Walzen für Walzwerke: Leitfaden zur Materialauswahl, Härte und Ausfallart von Arbeitswalzen und Stützwalzen

In einem Walzwerk sind die Walzen gleichzeitig die kritischsten und am meisten verbrauchten Komponenten. Eine Arbeitswalze in einem Warmband-Fertiggerüst kann 3.000–8.000 Tonnen Stahl walzen, bevor sie zum Nachschleifen aus dem Walzwerk gezogen wird. Eine Stützwalze in derselben Mühle kann 6 bis 18 Monate halten, bevor sie einer größeren Nachschleifung bedarf. Aber wenn eine Walze vorzeitig ausfällt – durch Abplatzungen, Brandrisse oder Brüche – gehen die Folgen weit über die Kosten der Walze selbst hinaus: ungeplante Stillstandszeiten des Walzwerks, Defekte an der Bandoberfläche, die zur Ablehnung durch den Kunden führen, Schäden an angrenzenden Walzen und Walzwerksgehäusekomponenten sowie die logistische Störung eines außerplanmäßigen Walzenwechsels. In Hochleistungs-Warmbandwalzwerken kann ein einziger ungeplanter Walzenwechsel 50.000 bis 200.000 US-Dollar an Produktionsausfällen kosten.

Die Hauptursache für die meisten vorzeitigen Walzenausfälle sind keine Herstellungsfehler. Es liegt ein Missverhältnis zwischen dem Walzenmaterial und den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Gerüsts vor – falsche Härte für die thermische und mechanische Belastung, unzureichende Zähigkeit für die Stoßbelastung des Durchgangs oder eine Materialqualität, die den Temperaturwechsel des Kühlwassers und des Kontakts mit dem Warmband nicht übersteht. Dieser Leitfaden bietet den systematischen technischen Rahmen für die Auswahl des richtigen Walzenmaterials für jede Gerüstposition, das Verständnis der Härteparameter, die die Verschleiß- und Bruchfestigkeit bestimmen, und die Diagnose der Fehlerarten, die auf eine Material- oder Prozessinkongruenz hinweisen.

Teil 1: Die funktionalen Anforderungen an Walzwerkswalzen

Vor der Auswahl eines Rollenmaterials ist es wichtig zu verstehen, was die Rolle eigentlich leisten soll – und warum kein einzelnes Material alle Anforderungen gleichzeitig erfüllen kann.

1.1 Die fünf konkurrierenden Anforderungen

Eine Walzwerksarbeitswalze muss gleichzeitig:

1. Hält hohem Kontaktdruck stand – die Kontaktspannung zwischen der Arbeitswalze und dem Band in Warmband-Fertiggerüsten beträgt typischerweise mehr als 800–1.200 MPa; in Kaltbandwalzwerken kann sie 1.500–2.500 MPa erreichen. Das Rollenmaterial muss eine ausreichende Druckfestigkeit und Härte aufweisen, um einer plastischen Verformung der Rollenoberfläche unter diesen Drücken standzuhalten.

2. Beständig gegen zyklischen Thermoschock – beim Warmwalzen wird die Walzenoberfläche durch Kontakt mit dem heißen Band auf 400–700 °C erhitzt und dann sofort mit Kühlwasser abgeschreckt. Diese thermischen Wechsel erzeugen zyklische thermische Spannungen an der Walzenoberfläche, die zu thermischen Ermüdungsrissen (Brandrissen) führen, wenn das Material keine ausreichende thermische Rissbeständigkeit aufweist.

3. Behalten Sie die Oberflächenhärte und -rauheit während der Kampagne bei – die Walzenoberfläche muss über Hunderte bis Tausende gewalzter Tonnen pro Kampagne eine konstante Härte und Oberflächenrauheit beibehalten. Durch schnellen Verschleiß verändert sich das Walzenprofil, was Auswirkungen auf die Ebenheit und Maßhaltigkeit des Bandes hat.

4. Vermeiden Sie Oberflächenfehler – Hitzerisse, Abplatzungen, Brandrisse und Bandmarkierungen auf der Walzenoberfläche, die sich direkt auf die Bandoberfläche übertragen und zu Qualitätsmängeln und Kundenausfällen führen.

5. Sorgen Sie für einen ausreichenden Bruchsicherheitsspielraum – die Walze darf unter den Biege- und Torsionsbelastungen des Walzprozesses nicht katastrophal brechen. Eine gebrochene Walze in einer Warmbandstraße ist ein katastrophales Ereignis, das das Walzengehäuse, angrenzende Walzen und Bandführungen beschädigen kann.

1.2 Der grundlegende Kompromiss: Härte vs. Zähigkeit

Die zentrale Herausforderung bei der Auswahl des Walzenmaterials besteht darin, dass Härte (Verschleißfestigkeit) und Zähigkeit (Bruchfestigkeit) bei den meisten Materialien in einem umgekehrten Zusammenhang stehen. Eine Erhöhung des Kohlenstoff- und Legierungsgehalts zur Erhöhung der Härte verringert die Bruchzähigkeit. Das heisst:

• Schruppgerüste – große Reduzierungen, hohe Stoßbelastungen, schwerer Thermoschock → Zähigkeit Vorrang vor Härte geben → Materialien mit geringerer Härte und zäherem Material verwenden

• Fertiggerüste – kleinere Reduzierungen, geringere Stoßbelastungen, aber extreme Anforderungen an die Oberflächenqualität → Härte und Verschleißfestigkeit priorisieren → Materialien mit höherer Härte verwenden

• Kaltwalz-Arbeitswalzen – kein Thermoschock, aber extremer Kontaktdruck → sehr hohe Härte und Ermüdungsfestigkeit priorisieren → geschmiedeten legierten Stahl mit Tiefenhärtung verwenden

Diese gerüstspezifischen Anforderungen sind der Grund dafür, dass ein Walzwerk in verschiedenen Gerüsten unterschiedliche Walzenmaterialien verwendet – es gibt kein universelles Walzenmaterial, das alle Positionen optimal bedient.

Teil 2: Methoden zur Walzenherstellung – geschmiedet vs. gegossen

2.1 Geschmiedete Walzen

Geschmiedete Walzen werden durch Freiformschmieden eines Stahlbarrens mit anschließender Wärmebehandlung (Vergüten oder Differenzialhärten) hergestellt. Der Schmiedeprozess:

• Verfeinert die Kornstruktur – bricht die grobe Gussblockstruktur auf und erzeugt ein feines, gleichmäßiges Korn

• Beseitigt innere Porosität – das Schmieden schließt Schrumpfhohlräume und Gasporen, die gegossenen Barren innewohnen

• Bietet Richtungsfestigkeit – der Kornfluss folgt der Rollenform und maximiert so die Festigkeit in axialer Richtung (entscheidend für die Biegefestigkeit).

• Ermöglicht eine tiefe, gleichmäßige Härtung – geschmiedete Walzen können mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit durchgehärtet oder differenziell gehärtet werden (harte Oberfläche, zäher Kern).

Geschmiedete Walzen sind der Standard für:

• Stützwalzen (alle Walzwerkstypen) – die extremen Biegebelastungen erfordern die Bruchzähigkeit, die nur Schmieden bieten kann

• Arbeitswalzen im Warmbandwalz-Vorgerüst – hohe Stoßbelastungen erfordern Schmiedezähigkeit

• Kaltwalz-Arbeitswalzen – extreme Kontaktdrücke erfordern die saubere, fehlerfreie Struktur von geschmiedetem Stahl

• Hochbelastbare Arbeitswalzen für Grobblechwalzwerke

Typische geschmiedete Walzenmaterialien:

2.2 Gussrollen

Gussrollen werden hergestellt, indem geschmolzenes Metall in eine Form gegossen wird. Das Gussverfahren ermöglicht eine größere Flexibilität in der Zusammensetzung und Geometrie als das Schmieden und ist bei Walzen mit großem Durchmesser im Allgemeinen kostengünstiger. Gusswalzen werden hergestellt von:

• Sandguss – für große, komplexe Formen; geringere Maßhaltigkeit

• Schleuderguss – der Standard für hochwertige Gusswalzen; Die Zentrifugalkraft beim Gießen treibt dichte Karbide in die äußere Schicht (Hülle), während der innere Kern mit einer härteren, karbidärmeren Struktur erstarrt. Dadurch entsteht eine natürliche Verbundstruktur – eine harte, verschleißfeste Schale über einem robusten Kern.

Gusswalzentypen und Anwendungen:

2.3 Geschmiedet vs. Gegossen – wann man sich für welches entscheiden sollte

Teil 3: Standspezifische Materialauswahl

3.1 Warmbandstraße (HSM) – Arbeitswalzenauswahl nach Gerüst

Das Warmbandwalzwerk ist die anspruchsvollste Umgebung für Arbeitswalzen, da es hohe Kontakttemperaturen (Bandeintrittstemperatur 1.050–1.150 °C beim Vorwalzen, 850–950 °C beim Endaustritt), hohe Walzkräfte und eine aggressive Wasserkühlung kombiniert.

Vorgerüste (R1–R2):

• Bandtemperatur: 1.050–1.150 °C

• Walzkraft: Sehr hoch (bis zu 40–60 MN)

• Stoßbelastung: Stark (Schuppen, Erntegutenden, Pflastersteine)

• Priorität: Bruchfestigkeit und thermische Rissbeständigkeit vor Verschleißfestigkeit

• Empfohlenes Material: Geschmiedeter Cr2- oder Cr3-Stahl oder hochfester Stahlguss

• Härte: HS 40–55 (350–480 HB)

• Begründung: Die extremen Stoßbelastungen durch Zunder und Erntegutenden an Vorgerüsten machen die Bruchfestigkeit zur obersten Anforderung. Eine härtere Walze, die eine bessere Verschleißfestigkeit, aber eine geringere Zähigkeit bietet, bricht unter diesen Bedingungen.

Fertigstände F1–F3 (Eingangsfertigstellung):

• Bandtemperatur: 950–1.050 °C am Eingang

• Walzkraft: Hoch (20–40 MN)

• Stoßbelastung: Mäßig

• Priorität: Ausgewogenheit zwischen Verschleißfestigkeit und thermischer Rissbeständigkeit

• Empfohlenes Material: Gusseisen mit hohem Chromgehalt (Schleuderguss) oder Halb-HSS-Schmiedeguss

• Härte: HS 65–75 (540–620 HB)

• Begründung: Die Einlauf-Fertiggerüste sehen hohe thermische Belastungen durch das Warmband, aber geringere Auswirkungen als die Vorgerüste. Gusseisen mit hohem Chromgehalt bietet die für eine akzeptable Kampagnenlebensdauer erforderliche Verschleißfestigkeit und behält gleichzeitig eine ausreichende thermische Rissbeständigkeit bei.

Fertiggerüste F4–F7 (Ausgangsfertigstellung):

• Bandtemperatur: 850–950 °C

• Rollkraft: Moderat (10–20 MN)

• Stoßbelastung: Gering

• Priorität: Höchste Verschleißfestigkeit und Oberflächengüte

• Empfohlenes Material: Schnellarbeitsstahl (HSS) – gegossen oder geschmiedet

• Härte: HS 75–90 (620–720 HB)

• Begründung: Die Ausgangsfertiggerüste bestimmen die endgültige Bandoberflächenqualität und Maßhaltigkeit. HSS-Walzen bieten in diesen Gerüsten eine drei- bis fünfmal längere Lebensdauer als Walzen mit hohem Chromgehalt, reduzieren die Häufigkeit des Walzenwechsels und verbessern die Konsistenz der Bandoberfläche. Die geringere Stoßbelastung an den Austrittsständern macht die geringere Zähigkeit von HSS akzeptabel.

3.2 Warmbandstraße – Auswahl der Stützwalze

Stützwalzen in einer Warmbandstraße berühren das Band nicht – sie stützen die Arbeitswalzen und übertragen die Walzkraft durch das Walzwerksgehäuse. Ihre Anforderungen unterscheiden sich grundlegend von Arbeitsrollen:

• Hauptanforderung: Beständigkeit gegen Biegeermüdung – die Stützwalze ist ein großer Träger, der durch die Walzkraft belastet wird und zyklischer Biegung standhalten muss, ohne dass es zu Ermüdungsrissen kommt

• Sekundäranforderung: Beständigkeit gegen Kontaktermüdung an der Schnittstelle zwischen Arbeitswalze und Stützwalze – die Kontaktspannung zwischen Arbeitswalze und Stützwalze kann 600–900 MPa erreichen

• Härte: HS 55–70 (460–580 HB) – niedriger als Arbeitswalzen, optimiert für Zähigkeit

• Material: Geschmiedeter Cr-Ni-Mo- oder Cr5-Stahl – die überlegene Bruchzähigkeit von geschmiedetem Stahl ist für Stützwalzen von entscheidender Bedeutung

Die Abmessungen der Stützrolle betragen typischerweise:

• Trommeldurchmesser: 1.200–1.800 mm (Warmbreitbandstraße)

• Lauflänge: 1.800–2.200 mm

• Gesamtrollengewicht: 60–150 Tonnen

In diesem Maßstab ist die Schmiedequalität – insbesondere das Fehlen innerer Fehler und die Gleichmäßigkeit der Härte von der Oberfläche bis zum Kern – von entscheidender Bedeutung. Stützwalzen werden nach dem Schmieden und der Wärmebehandlung zu 100 % ultraschallgeprüft.

3.3 Kaltwalzwerk – Arbeitswalzenauswahl

Beim Kaltwalzen werden grundsätzlich andere Anforderungen an die Arbeitswalzen gestellt als beim Warmwalzen:

• Kein Thermoschock – der Streifen wird bei Raumtemperatur eingeführt

• Extreme Anpressdrücke – 1.500–2.500 MPa bei der Kaltbandveredelung

• Sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität – die Oberflächenqualität von kaltgewalztem Band wird direkt durch den Zustand der Walzenoberfläche bestimmt

• Hohe Walzgeschwindigkeiten – bis zu 25 m/s in Tandem-Kaltwalzwerken

Anforderungen an die Arbeitswalze des Kaltwalzwerks:

• Sehr hohe Härte: 60–66 HRC (geschmiedeter hochlegierter Stahl) – notwendig, um plastischer Verformung unter den extremen Kontaktdrücken standzuhalten

• Hervorragende Oberflächengüte: Ra < 0,1 μm nach dem Schleifen – die Walzenoberflächengüte überträgt sich direkt auf das Band

• Hohe Ermüdungsfestigkeit: Die Walze muss Kontaktermüdung (Lochfraß) unter Millionen von Belastungszyklen pro Kampagne standhalten

• Geringe elastische Abflachung: Hoher Elastizitätsmodul sorgt dafür, dass das Rollenprofil unter Last erhalten bleibt

Empfohlenes Material: Geschmiedeter hochlegierter Stahl (2 % C, 12 % Cr, Mo, V) – diese Sorte bietet die Kombination aus sehr hoher Härte, guter Dauerfestigkeit und ausreichender Zähigkeit für den Einsatz im Kaltwalzwerk.

Anforderungen an die Stützwalze des Kaltwalzwerks:

• Härte: 60–75 HSC (300–420 HB) – niedriger als bei Arbeitswalzen, optimiert für Biegeermüdungsbeständigkeit

• Material: Geschmiedeter Cr-Ni-Mo-Stahl mit tiefer, gleichmäßiger Härtung

• Kritische Anforderung: Die Härte muss von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von mindestens 100–150 mm gleichmäßig sein, um sicherzustellen, dass die Stützwalze auch nach mehreren Nachschleifzyklen ihre Tragfähigkeit behält.

3.4 Walzenauswahl für Walzdraht und Stabstahl

Draht- und Stabstahlwalzwerke stellen eine andere Herausforderung dar: Die Walzen sind kleiner (normalerweise 200–600 mm Durchmesser), rotieren mit sehr hohen Geschwindigkeiten (bis zu 100 m/s in Fertigblöcken) und müssen während der gesamten Kampagne eine präzise Rillengeometrie beibehalten.

Vor- und Zwischengerüste:

• Hohe Stoßbelastung durch Knüppeleintritt und Zunder

• Empfohlen: Stahlguss oder Sphäroguss (SG-Eisen)

• Härte: HS 35–55 (300–480 HB)

Fertigständer:

• Hohe Geschwindigkeit und präzise Nutgeometrie erforderlich

• Empfohlen: Walzringe aus hochverchromtem Gusseisen oder Wolframkarbid

• Härte: HS 65–80 für hohen Chromgehalt; 1.400–1.600 HV für Wolframkarbid

Walzringe aus Wolframkarbid sind die erste Wahl für Hochgeschwindigkeitswalzdraht-Endbearbeitungsblöcke:

• Verschleißfestigkeit 10–20-mal höher als Gusseisen mit hohem Chromgehalt

• Elastizitätsmodul 3-mal höher als bei Stahl – minimale elastische Abflachung erhält die Rillengeometrie

• Einschränkung: Sehr geringe Bruchzähigkeit – muss in einer Stahlhülse (Verbundrolle) verwendet werden und kann Steinschlägen oder starker Stoßbelastung nicht standhalten

Teil 4: Härtemessung und -umrechnung für Walzwerkswalzen

4.1 In der Rollenspezifikation verwendete Härteskalen

Walzwerkswalzen verwenden je nach Walzentyp und Härtegrad mehrere Härteskalen:

Ungefähre Umrechnungen (nur als Referenz – genaue Werte hängen vom Material ab):

4.2 Härtegradient – ​​Der entscheidende Parameter

Bei unterschiedlich gehärteten Walzen (harte Oberfläche, zäher Kern) ist der Härtegradient von der Oberfläche zum Kern ebenso wichtig wie die Oberflächenhärte. Der Härtegradient bestimmt:

• Effektive Härtetiefe – wie viele Nachschleifzyklen die Walze durchlaufen kann, bevor die gehärtete Schicht verbraucht ist

• Spannungsverteilung unter der Oberfläche – der Übergang von der harten Oberfläche zum weichen Kern erzeugt eine Spannungskonzentrationszone, in der Ermüdungsrisse unter der Oberfläche entstehen können

• Abplatzungsgefahr – wenn die gehärtete Schicht zu dünn ist oder der Härteabfall zu abrupt erfolgt, begünstigt die Spannungskonzentration unter der Oberfläche das Abplatzen

Typische Anforderungen an den Härtegradienten:

Teil 5: Berechnung der Kontaktspannung und Rollfestigkeit

5.1 Hertzsche Kontaktspannung an der Grenzfläche Rolle/Band

Der Kontakt zwischen einer zylindrischen Rolle und der flachen Bandoberfläche ist ein Hertzsches Linienkontaktproblem. Der maximale Kontaktdruck (Hertzsche Spitzenspannung) beträgt:

Wo:

= Rollkraft (N)

= Lauflänge im Kontakt (m)

= reduzierter Elastizitätsmodul:

(für Stahl-Stahl:

)

= reduzierter Radius:

(für Rolle auf Flachband:

)

Beispiel: Arbeitswalze mit 700 mm Durchmesser, 1.600 mm Zylinder, 20 MN Walzkraft:

Dieser Kontaktdruck muss unterhalb der Kontaktermüdungsgrenze des Materials liegen (

), um Lochfraß und Abplatzungen zu vermeiden. Für HSS-Rollen,

; für Gusseisen mit hohem Chromgehalt,

.

5.2 Walzenbiegespannung

Die Stützwalze (und in geringerem Maße auch die Arbeitswalze) fungiert als Balken, der durch die über die Walzenlänge verteilte Walzkraft belastet und an den Walzenzapfenlagern abgestützt wird. Die maximale Biegespannung an der Walzenballenoberfläche beträgt:

Wo

ist das maximale Biegemoment (N·mm) und

ist der Laufdurchmesser (mm).

Für eine Stützwalze mit Rollkraft

in der Mitte des Laufs angebracht und in der Mitte des Halses abgestützt (Spannweite).

):

Die Biegespannung muss unterhalb der Dauerfestigkeit des Materials liegen – typischerweise 250–400 MPa für geschmiedeten Cr-Ni-Mo-Stützwalzenstahl. Ein Sicherheitsfaktor von 4–5 gegenüber der Dauerfestigkeit ist bei der Konstruktion von Stützwalzen üblich.

Teil 6: Rollenausfallmodusanalyse

Das Verständnis des Fehlermodus ist für die Identifizierung der Grundursache und die Auswahl der richtigen Korrekturmaßnahme von entscheidender Bedeutung. Das gleiche visuelle Erscheinungsbild kann unterschiedliche Ursachen haben.

6.1 Abplatzungen

Aussehen: Große Teile der Walzenoberfläche brechen ab, typischerweise in einem annähernd kreisförmigen oder elliptischen Muster. Die Abplatzungstiefe beträgt typischerweise 5–30 mm.

Mechanismus: Entstehung eines Ermüdungsrisses unter der Oberfläche bei maximaler Scherspannungstiefe (typischerweise 2–10 mm unter der Oberfläche für Hertzschen Kontakt), gefolgt von einer Rissausbreitung parallel zur Oberfläche, die sich schließlich mit der Oberfläche verbindet und ein Absplitterungsfragment freisetzt.

Grundursachen:

• Überlastung: Die Walzkraft überschreitet die Kontaktermüdungsgrenze der Walze – die häufigste Ursache

• Thermoschock: Plötzliche Abkühlung (Kühlwasser auf einer heißen Walze oder Streifenpflaster führt zu lokaler Überhitzung) erzeugt thermische Zugspannungen, die Risse unter der Oberfläche auslösen

• Bereits vorhandene Defekte unter der Oberfläche: Einschlüsse, Segregationsbänder oder Wasserstoffflocken im Walzenmaterial dienen als Rissauslöser

• Zu geringe Einhärtetiefe: Wird die ausgehärtete Schicht durch Nachschleifen verbraucht, kann das weichere Untergrundmaterial den Kontaktspannungen nicht standhalten

Korrekturmaßnahme:

• Stellen Sie sicher, dass die Walzkraft die Nennkontaktermüdungsgrenze der Walze nicht überschreitet

• Überprüfen Sie die Sauberkeit des Rollenmaterials (UT-Inspektion neuer Rollen).

• Stellen Sie sicher, dass die Härtetiefe für den verbleibenden Rollendurchmesser ausreichend ist

• Überprüfen Sie den Kühlwasserfluss und die Verteilung

6.2 Brandrisse (Thermische Ermüdungsrisse)

Aussehen: Netzwerk feiner Oberflächenrisse (Wärmerisse) in einem ungefähr sechseckigen Muster, typischerweise 0,5–3 mm tief. In schweren Fällen breiten sich die Risse tiefer aus und können zu Abplatzungen führen.

Mechanismus: Zyklische thermische Spannungen durch wiederholtes Erhitzen (Warmbandkontakt) und Abschrecken (Kühlwasser) erzeugen während der Abkühlphase zyklische Zugspannungen an der Walzenoberfläche. Diese Spannungen überschreiten die thermische Ermüdungsgrenze des Materials und führen zu Oberflächenrissen.

Grundursachen:

• Unzureichender Kühlwasserfluss: Eine unzureichende Kühlung führt zu einem übermäßigen Anstieg der Walzenoberflächentemperatur

• Probleme bei der Kühlwasserverteilung: Ungleichmäßige Kühlung führt zu Wärmegradienten entlang des Zylinders

• Material mit geringer thermischer Rissbeständigkeit: Materialien mit hoher Härte (HSS, hoher Chromgehalt) weisen eine geringere thermische Rissbeständigkeit auf als härtere Materialien

• Zu lange Kampagne: Brandrisse häufen sich – eine Walze, die nicht häufig genug nachgeschliffen wird, führt zu tiefen Brandrissen

Korrekturmaßnahme:

• Überprüfen Sie die Durchflussmenge und Verteilung des Kühlwassers im Zylinder

• Bei Beständen mit hoher thermischer Belastung die Kampagnelänge verkürzen (häufiger nachmahlen).

• Erwägen Sie den Wechsel zu einem Material mit besserer thermischer Rissbeständigkeit (z. B. von gegossenem HSS zu geschmiedetem Halb-HSS), wenn weiterhin Brandrisse auftreten

6.3 Streifen-/Rillenmarkierungen

Aussehen: Umfangsstreifen oder Rillen auf der Walzenoberfläche, typischerweise in regelmäßigen Abständen entsprechend der Bandkantenposition oder einer bestimmten Bandbreite.

Mechanismus: Die Bandkanten erzeugen eine Spannungskonzentration an der Kantenkontaktzone. Über viele Walzzyklen führt der wiederholte Kontakt an der Bandkantenposition zu bevorzugtem Verschleiß oder Ermüdungsschäden, wodurch ein sichtbares Band oder eine Rille entsteht.

Grundursachen:

• Wiederholtes Walzen derselben Bandbreite – die Bandkante berührt immer die gleiche Position auf dem Walzenzylinder

• Unzureichende Walzenballigkeit – ein flaches Walzenprofil konzentriert die Spannung an den Bandkanten

• Bandkantenfehler – Grate oder nach oben gerichtete Kanten am Band führen zu lokalen Spannungskonzentrationen

Korrekturmaßnahme:

• Variieren Sie die Streifenbreite im Walzplan, um den Kantenkontakt über die Trommel zu verteilen

• Stellen Sie sicher, dass das Profil der Walzenkrone dem Walzplan entspricht

• Überprüfen Sie den eingehenden Streifen auf Kantenfehler

6.4 Rollfraktur

Aussehen: Vollständiger Bruch der Walze, typischerweise am Übergangsradius Lauf/Hals oder in der Laufmitte.

Mechanismus: Die Bruchspannung übersteigt die Bruchzähigkeit des Materials (

) bei einem bereits vorhandenen Riss oder einer Spannungskonzentration. Ein Rollbruch ist typischerweise ein schnelles Frakturereignis – er tritt plötzlich und ohne Vorwarnung auf.

Grundursachen:

• Cobble (Streifenstau): Ein Streifencobble wickelt sich um die Arbeitswalze und erzeugt extreme Biege- und Torsionsbelastungen, die die Bruchzähigkeit der Walze übersteigen

• Thermoschockbruch: Plötzliches Abschrecken einer sehr heißen Walze (z. B. Notkühlwasser auf einer Walze, die ihre Kühlung verloren hat) führt zu extremen thermischen Spannungen

• Vorhandene tiefe Risse: Brandrisse oder Abplatzschäden, die nicht durch Nachschleifen entfernt wurden, führen zum Bruch

• Materialfehler: Interne Fehler (Wasserstoffflocken, Entmischung) verringern die effektive Bruchzähigkeit unter den Designwert

Korrekturmaßnahme:

• Verbessern Sie die Pflastererkennungs- und Mühlenschutzsysteme

• Stellen Sie sicher, dass alle Brandrisse und Oberflächenschäden beim Nachschleifen vollständig entfernt werden (Überprüfung durch Magnetpulverprüfung).

• Legen Sie eine 100-prozentige UT-Inspektion neuer Rollen fest, um interne Mängel zu erkennen

6.5 Übermäßiger Verschleiß

Erscheinungsbild: Schnelle Verringerung des Walzendurchmessers, Verlust des Walzenprofils (Balligkeit), Verschlechterung der Oberflächenrauheit.

Mechanismus: Abrasiver Verschleiß von der Bandoberfläche (Zunder, Oxide, harte Einschlüsse) entfernt Material schneller als die vorgesehene Verschleißrate von der Walzenoberfläche.

Grundursachen:

• Rollenmaterial zu weich für die Anwendung – zu geringe Härte für die Kontaktbedingungen

• Ablagerungen : Eine unzureichende Entzunderung führt dazu, dass sich zwischen Walze und Band harter Ablagerungen ansammeln, was den abrasiven Verschleiß drastisch erhöht

• Falsches Walzenmaterial für das Gerüst – Verwendung eines härteren, aber weicheren Materials in einem Fertiggerüst, bei dem Verschleißfestigkeit im Vordergrund steht

Korrekturmaßnahme:

• Upgrade auf ein härteres Walzenmaterial (z. B. von Gusseisen mit hohem Chromgehalt auf HSS für Fertiggerüste)

• Überprüfen Sie die Leistung des Entkalkers – überprüfen Sie den Wasserdruck und den Zustand der Düse

• Überprüfen Sie die Kampagnenlänge und den Nachschleifplan

Teil 7: Rollenwerkstattmanagement und Nachschleifen

7.1 Anforderungen an das Nachschleifen

Nach jeder Kampagne werden die Arbeitswalzen nachgeschliffen, um Oberflächenschäden (Brandrisse, Abnutzung, Streifenbildung) zu entfernen und das korrekte Profil wiederherzustellen. Die Nachschleiftiefe muss ausreichend sein, um:

• Entfernen Sie alle Brandrisse (normalerweise 0,5–2 mm tief) – überprüft durch Magnetpulverprüfung (MPI) nach dem Schleifen

• Entfernen Sie alle Abplatzschäden – visuell und durch MPI überprüft

• Stellen Sie das korrekte Zylinderprofil (Balligkeit, Konizität oder CVC-Kurve) wieder her – überprüft durch Rollprofilmessung

Mindestnachschleiftiefe: Typischerweise 0,5–1,5 mm pro Seite (1–3 mm im Durchmesser) für Warmwalz-Arbeitswalzen; 0,1–0,3 mm pro Seite für Kaltwalz-Arbeitswalzen.

Maximales Gesamtnachschleifen: Die Walze kann nachgeschliffen werden, bis der Trommeldurchmesser den minimal akzeptablen Durchmesser erreicht (normalerweise 90–95 % des neuen Walzendurchmessers). Zu diesem Zeitpunkt kann es sein, dass die gehärtete Schicht verbraucht ist oder dass die Passungen der Walzenzapfenlager zu klein werden.

7.2 Rolleninspektionsprotokoll

7.3 Rollenlagerung und -handhabung

Unsachgemäße Lagerung und Handhabung von Rollen ist eine wesentliche Ursache für vorzeitigen Ausfall:

• Lagerungsausrichtung: Große Rollen (Stützrollen, schwere Arbeitsrollen) müssen horizontal auf V-Block-Stützen gelagert werden – niemals vertikal gelagert, da sie unter ihrem Eigengewicht zu Durchbiegungen führen können

• Temperatur: Rollen dürfen während der Lagerung keinen schnellen Temperaturschwankungen ausgesetzt werden – ein Thermoschock kann bei Rollen mit hoher Härte zu Rissen führen

• Handhabung: Walzenzapfen müssen während der Handhabung geschützt werden – Schäden an der Walzenzapfenoberfläche führen zu Spannungskonzentrationen, die Ermüdungsrisse auslösen können

• Schmierung: Walzenlagerzapfen müssen während der Lagerung leicht geölt werden, um Korrosionsfraß zu vermeiden, der als Ausgangspunkt für Ermüdungsrisse dient

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der Unterschied zwischen einer Arbeitsrolle und einer Backup-Rolle?

Arbeitswalzen sind die Walzen, die das zu walzende Band direkt berühren. Sie bestimmen die Banddicke, -breite, Oberflächengüte und Ebenheit. Stützwalzen stützen die Arbeitswalzen von hinten und verhindern so ein Durchbiegen der Arbeitswalzen unter der Walzkraft. In einer 4-Hi-Mühle gibt es 2 Arbeitswalzen (oben und unten) und 2 Stützwalzen (oben und unten). Arbeitswalzen sind kleiner (normalerweise 500–800 mm Durchmesser in Warmbandstraßen), härter und werden häufiger ausgetauscht. Stützrollen sind viel größer (1.200–1.800 mm Durchmesser), robuster und halten viel länger.

F2: Warum werden HSS-Walzen (Schnellarbeitsstahl) in Fertiggerüsten, aber nicht in Vorgerüsten verwendet?

HSS-Walzen haben eine sehr hohe Härte (HS 75–90) und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, was zu einer drei- bis fünfmal längeren Kampagnenlebensdauer führt als Walzen mit hohem Chromgehalt in Fertiggerüsten. Allerdings weist HSS eine geringe Bruchzähigkeit auf – es kann den starken Stoßbelastungen durch Zunder, Erntegutenden und Geröll, die in Rauhbeständen auftreten, nicht standhalten. Schruppgerüste erfordern härtere Materialien mit geringerer Härte (geschmiedeter Cr2/Cr3-Stahl), die Aufprallenergie absorbieren können, ohne zu brechen. Die Fertiggerüste haben eine geringere Stoßbelastung, wodurch die geringe Zähigkeit von HSS im Austausch für seine überlegene Verschleißfestigkeit akzeptabel ist.

F3: Was verursacht Walzenabplatzungen und wie kann man sie verhindern?

Abplatzungen werden durch die Entstehung von Ermüdungsrissen unter der Oberfläche bei der maximalen Scherspannungstiefe (2–10 mm unter der Oberfläche) verursacht, gefolgt von Rissausbreitung und Oberflächenausbruch. Die Hauptursachen sind: Die Walzkraft überschreitet die Kontaktermüdungsgrenze der Walze. bereits vorhandene Defekte unter der Oberfläche (Einschlüsse, Wasserstoffflocken); unzureichende Härtetiefe; und Thermoschock. Vorbeugung: 100 % UT-Inspektion neuer Rollen vorschreiben; Stellen Sie sicher, dass die Walzkraft die Nennkontaktermüdungsgrenze der Walze nicht überschreitet. Aufrechterhaltung einer ausreichenden Härtetiefe durch Nachverfolgung der Nachschleifhistorie; sorgen für eine gleichmäßige Kühlwasserverteilung.

F4: Wie spezifiziere ich die richtige Härte für eine Ersatzarbeitswalze?

Die Härteangabe hängt von der Gerüstposition und dem Mühlentyp ab. Geben Sie für die Warmbandfertiggerüste F4–F7 HS 75–90 (HSS-Sorte) an. Geben Sie für die Warmband-Fertiggerüste F1–F3 HS 65–75 (Gusseisen mit hohem Chromgehalt oder Halb-HSS) an. Geben Sie für Warmband-Vorgerüste HS 40–55 (geschmiedetes Cr2/Cr3) an. Geben Sie für Kaltwalz-Arbeitswalzen 62–66 HRC (geschmiedeter hochlegierter Stahl) an. Geben Sie immer sowohl die Oberflächenhärte als auch die Mindesthärte in 30 mm Tiefe an – die Oberflächenhärte allein gewährleistet keine ausreichende Lebensdauer, wenn die gehärtete Schicht flach ist.

F5: Was ist die richtige Nachschleiftiefe für Warmband-Arbeitswalzen?

Die Mindestnachschleiftiefe muss ausreichen, um alle Brandrisse zu entfernen – typischerweise 0,5–2 mm pro Seite (1–4 mm im Durchmesser) bei Warmband-Arbeitswalzen. Überprüfen Sie nach dem Schleifen die vollständige Rissentfernung durch Magnetpulverprüfung (MPI). Wenn MPI verbleibende Risse aufweist, schleifen Sie weiter, bis die Oberfläche sauber ist. Nehmen Sie eine Walze nicht mit Restrissen wieder in Betrieb – diese werden sich bei der nächsten Kampagne ausbreiten und zu Abplatzungen oder Brüchen führen.

F6: Können geschmiedete Walzen nach einem Abplatzungsschaden repariert werden?

Kleinere Oberflächenschäden (flache Abplatzungen, Streifenbildung) können bei ausreichendem Durchmesser durch Nachschleifen entfernt werden. Tiefe Abplatzungen (> 10–15 mm), die die gehärtete Schicht verbraucht haben, können nicht repariert werden – die Walze muss verschrottet oder der Zylinder erneut gehärtet werden (sofern die Walzenkonstruktion dies zulässt). Ein Rollbruch kann nicht repariert werden. Für Stützwalzen mit starken Abplatzungen an der Trommeloberfläche bieten einige Hersteller die Reparatur von Walzenhülsen an, bei denen eine neue gehärtete Hülse über die vorhandene Trommel gepresst wird. Dies ist jedoch nur bei bestimmten Walzenkonstruktionen möglich.

Yile Machinery: Geschmiedete und gegossene Walzwerkswalzen

Yile Machinery stellt maßgeschneiderte geschmiedete und gegossene Walzwerkswalzen zum Warmwalzen, Kaltwalzen, Plattenwalzwerk, Stabwalzwerk und Profilwalzwerk her. Unsere integrierten Fertigungskapazitäten – vom Schmieden und Gießen bis hin zur Wärmebehandlung, CNC-Schleifen und Inspektion – stellen sicher, dass jede Walze den Härte-, Profil- und internen Qualitätsanforderungen Ihrer spezifischen Anwendung entspricht.

Unsere Möglichkeiten zur Rollenherstellung:

• Geschmiedete Walzen: Freiformschmieden für Arbeitswalzen und Stützwalzen bis 1.500 mm Durchmesser; Zu den Materialien gehören Cr2, Cr3, Cr5, Cr-Ni-Mo, Semi-HSS und kundenspezifische Legierungen

• Gusswalzen: Schleuderguss für Walzen aus Gusseisen und Sphäroguss mit hohem Chromgehalt; Sandguss für große Stützwalzenkerne

• Wärmebehandlung: Differenzielles Härten (harte Oberfläche, zäher Kern) mit präziser Steuerung des Härtegradienten; Induktionshärten für Arbeitswalzen

• Schleifen: CNC-Walzenschleifen auf Profiltoleranzen von ±0,01 mm; Oberflächengüte Ra < 0,4 μm für Warmwalzwalzen, Ra < 0,1 μm für Kaltwalzwalzen

• Inspektion: 100 % Ultraschallprüfung (UT) auf innere Festigkeit; Magnetpulverprüfung (MPI) auf Oberflächenrisse; Härteprüfung an jeder Rolle; Profilmesszertifikat

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Um ein Angebot zu erhalten, geben Sie Folgendes an:

• ✅ Walzentyp (Arbeitswalze / Stützwalze / Zwischenwalze)

• ✅ Mühlentyp und Gerüstposition (z. B. Warmbandstraße, Fertiggerüst F5)

• ✅ Rollenabmessungen: Fassdurchmesser × Fasslänge × Gesamtlänge; Halsdurchmesser und -länge

• ✅ Erforderliche Angabe der Oberflächenhärte und des Härtegradienten

• ✅ Materialangabe (oder aktuelles Rollenmaterial zum Austausch)

• ✅ Menge und gewünschter Liefertermin

• ✅ Zeichnung oder Musterrolle für Reverse Engineering verfügbar

E-Mail: jasmine@yileindustry.com

RFQ einreichen: www.yilemachinery.com/contactus.html

Alle technischen Anfragen werden innerhalb von 24 Stunden beantwortet. Reverse Engineering von Musterrollen oder abgenutzten Rollen wird akzeptiert.

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