Beim Walzen wird Metall zwischen rotierenden Walzen umgeformt. Statt fertiger Bauteile entstehen dabei vor allem die Halbzeuge, von denen fast jedes andere Fertigungsverfahren ausgeht – Bleche, Platten, Stangen und Rohre. Der entscheidende Vorteil des Walzens: Es lassen sich große Mengen gleichmäßigen Metallmaterials schnell und vergleichsweise kostengünstig herstellen.
Dieser Beitrag erklärt, wie das Walzen funktioniert, worin sich Warmwalzen, Kaltwalzen und Halbwarmwalzen unterscheiden und welche Walzwerke für welche Produkte eingesetzt werden – und was das für die Materialwahl Ihrer individuellen Bauteile bedeutet.
Was ist Walzen?
Beim Walzen wird Metall durch rotierende Walzen geführt, die es zusammendrücken und in die Länge strecken. Dieses Umformverfahren ist dafür bekannt, Material mit gleichmäßigem Querschnitt in hoher Geschwindigkeit herzustellen. Das Spektrum der Walzprodukte reicht von Blechen und Platten über Stangen, Drähte und Langprodukte bis hin zu Vierkant- und Rundrohren.
Gewalztes Material wird im Bauwesen und in der Fertigungsindustrie in großem Umfang eingesetzt. Gewalzte Bleche sind zum Beispiel das Ausgangsmaterial für Getränkedosen, Batterien und Fahrzeugteile.
Je nach Umformtemperatur unterscheidet man drei Arten des Walzens: Warmwalzen, Kaltwalzen und Halbwarmwalzen.
Warmwalzen, Kaltwalzen und Halbwarmwalzen im Vergleich
Die Tabelle vergleicht die drei Walzarten für Stahl. In den folgenden Abschnitten wird jede davon im Detail erklärt.
| Eigenschaft | Warmwalzen | Kaltwalzen | Halbwarmwalzen |
|---|---|---|---|
| Temperatur (Stahl) | Ca. 900–1.200 °C | Meist Raumtemperatur | Ca. 600–900 °C |
| Lage zur Rekristallisation | Oberhalb | Unterhalb | Unterhalb, aber bei erhöhter Temperatur |
| Umformkraft | Gering | Hoch | Mittel |
| Maßgenauigkeit | Geringer | Hoch | Mittel |
| Oberfläche | Zunder (Oxidschicht) | Glatt und blank | Besser als beim Warmwalzen |
| Kaltverfestigung | Keine | Ja – höhere Festigkeit, geringere Duktilität | Verringert |
| Typische Produkte | Platten, dicke Bleche, Profile, Schienen | Dünne Bleche und Bänder mit engen Toleranzen | Produkte, die sich warm oder kalt nur schwer walzen lassen |
Warmwalzen
Beim Warmwalzen wird das Metall vor der Umformung erwärmt, damit es sich leichter formen lässt. Bei Stahl bedeutet das Temperaturen von etwa 900–1.200 °C: Das Material ist rotglühend, wenn es die Walzen durchläuft. Da die Temperatur oberhalb des Rekristallisationspunkts liegt, bildet sich das Gefüge des Metalls während des Walzens laufend neu.
Vorteile
- Bessere Umformbarkeit: Bei hohen Temperaturen sinkt der Umformwiderstand des Metalls, sodass große Querschnittsabnahmen mit weniger Kraft möglich sind.
- Verbessertes Gefüge: Die Rekristallisation verfeinert das Korngefüge und ergibt ein zähes Material.
- Keine Kaltverfestigung: Da das Material oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur umgeformt wird, verfestigt es sich beim Walzen nicht.
Nachteile
- Geringere Maßgenauigkeit: Große Temperaturänderungen während und nach dem Walzen führen dazu, dass das Material ungleichmäßig schrumpft.
- Oberflächenqualität: An der Luft oxidiert die heiße Oberfläche und bildet Zunder, der eine rauere, optisch weniger ansprechende Oberfläche hinterlässt.
- Energie und Kosten: Das Erwärmen des Materials erfordert viel Energie und erhöht die Kosten.
Kaltwalzen
Kaltwalzen findet unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls statt – in der Regel bei Raumtemperatur, ohne das Material vorher zu erwärmen. Das Material erwärmt sich zwar während der Umformung, wird aber nicht gezielt erhitzt. Kaltwalzen wird typischerweise eingesetzt, um warmgewalztes Material zu dünnen, maßgenauen Blechen und Bändern auszuwalzen.
Vorteile
- Keine Erwärmungsanlagen nötig: Das Material wird bei Raumtemperatur verarbeitet und lässt sich leichter handhaben.
- Hohe Maßgenauigkeit: Kaltwalzen erreicht engere Dickentoleranzen als Warmwalzen.
- Ansprechende Oberfläche: Das Verfahren erzeugt eine glatte, blanke Oberfläche.
- Höhere Festigkeit: Die Kaltverfestigung erhöht Festigkeit und Härte des Materials.
Nachteile
- Hoher Umformwiderstand: Bei niedrigen Temperaturen setzt das Metall der Umformung mehr Widerstand entgegen, sodass das Walzen mehr Kraft erfordert.
- Kaltverfestigung: Das Material wird härter und weniger duktil. Um die Umformbarkeit wiederherzustellen, ist oft eine anschließende Wärmebehandlung wie Glühen nötig.
Halbwarmwalzen
Das Halbwarmwalzen liegt zwischen Warm- und Kaltwalzen. Bei Stahl wird es typischerweise bei etwa 600–900 °C durchgeführt. Das Verfahren verbindet einige Vorteile beider Varianten: Es erfordert weniger Kraft als das Kaltwalzen und erreicht eine bessere Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität als das Warmwalzen. Halbwarmwalzen wird vor allem für Materialien und Produkte eingesetzt, die sich warm oder kalt nur schwer walzen lassen.
Arten von Walzwerken
Walzwerke sind die Maschinen, die den Walzprozess ausführen. Ihr Aufbau hängt von der gewünschten Form und der Anzahl der Walzen ab. Die Tabelle gibt einen Überblick über sechs gängige Bauarten.
| Walzwerk | Walzenanordnung | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Duo-Walzwerk | Zwei gegenüberliegende Walzen | Auswalzen von Blöcken zu Brammen, einfaches Flachwalzen |
| Quarto-Walzwerk | Zwei Arbeitswalzen, jeweils von einer Stützwalze gestützt | Präzises Flachwalzen von Stahl, Kupfer und Aluminium |
| Vielrollen-Walzwerk (Cluster) | Kleine Arbeitswalzen, gestützt von vielen Stützwalzen | Harte Metalle wie Edelstahl, sehr dünne Folien |
| Planetenwalzwerk | Viele kleine Arbeitswalzen um eine große Stützwalze | Sehr große Querschnittsabnahmen in einem Stich |
| Universalwalzwerk | Horizontale und vertikale Walzen | Profile wie Doppel-T-Träger |
| Schrägwalzwerk (Mannesmann) | Schräg gestellte Kegelwalzen und ein Lochdorn | Nahtlose Stahlrohre |
Duo-Walzwerk
Das Duo-Walzwerk besteht aus zwei gegenüberliegenden Walzen, die das Metall zusammendrücken. Diese einfache Bauart wird zum Vorwalzen eingesetzt – zum Beispiel, um gegossene Blöcke zu Brammen auszuwalzen – sowie für einfaches Flachwalzen.
Quarto-Walzwerk
Ein Quarto-Walzwerk hat zwei Arbeitswalzen, die jeweils von hinten durch eine größere Stützwalze gestützt werden. Die Stützwalzen verringern die Durchbiegung der Arbeitswalzen und ermöglichen so ein hochpräzises Walzen. Quarto-Walzwerke werden für Stahl sowie für Kupfer und Aluminium eingesetzt.
Vielrollen-Walzwerk (Cluster-Walzwerk)
Vielrollen-Walzwerke, auch Cluster-Walzwerke genannt, haben noch mehr Stützwalzen als Quarto-Walzwerke. Der Name kommt von der Gruppe („Cluster“) aus Stützwalzen, die jede Arbeitswalze stützen und einen sehr hohen Walzdruck ermöglichen. Dadurch lassen sich auch harte Metalle wie Edelstahl walzen. Dank des kleinen Arbeitswalzendurchmessers und der starken Abstützung biegen sich die Arbeitswalzen nicht durch – Vielrollen-Walzwerke eignen sich daher ideal zum Kaltwalzen extrem dünner Materialien wie Kupferfolie.
Planetenwalzwerk
Bei einem Planetenwalzwerk sind viele kleine Arbeitswalzen am Umfang einer großen Stützwalze angeordnet. Die kleinen Walzen laufen in einer Planetenbewegung über das Material, was sehr große Querschnittsabnahmen und eine hohe Walzleistung ermöglicht. Diese Bauart ist besonders effektiv bei starken Querschnittsabnahmen und großen Materialmengen.
Universalwalzwerk
Universalwalzwerke haben sowohl horizontale als auch vertikale Walzen und können daher gleichzeitig aus mehreren Richtungen Druck ausüben. Damit eignen sie sich zum Walzen komplexer Querschnitte wie Doppel-T-Träger aus vorprofilierten Vorblöcken oder Profilvorblöcken.
Schrägwalzwerk (Mannesmann-Verfahren)
Schrägwalzwerke nach dem Mannesmann-Verfahren stellen nahtlose Stahlrohre her. Zwei schräg gestellte Kegelwalzen versetzen einen massiven Rundblock in Drehung und schieben ihn über einen Lochdorn, der die Hohlform von innen ausbildet. Da die Rohre keine Schweißnaht haben, eignen sie sich ideal für Hochdruckanwendungen wie Ölpipelines, Kessel und andere kritische Infrastruktur, in der Flüssigkeiten oder Gase transportiert werden.
Gewalzte Materialien für Bauteile von meviy
meviy fertigt individuell konstruierte Bauteile nach Ihren eigenen 3D-CAD-Daten – keine Norm- oder Katalogteile. Die meisten auswählbaren Materialien sind Walzprodukte. Wenn Sie wissen, ob ein Material warm- oder kaltgewalzt ist, können Sie seine Oberfläche und Maßgenauigkeit besser einschätzen:
- Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt EN 1.0330 equiv. (EN 1.0320 equiv. [warm gewalzt]) von 0,8 bis 6,0 mm für Teile aus der Blechbearbeitung
- Verzinkte Varianten EN 1.0330 equiv. (elektrolytisch verzinkt) und EN 1.0330 equiv. (Galvanisiert) – siehe SECC vs. SGCC
- Warmgewalzter Baustahl EN 1.0038 equiv. für Platten von 9 bis 16 mm – mehr dazu in unserem Leitfaden zu Kohlenstoffstahl
- Edelstahlblech EN 1.4301 equiv. und EN 1.4016 equiv. sowie Aluminiumblech EN AW-5052 equiv.
- Gewalzte Flachstangen und Platten als Ausgangsmaterial für Teile aus dem CNC-Fräsen
Blechteile werden durch Laserschneiden zugeschnitten und durch Biegen umgeformt. Sie laden Ihr 3D-Modell hoch, wählen das Material und erhalten sofort Preis und Liefertermin.
Häufige Fragen zum Walzen
Was ist der Unterschied zwischen warm- und kaltgewalztem Stahl?
Warmgewalzter Stahl wird oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur gewalzt. Er lässt sich leichter umformen, hat aber eine geringere Maßgenauigkeit und eine verzunderte Oberfläche. Kaltgewalzter Stahl wird bei Raumtemperatur gewalzt: Er hat engere Toleranzen, eine glatte Oberfläche und durch die Kaltverfestigung eine höhere Festigkeit, ist aber in der Herstellung teurer.
Ist kaltgewalzter Stahl fester als warmgewalzter Stahl?
In der Regel ja. Kaltwalzen verfestigt das Material, was Festigkeit und Härte erhöht, die Duktilität aber verringert. Soll das Material weiter umgeformt werden, wird es nach dem Kaltwalzen oft geglüht, um seine Umformbarkeit wiederherzustellen.
Was bedeuten SPCC und SPHC?
SPCC und SPHC sind japanische JIS-Bezeichnungen für kaltgewalztes bzw. warmgewalztes Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Bei meviy Europe wird das entsprechende Blechmaterial als EN 1.0330 equiv. geführt, die warmgewalzte Variante als EN 1.0320 equiv.
Wofür wird ein Quarto-Walzwerk eingesetzt?
Ein Quarto-Walzwerk arbeitet mit zwei kleinen Arbeitswalzen, die von zwei größeren Stützwalzen gestützt werden. Die Stützwalzen verhindern, dass sich die Arbeitswalzen durchbiegen, sodass das Walzwerk Bleche und Bänder aus Stahl, Kupfer oder Aluminium mit hoher Dickengenauigkeit walzen kann.
Walzen: die Grundlage für Blech, Stange und Rohr
Walzen ist ein Umformverfahren, bei dem Metall durch Walzen geführt wird, um Bleche, Stangen oder Rohre herzustellen. Je nach Temperatur unterscheidet man Warmwalzen, Kaltwalzen und Halbwarmwalzen. Die Walzwerke variieren je nach Anwendung: Duo-, Quarto- und Vielrollen-Walzwerke sind für Flachprodukte verbreitet, Universalwalzwerke stellen Profile wie Doppel-T-Träger her, und Schrägwalzwerke fertigen nahtlose Rohre. Wenn Sie wissen, wie Ihr Material gewalzt wurde, wählen Sie leichter das richtige Blech oder die richtige Stange für Ihre Bauteile.