Warmgewalzter vs. kaltgewalzter Stahl: Was ist der Unterschied?

Das Walzen ist ein kritischer Schritt in der Stahlverarbeitung, bei dem Stahl durch Walzenpaare geführt wird, um seine Dicke zu reduzieren und ihn in Produkte wie Blech, Platte und Träger zu formen.

Es gibt zwei Haupttypen von gewalztem Stahl: warmgewalzt und kaltgewalzt, jeweils mit unterschiedlichen Eigenschaften und betrieblichen Herausforderungen während der Produktion.

Da höherwertige Eisenerze knapper werden und die mechanischen Spezifikationen der Endnutzer strenger werden, ist es essentiell, die Elementzusammensetzung und die Mikrostrukturelle Phasenevolution während des Walzens zu kontrollieren. Diese Kontrollen helfen sicherzustellen, dass nicht nur die Stahlproduktqualität konsistent bleibt, sondern auch den Gesamtertrag, die Energieeffizienz und die Endproduktleistung sichern.

In diesem Blog werden wir die Unterschiede zwischen der Produktion von warmgewalztem und kaltgewalztem Stahl erläutern, einschließlich der Unterschiede in der Festigkeit von warmgewalztem und kaltgewalztem Stahl, der analytischen Techniken, die für einen reibungslosen Ablauf erforderlich sind – darunter Röntgenfluoreszenz (XRF) und Röntgenbeugung (XRD) – sowie die wichtigsten Anwendungen für warmgewalztes und kaltgewalztes Blech.

Was ist warmgewalzter Stahl?

Warmgewalzter Stahl ist jeder Stahl, der bei einer Temperatur oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur – üblicherweise 925 °C oder höher – durch den Walzprozess gegangen ist. Er wird gebildet, indem ein Stahlknüppel erhitzt und durch eine Reihe rotierender Walzen gepresst wird, bis er die erforderlichen Abmessungen erreicht. Anschließend wird er entweder in Rollen aufgewickelt und abgekühlt oder in Einheiten wie Träger geschnitten.

Die üblichen Merkmale von warmgewalztem Stahl sind:

• Eine raue Oberfläche aufgrund der Oxidation bei hohen Temperaturen, die eine „Zunderschicht“ verursacht
• Hohe Zugfestigkeit, geeignet für Strukturanwendungen
• Gute Duktilität, geeignet zum Schweißen

Wofür wird warmgewalzter Stahl verwendet?

Da warmgewalzter Stahl bei sehr hohen Temperaturen gepresst wird, unterliegt er beim Abkühlen einer thermischen Kontraktion, die zu leichten Verwerfungen und Abweichungen in seinen Abmessungen führen kann. Dies bedeutet, dass Hersteller weniger präzise Kontrolle über die Größe und Form des Endstahlprodukts haben.

Warmgewalzter Stahl ist daher geeignet für Anwendungen, bei denen präzise Formen und Stahltoleranzen nicht erforderlich sind, zum Beispiel:

• Strukturkolonnen und -träger im Bauwesen
• Eisenbahnschienen und verwandte Infrastruktur
• Kfz-Anwendungen wie Chassisrahmen (vorausgesetzt, der Stahl wird durch Beizen und Ölen behandelt)
• Industrielle Rohre und Leitungen

Herstellung von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl: 3 zentrale Herausforderungen und ihre Lösungen

Bei der Herstellung von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl stoßen Produzenten auf drei Hauptprobleme:

1. Inkonsistente Stahlchemie

Die Eisenerzgrade nehmen weltweit ab, was zu weniger vorhersagbaren Stahlchemien führt. Für Produzenten bedeutet dies:

• Größere Abhängigkeit von angereicherten Erzen und alternativen Eisenquellen, was eine strengere Kontrolle der vorgelagerte Prozesse erfordert, um eine konsistente Zusammensetzung vor dem Walzen sicherzustellen
• Größere Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Zunderbildung während des Warmwalzens aufgrund unvorhersehbarer Gehalte an oxidierenden Elementen wie Silizium oder Mangan
• Mehr nichtmetallische Einschlüsse im gewalzten Produkt, die das Risiko von inneren Mängeln, Delaminationen und Oberflächenproblemen erhöhen

Zur Bekämpfung dieser Probleme wenden sich Produzenten zunehmend der XRF-Technologie zu, um die chemische Zusammensetzung ihres Stahls vor der Verarbeitung zu überwachen.

Instrumente wie der AxiosFAST Wellenlängendispersiv-XRF (WDXRF) Analysator können bis zu 28 Elemente gleichzeitig in Konzentrationsbereichen von Teilen pro Million bis 100% messen und liefern Ergebnisse in nur wenigen Sekunden.

Mit automatisierter Chargenanalyse und minimaler Probenvorbereitung können selbst Labore in Hochdurchsatzumgebungen wie Stahlwerken rechtzeitig Ergebnisse für datengetriebene Optimierungen liefern.

2. Mikrostrukturelle Probleme

Fehler während der Verarbeitung können zu Inkonsistenzen in der Mikrostruktur des Stahls führen, zum Beispiel:

• Lange Exposition gegenüber hohen Temperaturen ohne ausreichende Verformung kann zu übermäßigem Kornwachstum führen und damit mechanische Festigkeit und Zähigkeit verringern
• Uneinheitliche Temperaturverteilung während des Walzens kann eine Mischung aus groben und feinen Korngrößen erzeugen, was sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls auswirkt
• Unebene Verformung und Abkühlung können Verwerfungen, Verformungen oder Risse verursachen
• In komplexen Stählen oder Legierungen können Walztemperaturen bestimmte Phasen, wie Karbide, ausfällen, was Zähigkeit oder Formbarkeit verringert

XRD-Analysen mit dem Empyrean-System von Malvern Panalytical können Ihnen helfen, diese Arten von mikrostrukturellen Problemen zu erkennen und zu verstehen, zum Beispiel durch:

• Erkennen von anormalem Kornwachstum
• Quantifizierung von Eigenspannungen und Textur, was die Vorhersage des Rissrisikos und der Leistung der Endprodukte erleichtert
• Erkennen unerwünschter Phasen, Bestätigung der Rekristallisation und Überprüfung auf Phasensegregation
• Identifizierung selbst niedriger Volumenanteile von dehnunginduzierter Ausscheidung

Dank des modularen Aufbaus des Empyrean können Pulver-, Dünnschicht-, Massiv- und Texturblechproben direkt analysiert werden, ohne dass umfangreiche Probenvorbereitung erforderlich ist.

3. Prozesseffizienz

Traditionell erforderte die Überwachung von Elementar- und Mineralphasen hochqualifizierte Spezialisten, die an einer dedizierten Lampe entfernt vom Stahlverarbeitungswerk arbeiteten – das ist nicht mehr der Fall.

Jetzt können Instrumente wie das AxiosFAST und Empyrean in Onsite-Laboren mit minimalem Setup oder Schulungsaufwand platziert werden, sodass selbst weniger erfahrenes Personal fortschrittliche Experimente durchführen und verstehen kann, deren Ergebnisse über eine viel kürzere Rückkopplungsschleife auf die Prozesslinie anwenden kann.

Für Echtzeit-Feedback zu Ihrem Stahl-Galvannealing-Prozess können Sie auch unser einzigartiges Online-XRD-Instrument implementieren, das in Zusammenarbeit mit Hyundai Steel entwickelt wurde.

Es ist nicht notwendig, acht Stunden auf ein Ergebnis von einer Offline-Probe zu warten: Mit der Online-Analyse können Sie die kristallographische Phasenzusammensetzung und die Schichtdicken der Beschichtung in Echtzeit überwachen, um Fehler zu reduzieren und Betriebszeiten zu maximieren.

In heutigen schnelllebigen Industrieumgebungen sind Präzision und Geschwindigkeit alles – insbesondere bei der Überprüfung von Stahlgüten. Der SciAps Handheld LIBS (Laserinduzierte Plasmaspektroskopie) Analysator bietet eine revolutionäre Lösung für die sofortige Stahlanalyse. Mit der Fähigkeit, Schlüssellegierungselemente wie Kohlenstoff, Chrom, Nickel und Mangan zu erkennen, ermöglicht er eine genaue Güteidentifikation innerhalb von Sekunden. Egal, ob Sie Schrott sortieren, PMI durchführen oder die Einhaltung von Vorschriften bei der Herstellung sicherstellen, SciAps LIBS liefert Laborqualitätsergebnisse ohne Wartezeit. Seine Portabilität und Benutzerfreundlichkeit machen ihn zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Qualitätssicherungsteams und Metallingenieure, die Arbeitsabläufe straffen und teure Fehler reduzieren möchten.

Was sind die Vorteile von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl?

Es gibt mehrere Vorteile für Hersteller bei der Produktion von warmgewalztem gegenüber kaltgewalztem Stahl:

1. Niedrigere Kosten bei der Produktion und dem Kauf. Preise für warmgewalzten vs. kaltgewalzten Stahl sind ein wichtiger Vergleichspunkt. Da warmgewalzter Stahl weniger Verarbeitungsschritte, geringere Präzisionsanforderungen und weniger Energieverbrauch erfordert, ist er sowohl für Produzenten als auch Hersteller in der Regel günstiger als kaltgewalzter Stahl.
2. Bessere Duktilität und Verarbeitbarkeit. Das Formen des Stahls bei hohen Temperaturen ermöglicht die Rekristallisation während der Verformung, was warmgewalzten Stahl flexibler und einfacher zu bearbeiten macht.
3. Weniger innere Spannungen. Warmgewalzter Stahl kühlt nach dem Walzvorgang allmählich ab, was bedeutet, dass die innere Struktur relativ frei von inneren Spannungen ist. Das macht ihn weniger spröde und bringt Vorteile bei warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl für das Schweißen.

Was sind die Nachteile von warmgewalztem Stahl gegenüber kaltgewalztem Stahl?

Trotz der vielen Vorteile von warmgewalztem gegenüber kaltgewalztem Stahl gibt es einige wichtige Kompromisse, die Hersteller und Ingenieure berücksichtigen müssen:

1. Grobköarnigeres Oberflächenfinish. Aufgrund der Hochtemperatur-Oxidation und Kühlung ist die Oberfläche von warmgewalztem gegenüber kaltgewalztem Stahl oft rau und schuppig, was sie für sichtbare Anwendungen ohne weitere Verarbeitungsschritte ungeeignet macht.
2. Breitere Abmessungstoleranzen. Aufgrund der thermischen Kontraktion und der Verformungsvariabilität während der Abkühlung sind warmgewalzte Produkte in ihren Dimensionen weniger vorhersehbar. Dadurch sind sie ohne weitere Veredelungsschritte weniger geeignet für Präzisionsanwendungen.
3. Niedrigere Korrosionsbeständigkeit. Die Oberflächenrauigkeit von warmgewalztem Stahl macht ihn anfälliger für Rost und Korrosion als sein glatterer kaltgewalzter Gegenpart.
4. Niedrigere Streckgrenze und Zugfestigkeit. Beim Vergleich von Zugfestigkeit und Streckgrenze von warmgewalztem gegenüber kaltgewalztem Stahl schneidet kaltgewalzter Stahl aufgrund der Ermüdungshärte, die auftritt, wenn der Stahl bei oder nahe Raumtemperatur verarbeitet wird, im Allgemeinen besser ab.

Was ist kaltgewalzter Stahl?

Ohne hohe Temperaturen, die den Stahl formbarer machen, ist erheblicher Druck erforderlich, um den Stahl in die gewünschte Form zu pressen. Kaltgewalzter Stahl erfährt im Vergleich zu warmgewalztem Stahl auch eine minimale Schrumpfung. In Kombination bedeutet dies, dass kaltgewalzter Stahl engere Abmessungstoleranzen und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit aufweist.

Die wichtigsten Eigenschaften von kaltgewalztem Stahl sind:

Wofür wird kaltgewalzter Stahl verwendet?

Kaltgewalzter Stahl ist das am häufigsten verwendete Basismaterial für verblauen Stahl, dank seiner glatten Oberfläche, präzisen Dimensionen und guten Formbarkeit. Seine konsistenteren Eigenschaften helfen ihm, der Feuerverzinkung und der Behandlung in einem Glühofen ohne Verschlechterung standzuhalten.

Verblauer Stahl wird häufig eingesetzt:

• In der Automobilindustrie, beispielsweise für die Außenseiten von Fahrzeugen, wo Lackhaftung, Korrosionsbeständigkeit und präzise Formbarkeit entscheidende Eigenschaften sind
• In Haushaltsgeräten und Elektronik, die Korrosionsbeständigkeit und ein ästhetisch ansprechendes Finish erfordern
• In Bauanwendungen, bei denen Schweißbarkeit und die Fähigkeit zur Anwendung haltbarer Beschichtungen wichtig sind

Herstellung von kaltgewalztem Stahl: 3 zentrale Herausforderungen und ihre Lösungen

Die anspruchsvollen Präzisions- und Leistungsanforderungen von kaltgewalzten Stahlprodukten erfordern von den Herstellern eine strikte Kontrolle ihrer Prozesse. Hier sind drei Herausforderungen, denen sie bei diesem Prozess begegnen – und wie analytische Technologien helfen können.

1. Strikte Kontrolle von Phasen und Mikrostruktur

Die endgültigen mechanischen Eigenschaften von kaltgewalztem Stahl – insbesondere Festigkeit, Duktilität und Formbarkeit – hängen stark von der Phasenzusammensetzung, der Korngröße und der kristallographischen Textur des Materials ab. Selbst geringfügige Abweichungen in diesen Aspekten können zu:

• Substandard-Coils führen, die zu Ablehnungen bei der Lieferung führen
• Probleme mit der Formbarkeit verursachen
• Linienstillstände in größeren Produktionsstätten downstream führen

Das Empyrean-System von Malvern Panalytical ermöglicht eine detaillierte Phasenquantifizierung mit präziser Rietveld-Analyse. Sie können auch die kristallographische Textur, Eigenspannungen, Gitterverzerrungen und Rekristallisationsverhalten analysieren.

2. Lackierung und Beschichtungsadhärenz 

Bei verzinkten und verblauerten Produkten können mangelhafte Oberflächenqualität oder suboptimale Phasenzusammensetzung zu schlechter Beschichtungsadhärenz führen, was zu Korrosion, Delamination der Beschichtung und Ablehnung der Sendung durch die Kunden führt.

Mit unserem kompakten Aeris-XRD-System können Sie schnelle Prüfungen der Oberflächenphasenzusammensetzung Ihres beschichteten Stahls durchführen, um die Einheitlichkeit, Konsistenz und Lackierbarkeit Ihrer verzinkten und verblauerten Produkte zu überprüfen.

3. Kontrolle der Phasen- und Schichtdicke in verblauerten Stählen

Schließlich hängen die Eigenschaften von verblauertem Stahl von der präzisen Kontrolle der Eisen-Zink-Intermetallphasenbildung und von der Kontrolle der Dicke und Gleichmäßigkeit der Beschichtung ab. Ohne diese Elemente können Beschichtungen spröde, pudrig oder schuppig werden.

Online-XRD bietet Echtzeitüberwachung der Phasenevolution, nachdem Ihre Stahlprodukte den Galvannealing-Ofen verlassen haben, und ermöglicht umgehende Anpassungen der Ofentemperaturen und Liniengeschwindigkeit, um konsistente Beschichtungsphasen und -dicken innerhalb enger Spezifikationsgrenzen sicherzustellen.

Was sind die Vorteile von kaltgewalztem Stahl?

Wenn Hersteller diese Prozessparameter richtig einstellen, gibt es viele Vorteile der Verwendung von kaltgewalztem Stahl:

1. Bessere Streck- und Zugfestigkeit. Da kaltgewalzter Stahl bei Raumtemperatur verarbeitet wird, ist er kaltverfestigt, was seine kristalline Kornstruktur dichter gepackt und widerstandsfähiger gegen auseinanderziehen macht.
2. Ein verfeinertes Oberflächenfinish. Anders als das kieselige Finish, das bei warmgewalztem Stahl üblich ist, hat kaltgewalzter Stahl eine glattere Oberfläche, was ihn für viele Anwendungen ohne bedeutende zusätzliche Verarbeitungsschritte geeignet macht.
3. Engere Abmessungstoleranzen. Die Dimensionen von kaltgewalztem Stahl sind kontrollierter, was ihn für Präzisionsprodukte geeignet macht.

Was sind die Nachteile von kaltgewalztem Stahl?

Trotz seiner vielen Vorteile für Präzisionsanwendungen weist kaltgewalzter Stahl einige Nachteile für Produzenten und Hersteller auf:

1. Teurer in der Produktion und im Einkauf. Beim Vergleich von Preisen für warmgewalzten gegenüber kaltgewalztem Stahl kann kaltgewalzter Stahl für Hersteller aufgrund der zusätzlichen erforderlichen Verarbeitungsschritte prohibitiv teuer sein.
2. Weniger verarbeitbar als warmgewalzter Stahl. Ein wichtiger Faktor beim Vergleich der Festigkeitseigenschaften von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl ist, dass, obwohl kaltgewalzter Stahl stärker und robuster ist als warmgewalzter, er auch spröder ist und es schwieriger macht, ihn zu schweißen oder maschinell zu schneiden.

Warmgewalzter vs. kaltgewalzter Stahl: Zusammenfassungstabelle

Keine Zeit? Hier ist unsere Zusammenfassung der Produktion und Eigenschaften von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Blech.

Überwinden Sie Prozessherausforderungen in der Produktion von warmgewalztem vs. kaltgewalztem Stahl

Der Druck auf die Stahlhersteller steigt, ihre Prozesse in der Produktion von warmgewalztem und kaltgewalztem Stahl zu optimieren, um hochqualitative Stahlprodukte herzustellen, die enge mechanische Spezifikationen erfüllen.

Die gute Nachricht ist, dass viele der gleichen analytischen Techniken sowohl bei der Produktion von warm- als auch kaltgewalztem Stahl angewendet werden können, wenn Sie Ihre Optionen zur Optimierung untersuchen.

Mit schneller und automatisierter XRD- und XRF-Analyse können Sie sorgfältig Ihre Stahlchemie und Phasenzusammensetzung kontrollieren, um jedes Mal erstklassige Ergebnisse an Ihre Kunden zu liefern.

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