Neuartige hybride Hochleistungswalze zur Substitution hartverchromter Schichten – Hybrid-Roll

Im Rahmen eines neuen Forschungsvorhabens arbeiten wir zusammen mit dem Lehrstuhl Werkstofftechnik der Ruhr-Universität Bochum, der Deutschen Edelstahlwerke Specialty Steel GmbH & Co. KG und der C.D. Wälzholz GmbH & Co. KG an der Entwicklung einer hybriden Walze für Kaltwalzanwendungen. Diese basiert auf einer völlig neuartigen Werkstoff- und Verfahrenskombination. Die aktuell weltweit verwendeten schmelzmetallurgisch erzeugten, hartverchromten Walzen, können somit ersetzt werden. Außerdem werden die sehr nachteiligen Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen durch das bei der Hartverchromung freigesetzte Chrom-(VI) vermieden. Gleichzeitig soll die Verschleißbeständigkeit der Walze signifikant erhöht werden, so dass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit beim Walzen von hochfesten Erzeugnissen für Leichtbauanwendungen erreicht wird.

Der hochgradig verschleißfeste Arbeitsbereich der hybriden Walze besteht aus einer pulvermetallurgisch erzeugten Legierung. Der Kern- und die Zapfenbereiche der Walze werden aus einer kostengünstigeren, schmelzmetallurgisch hergestellten Legierung produziert. Entwickelt werden soll eine speziell für die Erfordernisse der Kaltwalzindustrie angepasste hochverschleißfeste, pulvermetallurgisch erzeugte Legierung, die aufgrund des hohen Anteils von speziell ausgebildeten Hartstoffen schmelzmetallurgisch nicht darstellbar ist.

Auf Basis einer völlig neuartigen Verdichtungs-/Umformtechnologie sollen die aktuell bestehenden Größenbeschränkungen bei der Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Verbundwalzen aufgelöst werden.

Die ebenfalls größenlimitierend wirkende Vakuumwärmebehandlung, mit der aktuell pulvermetallurgisch erzeugte Walzen auf die benötigten Werkstoffeigenschaften eingestellt werden, soll durch eine neuartige und auf alle Walzengrößen anwendbare induktive Randschicht-Härtung abgelöst werden.

Wir werden im Rahmen des Vorhabens das Verhalten der neuartigen Verbundwalzenrohlinge während der induktiven Randschichthärtung erforschen. Besonders im Fokus stehen hier die komplexen Wechselwirkungen zwischen den temperatur- und phasenabhängigen Werkstoffeigenschaften. Außerdem werden die Aufheiz- und Abschreckbedingungen genau betrachtet. Die geometrischen Verhältnisse, die mittels FEM-Simulation mit besonderem Schwerpunkt auf die Spannungsentwicklung und die Einstellung des gewünschten Härtungsgefüges betrachtet werden, werden ebenfalls Teil unserer Arbeit sein.

Die in den Simulationen entwickelten Wärmebehandlungsparameter und gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend auf reale Wärmebehandlungen der neuartigen hybriden Walzen übertragen.

Hierzu wird eine speziell für diesen Anwendungsfall ausgelegte Abschreckbrause für eine sequentielle Abschreckung mit reiner Druckluft und Luft-Wassergemisch  inklusive der notwendigen Mess- und Steuerungstechnik entwickelt.

Im Kontext der Abschreckbrause werden insbesondere die Einflüsse und gegenseitigen Wechselwirkungen von der Düsenart, der Betriebsparameter und der Walzenoberflächentemperatur auf die Wärmeübergänge erforscht. Dabei wird auch die Relativbewegung zwischen Walze und Abschreckdüsen berücksichtigt.

Dieses Projekt wird gefördert durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE, denen wir an dieser Stelle unseren Dank aussprechen.


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