelstahlsorte für Ihre Anwendung auszuwählen. Warmwalzen eignet sich am besten für strukturelle und großvolumige Anwendungen, bei denen Kosten und Duktilität eine wichtige Rolle spielen. Kaltwalzen ist mit seiner hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit, Maßgenauigkeit und erhöhten Festigkeit die bevorzugte Wahl für hochwertige Produkte, bei denen Präzision erforderlich ist.

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Warmwalzen vs. Kaltwalzen: Unterschiede bei der Herstellung von Edelstahl