Gängige Rollenmaterialien

2025-07-03

Zu den üblicherweise für Warmwalzwerke verwendeten Werkstoffen gehören 55Mn2, 55Cr, 60CrMnMo, 60SiMnMo usw. Warmwalzwerke werden bei der Verarbeitung von Knüppeln, dicken Blechen, Profilstahl usw. eingesetzt. Sie sind hohen Walzkräften, starkem Verschleiß und thermischer Ermüdung ausgesetzt. Da Warmwalzwerke bei hohen Temperaturen arbeiten und Durchmesserverschleiß innerhalb einer Werkstückeinheit zulassen, ist keine Oberflächenhärte erforderlich. Lediglich hohe Festigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit sind erforderlich.Warmgewalzte Walzenwerden nur einer allgemeinen Normalisierung oder Abschreckung unterzogen und die erforderliche Oberflächenhärte beträgt HB190 bis 270. Relevante Definitionen.

Walzen sind Werkzeuge zur plastischen Verformung von Metallen (Walzgut) und wichtige Verbrauchskomponenten, die die Effizienz von Walzwerken und die Qualität des Walzguts bestimmen. Walzen sind wichtige Komponenten von Walzwerken in Stahlwalzwerken. Sie nutzen den Druck, der beim Walzen von Stahl durch ein Walzpaar oder eine Walzgruppe entsteht. Sie tragen hauptsächlich die dynamischen und statischen Belastungen, den Verschleiß und den Einfluss von Temperaturschwankungen während des Walzens.

Klassifizierung von Rollen

Es gibt vieleArten von RollenDie üblicherweise verwendeten Walzenarten umfassen drei Hauptkategorien: Walzen aus Stahlguss, Walzen aus Gusseisen und geschmiedete Walzen. Im Profilwalzwerk gibt es noch einige Walzen aus Hartlegierungen.

Formgebungsverfahren: Gießwalzen werden durch direktes Gießen von geschmolzenem Stahl aus einer Schmelze oder geschmolzenem Eisen in eine Form hergestellt. Gießwalzen lassen sich anhand ihres Materials in zwei Typen unterteilen: Walzen aus Stahlguss und Walzen aus Gusseisen. Je nach Herstellungsverfahren werden sie weiter in zwei Typen unterteilt: Walzen aus Integralguss und Walzen aus Verbundguss. Geschmiedete Walzen werden nach ihrem Material wie folgt klassifiziert: (1) Geschmiedete Walzen aus legiertem Stahl; (2) Geschmiedete Walzen aus Halbstahl; (3) Geschmiedete Walzen aus Halbschnellstahl; (4) Geschmiedete Walzen aus Weißguss.

Prozessmethoden: Integralwalzen, metallurgische Verbundwalzen und kombinierte Walzen

Integralwalzen unterscheiden sich von Verbundwalzen. Die Außenschicht des Walzenkörpers, der Kern und der Walzenzapfen einer Integralwalze bestehen aus einem einzigen Werkstoff durch Gießen oder Schmieden. Die unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften der Außenschicht des Walzenkörpers und des Walzenzapfens werden durch Gieß- oder Schmiedeprozesse sowie Wärmebehandlungsprozesse gesteuert und angepasst. Sowohl Schmiedewalzen als auch statisch gegossene Walzen zählen zu den Integralwalzen. Integralwalzen werden in zwei Typen unterteilt: Integralgusswalzen und Integralschmiedewalzen.

Es gibt hauptsächlich drei Arten von metallurgischen Verbundgusswalzen: Halbspül-Verbundguss, Überlauf-Verbundguss (Vollspülverfahren) und Schleuderverbundguss. Darüber hinaus gibt es Verbundwalzen, die mit speziellen Verbundverfahren hergestellt werden, wie z. B. dem Stranggussverfahren für die Plattierung (CPC), der Sprühabscheidung, dem Heißisostatischen Pressen (HIP – Heißisostatisches Pressen) und dem Elektroschlackeschweißen. Bei den kombinierten Walzen handelt es sich hauptsächlich um montierte kombinierte Walzen.

3. Nach Herstellungsmaterial: Walzen aus Stahlguss, Walzen aus Gusseisen und Walzen aus Schmiedeeisen;

4. Gängige Arten der Wärmebehandlung von Walzen: Spannungsarmglühen, isothermes Kugelglühen, Diffusionsglühen, Normalglühen, Anlassen, Abschrecken und kryogene Behandlung.

Walzenkörperform: Es gibt verschiedene Klassifizierungsmethoden für Walzen. Je nach Form des Walzenkörpers kann man zwischen zylindrischen und nicht-zylindrischen Typen unterscheiden. Erstere werden hauptsächlich zur Herstellung von Platten, Bändern, Profilen und Drähten verwendet, letztere hauptsächlich zur Herstellung von Rohren.

Walzen werden je nach ihrem Kontakt mit dem Walzgut in Arbeits- und Stützwalzen eingeteilt. Walzen, die direkt mit dem Walzgut in Kontakt kommen, heißen Arbeitswalzen. Eine Walze, die hinter oder neben einer Arbeitswalze platziert wird, um deren Steifigkeit und Festigkeit zu erhöhen, ohne das Walzgut direkt zu berühren, heißt Stützwalze.

Je nach verwendetem Gerüst werden Primärwalzen, Vorwalzen, Zwischenwalzen und Feinwalzen unterschieden. Je nach Walzgutart kann man sie in Platten- und Bandwalzen, Schienen- und Trägerwalzen, Walzdrahtwalzen, Rohrwalzen usw. unterteilen. Je nach Zustand des Walzguts während des Walzens kann man Walzen auch in Warm- und Kaltwalzwalzen unterteilen.

⑴ Weiche Walzen nach Härtewert: Die Shore-Härte beträgt etwa 30 bis 40 und sie werden in Knüppelöffnungsmaschinen, Vorwalzwerken von Walzwerken für Stahl mit großem Querschnitt usw. verwendet. 

⑵ Halbharte Walzen: Mit einer Shore-Härte von ca. 40 bis 60 werden sie in Vorwalzwerken für Groß-, Mittel- und Kleinprofilstahlwalzwerke sowie in Blechwalzwerken eingesetzt. 

⑶ Gepanzerte Walzen: Mit einer Shore-Härte von ca. 60 bis 85 werden sie als Vor- und Stützwalzen für Quarto-Walzwerke in Dünnblech-, Mittelblech-, Mittelprofilstahl- und Kleinprofilstahl-Walzwerken eingesetzt. ⑷ Extraharte Walzen: Mit einer Shore-Härte von ca. 85 bis 100 werden sie in Kaltwalzwerken eingesetzt.

Walzwerktyp: Je nach Walzwerktyp können Walzen in die folgenden drei Kategorien eingeteilt werden: 

(1) Flachwalzen: Das sind die Walzen von Blech- und Bandwalzwerken, deren Walzenkörper zylindrisch sind. Die Walzen von Warmwalzwerken für Stahlbleche sind in der Regel leicht konkav geformt. Durch Erhitzen und Ausdehnen lässt sich eine bessere Blechform erzielen. Die Walzen von Kaltwalzwerken für Stahlbleche sind leicht konvex geformt. Während des Walzvorgangs werden die Walzen gebogen, um eine gute Blechform zu erzielen. 

⑵ Rillenwalzen: Sie werden zum Walzen von Stahlprofilen unterschiedlicher Größe, Mittel- und Kleinstmaße, Walzdrähten und zum anfänglichen Öffnen von Walzblöcken verwendet. In die Walzenoberfläche werden Walzrillen eingraviert, um dem Walzgut seine Form zu geben. ⑶ Spezialwalzen: Sie werden in Spezialwalzwerken wie Stahlrohrwalzwerken, Radwalzwerken, Stahlkugelwalzwerken und Lochwalzmaschinen eingesetzt. Die Walzen dieser Walzwerktypen sind in verschiedenen Formen erhältlich. Beispielsweise können die beim Walzen von Stahlrohren nach dem Prinzip des Schrägwalzens gewalzten Walzen konisch, trommelförmig oder scheibenförmig sein.

Funktionsprinzip

Beständig gegen thermische Rissbildung

Generell sind Festigkeit und thermische Rissbeständigkeit die Hauptanforderungen an Grobwalzen. Die Arbeitswalzen eines kleinen 20-Walzen-Walzwerks wiegen nur etwa 100 Gramm, während die Stützwalzen eines Breit- und Dickblechwalzwerks über 200 Tonnen wiegen. Bei der Walzenauswahl ist zunächst das Hauptmaterial für eine sichere Tragfähigkeit (verschiedene Güten von Gusseisen, Stahlguss oder Schmiedestahl usw.) anhand der grundlegenden Festigkeitsanforderungen des Walzwerks für die Walzen zu bestimmen.

Härte

Die Präzisionswalzwalzen haben eine relativ hohe Geschwindigkeit, und die fertigen Walzprodukte müssen eine bestimmte Oberflächenqualität aufweisen. Die Hauptanforderungen an sie sind Härte, Verschleißfestigkeit usw. Berücksichtigen Sie dann die Verschleißfestigkeit, die die Walzen im Einsatz aufweisen sollten.

Schlagfest

Darüber hinaus gelten für die Walzen einige besondere Anforderungen. Bei großen Reduktionen müssen die Walzen beispielsweise über eine hohe Bissfestigkeit und eine gute Schlagfestigkeit verfügen.

Glätte

Beim Walzen dünnwandiger Produkte werden strenge Anforderungen an die Steifigkeit der Walzen, die Gleichmäßigkeit ihrer Mikrostruktur und Eigenschaften, die Verarbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenbeschaffenheit gestellt.

Schnittleistung

Beim Walzen von Stahlprofilen mit komplexem Querschnitt müssen auch die Schneidverarbeitungsleistung der Arbeitsschicht des Walzenkörpers und andere Faktoren berücksichtigt werden.

Bei der Auswahl von Walzen stehen einige Leistungsanforderungen oft im Widerspruch zueinander. Auch die Anschaffungs- und Wartungskosten von Walzen sind sehr hoch. Daher sollten die technischen und wirtschaftlichen Vor- und Nachteile sorgfältig abgewogen werden, um zu entscheiden, ob Guss- oder Schmiedeteile, legierte oder unlegierte Walzen, Einzelwerkstoffe oder Verbundwerkstoffe verwendet werden sollen.

Arbeitsbedingungen

Im Einsatz ist es zudem verschiedenen periodischen Belastungen ausgesetzt, die von drei Faktoren bestimmt werden: 1. Das Walzwerk, das Walzmaterial und die Walzbedingungen sowie die sinnvolle Auswahl der Walzen; 2. Walzenmaterialien und deren Fertigungsqualität; 3. Das System für den Einsatz und die Wartung der Walzen.

Brötchensorten

Gusseisenrollen

Allgemeine Klassifizierung nach Herstellungsverfahren: Walzen mit einer weißen Gusseisenstruktur (Matrix + Karbide) in der Arbeitsschicht aufgrund der schnellen Abkühlung der Metallform heißen Hartgusswalzen. Walzen mit einer narbigen Struktur (Matrix + Karbid + Graphit), die mit dem oben genannten Verfahren, aber durch eine entsprechende Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents der Eisenschmelze erhalten werden, heißen unendlich gekühlte Gusseisenwalzen. Walzen mit einer groben Narbenstruktur, die durch Verwendung sandausgekleideter Metallformen und weitere Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents erhalten werden kann, heißen halbgekühlte Gusseisenwalzen. Von allen oben genannten Sorten werden jene mit sphärischem Graphit in ihrer Mikrostruktur als Sphärogusswalzen bezeichnet. Walzen im Verbundguss erhalten den Zusatz "compound".

Gussstahlwalzen

Generell werden übereutektoide Stahlwalzen mit extrem hohem Kohlenstoffgehalt (1,4 bis 2,4 %) als Halbstahlwalzen bezeichnet. Hochkohlenstoffhaltige Halbstahlwalzen haben mittlerweile Einzug in die Gusseisenindustrie gehalten. Eine weitere Art von hochkohlenstoffhaltigen übereutektoiden Stahlwalzen sind Graphitstahlwalzen. Der darin enthaltene Graphit wird durch Impfung und Wärmebehandlung gewonnen.

Geschmiedete Stahlwalzen

Die Klassifizierung erfolgt im Allgemeinen nach ihrem Zweck.

Sonstiges

Mit Ausnahme derjenigen, die mit speziellen Techniken verarbeitet werden, werden sie alle direkt nach Material bezeichnet. Walzen, die zum Schmieden von Knüppeln Elektroschlacke-Umschmelzen verwenden, werden als Elektroschlacke-Umschmelzschmiedewalzen bezeichnet.

Schadensursache

Die Arbeitsbedingungen der Walzen sind die komplexesten Komponenten eines Walzwerks. Eigenspannungen und thermische Spannungen entstehen bereits in den Vorbereitungsprozessen vor der Herstellung und dem Einsatz der Walzen. Im Betrieb sind sie zudem verschiedenen periodischen Belastungen ausgesetzt, darunter Biegung, Torsion, Scherkraft, Kontaktspannung und thermische Spannung. Die Verteilung dieser Spannungen entlang des Walzenkörpers ist ungleichmäßig und verändert sich ständig. Gründe hierfür sind nicht nur konstruktive Faktoren, sondern auch der Verschleiß der Walzen im Betrieb sowie die ständigen Temperatur- und Formänderungen. Darüber hinaus treten während des Walzprozesses häufig anormale Bedingungen auf. Werden die Walzen nach dem Einsatz nicht ausreichend gekühlt, können sie durch thermische Spannung beschädigt werden. Daher treten neben Verschleiß häufig auch lokale und oberflächliche Schäden wie Risse, Brüche, Abplatzungen und Einkerbungen auf. Eine gute Walze sollte Festigkeit, Verschleißfestigkeit und weitere Leistungsindikatoren optimal aufeinander abstimmen. Dadurch bleibt sie nicht nur unter normalen Walzbedingungen langlebig, sondern wird auch bei anormalen Walzbedingungen weniger beschädigt. Daher muss bei der Herstellung von Walzen die metallurgische Qualität der Walzen streng kontrolliert oder durch externe Maßnahmen die Tragfähigkeit der Walzen erhöht werden. Eine sinnvolle Walzenform, Lochform, Verformungssystem und Walzbedingungen können zudem die Arbeitsbelastung der Walzen reduzieren, lokale Spannungsspitzen vermeiden und die Lebensdauer der Walzen verlängern.

Reparaturmethoden

Verschleiß der Lagerstelle

Reparaturmethoden für Polymerverbundwerkstoffe. Diese zeichnen sich neben weiteren umfassenden Eigenschaften durch extrem starke Haftung, hervorragende Druckfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Bei relativ geringen Verschleißgrößen von Getriebeteilen kann eine Reparatur vor Ort ohne Demontage mithilfe hochmolekularer Verbundwerkstoffe erfolgen. Dadurch wird nicht nur eine mechanische Bearbeitung vermieden, sondern es treten auch keine thermischen Spannungen oder Auswirkungen durch das Schweißen auf. Die Reparaturdicke ist ebenfalls nicht begrenzt. Die Verschleißfestigkeit und die nachgiebige Eigenschaft des Produkts, die metallische Werkstoffe nicht aufweisen, gewährleisten 100-prozentigen Kontakt und Sitz an der reparierten Stelle, verringern Stöße und Vibrationen der Ausrüstung, vermeiden möglichen Verschleiß und verlängern die Lebensdauer der Ausrüstungskomponenten (einschließlich Lager) erheblich, wodurch dem Unternehmen viele Ausfallzeiten erspart und ein enormer wirtschaftlicher Mehrwert geschaffen wird.

Kaltschweißen: Die Kaltschweißmaschine nutzt das Prinzip der Hochfrequenzentladung elektrischer Funken, um nichtthermisches Auftragsschweißen auf der Metalloberfläche durchzuführen. Dadurch entstehen bei der Reparatur von Defekten wie Sandlöchern und Kratzern auf den Walzen keine Verformungen, kein Glühen, keine Einbrandkerben und keine Eigenspannungen, und der Zustand der Metallstruktur bleibt unverändert. Das Gerät zeichnet sich durch eine hohe Reparaturgenauigkeit aus, wobei die Beschichtungsdicke von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern reicht. Es kann Funktionen wie das Auftragen, Versiegeln und Füllen von Defekten wie Verschleiß, Kratzern, Nadellöchern, Rissen, Verformungen, verringerter Härte, Sandlöchern und Beschädigungen an Metallwerkstücken übernehmen. Es sind lediglich Schleifen und Polieren erforderlich. Darüber hinaus können verschiedene mechanische Bearbeitungen wie Drehen, Fräsen, Hobeln und Schleifen sowie Nachbearbeitungen wie Galvanisieren durchgeführt werden.

Ursache des Bruchs

1. Sprödbruch: Die Bruchfläche dieses Walzentyps ist relativ flach und die Oberfläche des Walzenkörpers um die Bruchfläche herum ist relativ sauber.

2. Duktiler Bruch: Die Bruchfläche dieses Walzentyps hat meist die Form eines Pilzkopfes, und der Walzenkörper in der Nähe der Bruchfläche ist vollständig zerbrochen und gequetscht.

Sowohl Sprödbruch als auch Duktilbruch werden dadurch verursacht, dass die Spannung der Walzen die Festigkeit des Kerns übersteigt. Die Ursachen für ihr Auftreten hängen mit der Restspannung der Walzen selbst, der mechanischen Spannung während des Walzens und der thermischen Spannung der Walzen zusammen. Besonders wahrscheinlich ist das Auftreten von Sprödbruch bei großen Temperaturunterschieden zwischen der Oberfläche und dem Kern des Walzenkörpers. Dieser Temperaturunterschied kann durch mangelhafte Kühlung der Walzen, Kühlungsunterbrechung oder Überhitzung der Walzenoberfläche zu Beginn eines neuen Walzzyklus verursacht werden. Dieser enorme Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem Kern der Walze führt zu erheblicher thermischer Spannung. Wenn die große thermische Spannung, die mechanische Spannung und die Restspannung der Walze die Festigkeit des Kerns übersteigen, führt dies zum Bruch der Walze. Im Vergleich zu Walzen mit Sprödbruchoberflächen weist das Kernmaterial von Walzen mit Duktilbruchoberflächen eine höhere Zähigkeit auf und bricht weniger leicht.

Es gibt vier Arten von Belastungen, die zum Versagen von Walzen führen können:

1. Eigenspannungen während des Herstellungsprozesses.

2. Mechanische Belastung während des Walzvorgangs.

3. Organisatorische Belastung der Walzen während des Walzprozesses.

4. Thermische Spannungen durch den Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Walzen.

Wenn der Bruch durch zu hohe Eigenspannungen während der Herstellung verursacht wird, tritt der Walzenbruch normalerweise bei den ersten Einsätzen der Walze auf der Maschine auf und betrifft die ersten Walzgutstücke, die gewalzt werden.

Wird der Bruch durch mechanische Beanspruchung verursacht, ist eine hohe mechanische Beanspruchung erforderlich. Der Teil der Walze, der die größte Kraft aushält, ist der Walzenzapfen am Antriebsende. Sind die mechanischen Leistungsindikatoren des Materials unzureichend, wird der Walzenzapfen am Antriebsende unter normalen Walzbedingungen zuerst beschädigt. In den tatsächlichen Walz- und Walzenbruchsituationen liegt der Bruch des Walzenkörpers nicht an mechanischer Beanspruchung.

Der Restaustenitgehalt im äußeren Walzgefüge hat den größten Einfluss auf die Formspannung. Unter den wechselnden Einflüssen von Walztemperatur, Walzdruck und Wasserkühlung wandelt sich Restaustenit von Austenit zu Martensit oder Bainit um. Aufgrund des geringen spezifischen Volumens von Austenit und des großen spezifischen Volumens von Martensit kommt es während der Gefügeumwandlung zu einer Volumenausdehnung, die zu höheren Druckspannungen in der Walzenschicht und höheren Zugspannungen im Walzenkern führt. Übersteigt die Kernspannung die Festigkeit des Materials, führt dies unweigerlich zum Walzenbruch. Angesichts des Einflusses von Restaustenit auf die Formspannung und der Betriebsbedingungen der Walzen in tropischen kontinuierlichen Walzwerken ist es im Allgemeinen ausreichend, den Restaustenitgehalt der Walzen auf unter 5 % zu begrenzen, um einen sicheren Einsatz zu gewährleisten. Beträgt der Restaustenitgehalt in der äußeren Walzenschicht einer gebrochenen Walze weniger als 1 %, kann die Formspannung vernachlässigt werden. Walzenbrüche können auch auf thermische Spannungen durch Temperaturschwankungen zurückzuführen sein. Während des Walzenbetriebs steigt die Oberflächentemperatur der Walze aufgrund des engen Kontakts mit dem Walzgut schnell an, während die Temperatur des Walzenkerns langsamer ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Kern der Walze seinen Höchstwert, und auch die durch den Temperaturunterschied verursachte thermische Spannung der Walze erreicht ihren Höchstwert. Überlagern sich die thermische Spannung und die Eigenspannung der Walze und überschreiten die Festigkeitsgrenze des Walzenkerns, kann es zu einem Walzenbruch kommen.

Methoden zur Vorbeugung von Frakturen

Um Brüche zu verhindern, sollten vier Aspekte berücksichtigt werden: Reduzierung der fertigungsbedingten Eigenspannungen, der mechanischen Spannungen, der organisatorischen Spannungen und der thermischen Spannungen.

Unter normalen Umständen werden die meisten herstellungsbedingten Eigenspannungen während der Wärmebehandlung abgebaut und nehmen mit zunehmender Lagerzeit der Walzen allmählich ab. Daher kann eine längere Lagerung neuer Walzen vor dem Einsatz das Risiko eines Walzenbruchs verringern. Die wichtigste Methode zur Vermeidung erheblicher mechanischer Spannungen ist die Vermeidung von Unterkühlung des Stahls. Die Methode zur Reduzierung der organisatorischen Spannungen besteht darin, den Restaustenitgehalt in der Arbeitsschicht des Walzenkörpers auf weniger als 5 % zu begrenzen.Wärmebehandlung. Die thermische Belastung lässt sich durch eine gute Kühlung der Walzen während des Stahlwalzprozesses reduzieren. Fertigungsbedingte Eigenspannungen, mechanische Spannungen, organisatorische Spannungen und thermische Spannungen sind die Hauptursachen für Walzenbrüche bei hochchromhaltigen Stahlwerkstoffen. Eine gute Wärmebehandlung, Walzbedingungen und Kühlung können Walzenbrüche bei hochchromhaltigen Stahlwerkstoffen wirksam verhindern.

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