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HSS-Walzen für das Walzen von Langprodukten: Typen, Leistung und Kühlung
HSS-Walzen können in den Fertiggerüsten von Stab- und Betonstahlstraßen zwei- bis viermal mehr Tonnen pro Kaliber walzen als konventionelles Gusseisen. Doch nicht jede „HSS“-Walze ist gleich, und nicht jedes Werk erzielt dasselbe Ergebnis. Dieser Leitfaden erklärt die vier Typen, was man von jedem erwarten kann und welche Kühlbedingungen entscheiden, ob sich HSS lohnt.
Warum HSS-Walzen in Langproduktwalzwerke kamen
Stahlwerke wollen mehr Tonnage bei weniger Stillstand. Jeder Walzenwechsel, jedes Nachdrehen und jeder Stopp kostet Produktion. HSS-Walzen (Schnellarbeitsstahl) wurden entwickelt, um diese Anforderung zu erfüllen.
HSS-Walzen wurden zuerst in den Fertiggerüsten von Warmbreitbandstraßen eingesetzt, wo sie die Qualität des Walzguts verbesserten und den Walzenaufwand senkten. Dieser Erfolg führte dazu, dass auch Langproduktwalzwerke — Stab-, Betonstahl- und Drahtstraßen — HSS einsetzen; heute wird es von den Zwischen- bis zu den Fertiggerüsten verwendet.
Für Langprodukte werden HSS-Walzen hauptsächlich auf zwei Arten hergestellt: im Schleuderguss oder durch Sintern (Pulvermetallurgie mit heißisostatischem Pressen). Schleudergegossenes HSS ist am weitesten verbreitet, da viele Gießereien weltweit es herstellen können. Gesinterte, hoch vanadiumhaltige Güten werden nur von wenigen Herstellern in den USA und Europa produziert.
Die vier Typen von „HSS“-Walzen
Viele Lieferanten bieten „HSS“-Walzen an, doch einige davon sind eigentlich hochbor- oder hochchromhaltige Gusseisen, die nicht für jedes Werk geeignet sind. Es hilft, die vier Typen zu unterscheiden:
Schleuderguss — hochborhaltig
+
- Die günstigste „HSS“-Option
- 2–3× die Leistung von konventionellem Gusseisen
- Günstiger als Hartmetall (Wolframkarbid)
- Nutzt die gesamte Ballenoberfläche, anders als Hartmetall-Verbundwalzen
−
- Funktioniert nicht in jedem Werk
- Nur Fertiggerüste
- Fertigungszeit 120–130 Tage ab Werk
Schleuderguss — hochkohlenstoffhaltig
+
- Der ausgereifteste HSS-Typ im Langproduktwalzen
- Anpassbar für Slitting- und Dog-Bone-Gerüste
- 3–4× die Leistung von konventionellem Gusseisen
- Günstiger als Hartmetall (Wolframkarbid)
- Nutzt die gesamte Ballenoberfläche, anders als Hartmetall-Verbundwalzen
- Einsetzbar von Zwischen- bis Fertiggerüsten
−
- Fertigungszeit 120–130 Tage ab Werk
Hybrid — Schleuderguss und gesintert
+
- Etwa der halbe Preis von Hartmetall
- Deutlich toleranter gegenüber thermischer Ermüdung
- Gute Beständigkeit an der scharfen Spitze von Slitting-Kalibern
- Für viele Walzanwendungen geeignet
- Fertigungszeit 80–100 Tage
−
- Ringsystem, als Verbundwalze montiert
- Begrenzte Fertigungskapazität
Gesintert PM, hoch vanadiumhaltig (9V-Typ)
+
- Weiterhin der leistungsstärkste Werkstoff, wenn die Tonnage das Hauptziel ist
−
- Teuer
- Nur von wenigen Herstellern mit den Verfahrensrechten produziert
- Sehr lange Lieferzeit wegen begrenzter Kapazität
Die hybriden und gesinterten Typen haben die Chemie eines echten Schnellarbeitsstahls und leisten mehr als schleudergegossenes „HSS“.
Leistung in einer Stabstahlstraße: nadelig, HSS und Hybrid
Die folgende Tabelle ist eine Beispielauswertung aus der Stabstahlstraße eines SINOPAC-Kunden. Sie vergleicht konventionelle nadelige Walzen mit hochkohlenstoffhaltigem Schleuderguss-HSS und Hybrid-HSS in den letzten vier Fertiggerüsten. Gesamttonnage pro Walze = Tonnen pro Kaliber × Anzahl Kaliber × Kampagnen pro Walze.
| Gerüst / Kaliber | Werkstoff | Tonnen pro Kaliber | Kaliber | Tonnen pro Einsatz | Mittl. Nachdrehen (mm) | Walzenleben (mm) | Kampagnen pro Walze | Gesamttonnen pro Walze |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 — Dog-Bone | Nadelig | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 15 — Dog-Bone | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 15 — Dog-Bone | Hybrid | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 16 — Slitting | Nadelig | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 16 — Slitting | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 16 — Slitting | Hybrid | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 17 — Leader | Nadelig | 700 | 7 | 4.900 | 3,0 | 55 | 18 | 88.200 |
| 17 — Leader | HSS | 1.750 | 7 | 12.250 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 269.500 |
| 17 — Leader | Hybrid | 2.450 | 7 | 17.150 | 1,7 | 45 | 26 | ≥ 445.900 |
| 18 — Rippen | Nadelig | 300 | 8 | 2.400 | 3,5 | 55 | 15 | 36.000 |
| 18 — Rippen | HSS | 1.100 | 8 | 8.800 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 132.000 |
| 18 — Rippen | Hybrid | 1.800 | 8 | 14.400 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 216.000 |
In diesem Werk walzte HSS in den Dog-Bone-, Slitting- und Leader-Gerüsten etwa 2,5-mal mehr pro Kaliber als nadeliges Gusseisen, Hybrid-HSS etwa 3,5-mal mehr. Da HSS zudem weniger Nachdrehen braucht, hält jede Walze mehr Kampagnen: Die Tonnage pro Walze stieg von etwa 72.000 t auf über 260.000 t mit HSS und auf über 420.000 t mit Hybrid.
Die tatsächliche Leistung hängt von den Walzbedingungen jedes Werks ab — Kalibrierung, Geschwindigkeit, Abnahme, Walzguttemperatur und vor allem der Kühlung.
Kühlung: die Bedingung, die über die HSS-Leistung entscheidet
Gute Wasserkühlung ist für jeden Walzenwerkstoff wichtig, für HSS und andere gehärtete Güten aber entscheidend. Schlechte Kühlung verursacht Brandrisse und Ausbrüche und hebt den Tonnagevorteil schnell auf. Als Richtwerte:
- Wasserdruck meist 2–6 bar, je nach Gerüst
- Wassergeschwindigkeit höchstens 4 m/s
- Wassertemperatur höchstens 35 °C
- Anders als beim Breitbandwalzen wird Wasser aus Platzgründen oft nur auf der Auslaufseite aufgebracht
- Kühlwasser wird oft nur auf das aktive Kaliber gegeben
| Gerüst | Stab Nr. 12 | Stab Nr. 14 | Stab Nr. 13 | Stab Nr. 14 | Stab Nr. 12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Walzengröße (mm) | 400 × 600 | 470 × 850 | 380 × 600 | 340 × 600 | 330 × 650 |
| Kaliber | Rund 34 | Rund 22 | Slitting | Slitting | Oval |
| Kaliberfläche (mm²) | 908 | 380 | 370 | 330 | 910 |
| Abnahme (%) | — | 30–35 | 18 | 10 | 18 |
| Walzgeschwindigkeit (m/s) | 7 | 1–4 | 10–11 | 11–12 | 5–6 |
| Walzkraft (t) | 30 | 40 | 16 | 9 | 20 |
| Wassermenge pro Kaliber | 30 | 50 | 30 | 30 | 48 |
| Druck (kgf/cm²) | 4–5 | 5 | 3–5 | 3–5 | 4–5 |
Die Düsen werden je nach Gerüst als Kombination aus direkten Düsen auf das Kaliber und indirekten 1-Zoll-Düsen angeordnet.
Welches HSS passt zu Ihrem Werk?
Die richtige Wahl hängt von der Gerüstposition, dem Produktmix, den Slitting- oder Rippenkalibern und Ihrem Kühlsystem ab. Eine hochborhaltige Walze kann in einem gut gekühlten Fertiggerüst die wirtschaftlichste Option sein, während eine hochkohlenstoffhaltige oder Hybrid-Walze die sicherere Wahl für Slitting- und Dog-Bone-Kaliber ist.
SINOPAC prüft Ihre Gerüstdaten, die aktuelle Güte und die Kampagnenergebnisse, bevor wir eine Güte empfehlen — damit Sie für die Leistung zahlen, die Sie brauchen. Senden Sie uns Ihre Zeichnungen und Werksdaten, und wir antworten mit einem Güteneinschlag und einem Angebot.