Sowohl Warmwalzen als auch Kaltwalzen sind Verfahren zur Umformung von Stahlplatten oder -profilen und haben einen erheblichen Einfluss auf die Struktur und Eigenschaften des Stahls.
Beim Stahlwalzen kommt hauptsächlich Warmwalzen zum Einsatz, während Kaltwalzen in der Regel nur für die Herstellung von kleinem Stahl und dünnen Blechen sowie anderen Stahlmaterialien verwendet wird, die präzise Abmessungen erfordern.
I. Warmwalzen
Per Definition lassen sich Stahlbarren oder Knüppel bei Raumtemperatur nur schwer verformen und sind nicht leicht zu verarbeiten. Zum Walzen werden sie im Allgemeinen auf 1100–1250 Grad erhitzt; Dieser Walzvorgang wird Warmwalzen genannt.
Die Endtemperatur des Warmwalzens beträgt im Allgemeinen 800-900 Grad, danach wird normalerweise an der Luft abgekühlt. Daher entspricht der warmgewalzte Zustand einer Normalisierungsbehandlung.
Die meisten Stahlwerkstoffe werden im Warmwalzverfahren gewalzt. Im warmgewalzten Zustand gelieferter Stahl weist aufgrund der hohen Temperatur eine Schicht aus Eisenoxidzunder auf seiner Oberfläche auf, die für eine gewisse Korrosionsbeständigkeit sorgt und eine Lagerung im Freien ermöglicht.
Allerdings führt diese Schicht aus Eisenoxidzunder auch dazu, dass die Oberfläche von warmgewalztem Stahl rau wird und die Abmessungen stark schwanken. Daher muss Stahl, der eine glatte Oberfläche, präzise Abmessungen und gute mechanische Eigenschaften erfordert, durch Kaltwalzen unter Verwendung von warm{2}gewalzten Halbzeugen oder Fertigprodukten als Rohmaterial hergestellt werden.
Vorteile:
Schnelle Umformgeschwindigkeit, hohe Leistung und keine Beschädigung der Beschichtung. Es kann in verschiedenen Querschnittsformen hergestellt werden, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden. Kaltwalzen kann zu erheblichen plastischen Verformungen im Stahl führen und dadurch die Streckgrenze des Stahls erhöhen.
Nachteile:
1. Obwohl es während des Umformprozesses zu keiner heißen plastischen Kompression kommt, besteht immer noch eine Restspannung im Querschnitt, die sich unweigerlich auf die gesamten und lokalen Knickeigenschaften des Stahls auswirkt;
2. Kaltgewalzte Stahlprofile sind im Allgemeinen offene Profile, was zu einer geringen freien Torsionssteifigkeit des Querschnitts führt. Sie neigen dazu, sich unter Biegung zu verdrehen, und neigen unter Druck zu Biegeknicken, was zu einer geringen Torsionsfestigkeit führt.
3. Kalt-gewalzter Stahl hat eine geringere Wandstärke und es gibt keine Verdickung an den Ecken, an denen die Platten verbunden sind, was zu einer geringen Widerstandsfähigkeit gegenüber lokalisierten konzentrierten Lasten führt.
II. Kaltwalzen
Unter Kaltwalzen versteht man ein Walzverfahren, bei dem der Druck von Walzen genutzt wird, um Stahl bei Raumtemperatur zu komprimieren und so die Form des Stahls zu verändern. Obwohl es bei der Verarbeitung auch zu einer Erwärmung des Stahlblechs kommt, spricht man dennoch von Kaltwalzen. Genauer gesagt werden beim Kaltwalzen warmgewalzte Stahlspulen als Rohmaterial verwendet. Nach dem Beizen zur Entfernung von Zunder wird es einer Druckbearbeitung unterzogen, wodurch ein fertiges Produkt entsteht, das als kalt-gewalztes Coil bezeichnet wird.
Im Allgemeinen muss kaltgewalzter Stahl wie verzinkte und farb{{1}beschichtete Stahlbleche geglüht werden, damit er eine bessere Plastizität und Dehnung aufweist, und wird häufig in der Automobil-, Haushaltsgeräte- und Eisenwarenindustrie verwendet. Kalt-gewalzte Bleche weisen eine gewisse Oberflächenglätte auf und fühlen sich relativ glatt an, was hauptsächlich auf den Beizprozess zurückzuführen ist. Warm-gewalzte Bleche erreichen im Allgemeinen nicht die erforderliche Oberflächenglätte, daher müssen warm-gewalzte Stahlbänder kalt-gewalzt werden. Außerdem ist das dünnste warmgewalzte Stahlband im Allgemeinen 1,0 mm dick, während beim Kaltwalzen eine Dicke von 0,1 mm erreicht werden kann. Beim Warmwalzen wird oberhalb der Kristallisationstemperatur gewalzt, beim Kaltwalzen unterhalb der Kristallisationstemperatur.
Beim Kaltwalzen verändert sich die Form des Stahls durch kontinuierliche Kaltverformung. Die durch diesen Prozess verursachte Kaltverfestigung erhöht die Festigkeit und Härte des kaltgewalzten Coils und verringert gleichzeitig seine Zähigkeit und Duktilität.
Bei Endanwendungen verschlechtert Kaltwalzen die Stanzleistung, sodass das Produkt für Teile mit einfacher Verformung geeignet ist.
Vorteile:
Es kann die Gussstruktur des Stahlbarrens zerstören, die Korngröße des Stahls verfeinern und Mikrostrukturfehler beseitigen, wodurch die Stahlstruktur dichter wird und ihre mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Diese Verbesserung spiegelt sich hauptsächlich entlang der Walzrichtung wider, so dass der Stahl nicht mehr in gewissem Maße isotrop ist; Blasen, Risse und Porosität, die beim Gießen entstehen, können auch unter hoher Temperatur und hohem Druck zusammengeschweißt werden.
Nachteile:
1. Nach dem Warmwalzen werden die nicht-metallischen Einschlüsse (hauptsächlich Sulfide und Oxide sowie Silikate) im Inneren des Stahls zu dünnen Blechen gepresst, was zu einer Delaminierung führt. Die Delamination verschlechtert die Zugeigenschaften des Stahls in Dickenrichtung erheblich und kann beim Schrumpfen der Schweißnaht zum Reißen der Zwischenschichten führen. Die durch die Schweißnahtschrumpfung verursachte lokale Dehnung erreicht häufig ein Vielfaches der Streckgrenzendehnung, die viel größer ist als die durch die Belastung verursachte Dehnung.
2. Eigenspannung durch ungleichmäßige Abkühlung. Reststress ist ein innerer, selbst-ausgleichender Stress ohne äußere Kraft. Alle warm-gewalzten Stahlprofile mit unterschiedlichen Querschnitten-haben diese Art von Eigenspannung. Im Allgemeinen ist die Restspannung umso größer, je größer der Querschnitt des Stahls ist. Obwohl sich Eigenspannungen selbst-ausgleichen, haben sie dennoch einen gewissen Einfluss auf die Leistung von Stahlkomponenten unter äußeren Kräften. Beispielsweise kann es negative Auswirkungen auf die Verformung, Stabilität und Ermüdungsbeständigkeit haben.
III. Zusammenfassung:
Der Hauptunterschied zwischen Kaltwalzen und Warmwalzen besteht in der Temperatur des Walzprozesses. „Kalt“ bezieht sich auf Raumtemperatur und „heiß“ auf hohe Temperatur.
Aus metallurgischer Sicht sollte die Grenze zwischen Kaltwalzen und Warmwalzen durch die Rekristallisationstemperatur unterschieden werden. Das heißt, Walzen unterhalb der Rekristallisationstemperatur ist Kaltwalzen und Walzen oberhalb der Rekristallisationstemperatur ist Warmwalzen. Die Rekristallisationstemperatur von Stahl beträgt 450–600 Grad.
Die Hauptunterschiede zwischen warm-gewalztem und kalt-gewalztem Stahl sind:
1. Aussehen und Oberflächenbeschaffenheit:
Da kalt{0}gewalzte Bleche aus warm-gewalzten Blechen nach dem Kaltwalzprozess gewonnen werden und das Kaltwalzen auch eine gewisse Oberflächenveredelung erfordert, weisen kalt-gewalzte Bleche eine bessere Oberflächenqualität (z. B. Oberflächenrauheit) auf als warm-gewalzte Bleche. Wenn daher hohe Anforderungen an die Qualität der anschließenden Lackierung und Beschichtung des Produkts gestellt werden, werden in der Regel kaltgewalzte Bleche gewählt. Warmgewalzte Bleche werden weiter in gebeizte und ungebeizte Bleche unterteilt. Gebeizte Bleche haben durch das Beizen eine normale metallische Farbe, aber da sie nicht kalt-gewalzt sind, ist ihre Oberflächenqualität nicht so hoch wie bei kalt{10}gewalzten Blechen. Ungebeizte Bleche weisen auf der Oberfläche meist eine Oxidschicht auf, die matt erscheint oder eine schwarze Eisenoxidschicht aufweist. Einfach ausgedrückt sehen sie aus, als wären sie erhitzt worden, und wenn sie in einer schlechten Umgebung gelagert werden, weisen sie normalerweise etwas Rost auf.
2. Leistung: Im Allgemeinen gelten die mechanischen Eigenschaften von warm-gewalzten und kalt-gewalzten Blechen in technischen Anwendungen als gleich, obwohl kalt-gewalzte Bleche während des Kaltwalzprozesses eine gewisse Kaltverfestigung erfahren (dies schließt jedoch Situationen nicht aus, in denen strenge Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften bestehen, in denen sie unterschiedlich behandelt werden müssen). Kalt-gewalzte Bleche haben normalerweise eine etwas höhere Streckgrenze und Oberflächenhärte als warm-gewalzte Bleche. Die spezifischen Werte hängen vom Glühgrad des kalt-gewalzten Blechs ab. Allerdings ist die Festigkeit von kalt-gewalzten Blechen unabhängig vom Glühverfahren höher als die von warm-gewalzten Blechen.
3. Umformleistung: Da die Leistung von kalt-gewalzten und warm-gewalzten Blechen grundsätzlich ähnlich ist, hängen die Einflussfaktoren auf die Umformleistung von den Unterschieden in der Oberflächenqualität ab. Da die Oberflächenqualität kalt{4}gewalzter Bleche im Allgemeinen besser ist als bei Stahlblechen aus demselben Material, weisen kalt-gewalzte Bleche eine bessere Umformleistung auf als warm-gewalzte Bleche.
