EP4640327A1 - Arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk und verfahren zum kaltwalzen eines flachmaterials, sowie ein kaltwalzwerk - Google Patents

Arbeitswalze für den einsatz in einem kaltwalzwerk und verfahren zum kaltwalzen eines flachmaterials, sowie ein kaltwalzwerk

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Publication number
EP4640327A1
EP4640327A1 EP24172678.5A EP24172678A EP4640327A1 EP 4640327 A1 EP4640327 A1 EP 4640327A1 EP 24172678 A EP24172678 A EP 24172678A EP 4640327 A1 EP4640327 A1 EP 4640327A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cold rolling
rolling mill
rolling
cold
work roll
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24172678.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin LAUER
Folkert Schulze-Kraasch
Jöran SPRUNGK
Stefan Wischmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP24172678.5A priority Critical patent/EP4640327A1/de
Publication of EP4640327A1 publication Critical patent/EP4640327A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B2001/221—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length by cold-rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/10—Roughness of roll surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/021—Rolls for sheets or strips

Definitions

  • the invention relates to work rolls for use in a cold rolling mill and a method for cold rolling a flat material, as well as a cold rolling mill.
  • the surface roughness of the work rolls tends to decrease with use. A higher grinding roughness thus offers the possibility of a longer rolling service life.
  • the production sequence must be adapted to the changing friction conditions with regard to the flat material, its thickness, and width. Furthermore, excessive grinding roughness can lead to significant contamination of the work rolls and the flat material.
  • Textured work rolls offer the possibility of introducing a defined surface structure into the surfaces of the flat product. Random, so-called stochastic structures are created by blasting the roll surfaces with grains (shot blasting textureding), by electrical discharge texturing (EDT), or by electroplating (electrochemical deposition).
  • valleys and plateaus can be selectively created in a regular shape and arrangement, so-called deterministic structures (laser texturing, electron beam texturing), as exemplified in the WO 1995/026836 A1 explained.
  • the EP 1 368 140 B1 reveals a cold rolling process with a sequence of several textured work rolls to produce a surface roughness similar to electropolishing on an aluminium flat product.
  • the SU 1 733 159 A1 This reveals a cold rolling roll with a micro-relief on the working surface, designed to enhance technological capabilities.
  • the micro-relief consists of periodically arranged holes with a depth of 0.4 mm to 0.5 mm and a diameter of 1.5 mm to 2.0 mm, spaced 2 mm to 6 mm apart. These structures are intended to make the working rolls more resistant and improve the quality of the bent profile.
  • the object of the invention is to provide the surface of the work roll with a suitable texture so that it can better meet the requirements of cold rolling.
  • the rolling force must be reduced to conserve resources and when rolling high-strength materials.
  • Further objectives include increasing service life, while ensuring proper gripping conditions, especially in conjunction with sufficient flatness and cleanliness of the flat material. An additional wear-resistant coating may be unnecessary.
  • the problem relating to a work roll for use in a cold rolling mill is solved by the features of claim 1.
  • the problem relating to a method for cold rolling a flat material is solved by the features of claim 6.
  • the problem relating to a cold rolling mill is solved by the features of claim 9.
  • the teaching of the invention is that a reduction in rolling force can be achieved without impairing the cold rolling conditions by suitable texturing of the surface of the work roll.
  • the surface topography of work rolls according to the invention preferably includes continuous valleys transverse and/or oblique to the rolling direction, which function as lubricant channels.
  • This structuring allows for the targeted adjustment of rolling forces to a lower level. Reducing the rolling force is advantageous, among other things, for processing high-strength materials, preferably steels, for increasing flat material widths and/or pass thicknesses, for extending tool life, for increasing the energy efficiency of the forming process, and/or for reducing contamination.
  • the valleys divide the surface of the work roll into separate plateaus or plateau areas. To ensure a long roll service life, it is desirable for the transition from the plateau segment to the valley to be as abrupt as possible.
  • the depressions, or the resulting valleys, in the roll surface are preferably created by laser irradiation.
  • An alternative method for producing these valleys could, for example, involve cross-grinding.
  • the valleys serve primarily to collect the abrasion particles inevitably generated during the cold rolling process from the roll gap.
  • the valleys are essentially continuous, allowing, for example, a liquid rolling fluid to escape and carry the abrasion particles with it.
  • a key characteristic of the work roll surface is that it incorporates open valleys and thus lubricant channels, which preferably run obliquely to the rolling direction.
  • a closed texture on the surface of a work roll such as could be created by isolated laser shots, would quickly become clogged by abrasion. Any lubricant trapped within would thus reduce friction to such an extent that the flat material being rolled would slip and, in the worst case, become unrollable.
  • the particularly open design of the valleys improves gripping conditions by increasing friction at the entrance to the roll gap. Excess rolling medium can escape from the plateaus and spread out in the valleys.
  • a first teaching of the invention relates to a work roll for use in a cold rolling mill with a surface wherein the topography defines valleys and plateaus or plateau areas and has the following topography properties according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09: a mean arithmetic height Sa between 0.30 ⁇ m and 4.0 ⁇ m, a core height Sk between 0.40 ⁇ m and 8.0 ⁇ m and an area of the valleys Sak2 between 0.15 ml/m 2 and 5.0 ml/m 2 .
  • the topography on the surface of the work roll according to the invention is designed in such a way as to ensure rollability.
  • the valleys of the work roll are designed such that the area of the valleys Sak2 is in particular at least 0.18 ml/ m2 , preferably at least 0.20 ml/ m2 , more preferably at least 0.25 ml/ m2 , and most preferably at least 0.30 ml/ m2 .
  • the area of the valleys Sak2 can be up to 3.0 ml/ m2 , in particular up to 2.6 ml/ m2 , more preferably up to 2.3 ml/ m2 , and more preferably up to 2.0 ml/ m2 .
  • the mean arithmetic height Sa of the described topography has an influence on the entirety of the cold rolling process, the lubrication and adhesion conditions, the friction, etc.
  • Friction acting at the contact surfaces of two touching bodies makes it more difficult for them to move relative to each other.
  • the frictional force acts in the opposite direction to the relative motion of the bodies. Friction is both an advantage and a disadvantage for the rolling process:
  • friction is essential so that the work roll can grip the material and drive it forward in the strip direction. Gripping is possible when the angle of engagement is smaller than the angle of friction. From the so-called At the flow gap, the material being rolled moves faster than the work roll. To facilitate strip movement, friction should be as low as possible from this point onward.
  • lubrication pockets and/or channels into the work roll ensures a sufficient supply of lubricant, which reduces friction at the roll gap exit. Insufficient lubrication would cause friction to increase again, hindering the rolling process and potentially leading to strip warping.
  • the mean arithmetic height Sa of the topography can, in particular, be at least 0.40 ⁇ m, 0.50 ⁇ m, or 0.60 ⁇ m.
  • the mean arithmetic height S a of the topography can, in particular, be limited to a maximum of 4.90 ⁇ m, 4.70 ⁇ m, or 4.50 ⁇ m, preferably to a maximum of 4.10 ⁇ m, 3.90 ⁇ m, or 3.70 ⁇ m, and more preferably to a maximum of 3.50 ⁇ m, 3.30 ⁇ m, or 3.0 ⁇ m. If the mean arithmetic height Sa of the topography falls below 0.30 ⁇ m, the required rolling conditions cannot be guaranteed, and therefore sufficient rolling or the desired deformation in the rolling stand cannot be ensured.
  • a mean arithmetic height Sa of the topography above 5.0 ⁇ m can also have a negative effect on rolling.
  • the microstructuring can be carried out, for example, using a laser.
  • the area of the valleys Sak2 is in particular at least 0.60 ml/m 2 , preferably at least 0.70 ml/m 2 . With this size of the area of the valleys Sak2, the rolling force required for the rolling process can be reduced.
  • the reduced valley floor depth Svk is at least 2.50 ⁇ m, in particular at least 3.50 ⁇ m, preferably at least 4.50 ⁇ m to 12.0 ⁇ m, in particular up to 11.0 ⁇ m, preferably up to 10.0 ⁇ m.
  • the topography or surface of the work roll can preferably be determined using an areal measuring system, for example, with a measuring area of at least 1 mm ⁇ 1 mm.
  • the measuring area can be, for example, up to 10 mm ⁇ 10 mm, preferably up to 5 mm ⁇ 5 mm.
  • a square measuring area is not strictly necessary; formats such as 2 mm ⁇ 5 mm are also acceptable.
  • the surfaces to be evaluated can, for example, be scale-limited according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09 in section 3.1.9.
  • the refinement index of the L-filter can be, for example, 1.0 mm and that of the S-filter, for example, 0.010 mm.
  • an areal Gaussian filter according to ISO 16610-21:2011 is used for filtering.
  • the parameter Sa is the "mean arithmetic height" according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Chapter 4.2.8). It describes the mean of the absolute ordinate values of the scale-bounded surface.
  • the parameter Sk is the "core height” according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (section 4.5.4.2 in conjunction with Figure 14). It describes the distance between the highest and lowest levels of the "core surface”.
  • the parameter Smrk1 is the "material fraction of the hills" in percent according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Chapter 4.5.4.7 in conjunction with Figure 14).
  • a material volume per area of 1 ml/ m2 is equivalent to an average height of 1 ⁇ m.
  • the parameter Smrk2 is the "material content of the valleys" in percent according to DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Chapter 4.5.4.2 and Chapter 4.5.4.8).
  • a material volume per area of 1 ml/ m2 is equivalent to an average height of 1 ⁇ m.
  • Figure B1 in DIN EN ISO 25178-2:2023-09 serves to illustrate and calculate the aforementioned parameters.
  • Topography can be recorded using a confocal light microscope.
  • the data acquired is then subjected to filtering operations, which can be performed using evaluation software such as MountainsMap from digital surf.
  • the aforementioned parameters are standard parameters in MountainsMap.
  • a topography according to the invention on a work roll exhibited a comparable service life to standard work rolls with a surface coated with a metallic protective layer.
  • the work roll according to the invention can be considered an "uncoated" work roll with a bare surface.
  • Work rolls for cold rolling processes are usually made of metal, for example, they are forged or cast. It goes without saying that the topography is designed axially on the surface of the work roll to such an extent that the flat material to be rolled can be gripped by the topography across its entire width in the rolling direction.
  • the flat material to be cold-rolled is preferably generally a steel flat product in strip form (steel strip).
  • steel flat product in strip form
  • aluminum flat product aluminum strip
  • aluminum strip can also be cold-rolled with the work roll according to the invention.
  • the work roll in a cold rolling process must meet different requirements compared to rolls in tempering processes, so-called temper rolls.
  • temper rolls In addition to the aforementioned tasks of removing abrasion and extending service life, a virtually slip-free cold rolling process must also be ensured. Therefore, the surface topography of work rolls for the cold rolling process must be specifically designed and is not comparable to the surface topography of temper rolls.
  • the plateaus are preferably arranged in a regular shape and at regular intervals on the surface of the work roll. This design can be considered deterministically textured, meaning that a surface structure with recurring patterns is created, with plateaus and valleys that have a defined shape and/or configuration, cf. EP 2 892 663 B1 .
  • a thermal process can be used for texturing, for example, laser texturing.
  • Devices for carrying out the laser texturing process are state of the art; see also EP 2 892 663 B1 also the EP 3 172 006 B1 and the EP 3 877 112 A1
  • ablation i.e., material removal in the area of impact.
  • the laser beams can overlap or be spaced so far apart that a near-original state remains between them. The areas not hit by the laser beam thus form the plateaus on the surface of the work roll.
  • a mechanical texturing method can be used, for example, engraving.
  • Devices for carrying out engraving are also state of the art.
  • etching etching
  • Devices for carrying out etching are also state of the art.
  • the valleys have a depth between 2 and 40 ⁇ m.
  • the depth can be at least 3 ⁇ m, 4 ⁇ m, 5 ⁇ m, preferably at least 7 ⁇ m, 8 ⁇ m, 9 ⁇ m, in order to counteract unavoidable wear during cold rolling.
  • the desired topography is maintained to ensure a certain service life for the work roll.
  • the depth can be limited, in particular, to a maximum of 35 ⁇ m, 30 ⁇ m, 25 ⁇ m, preferably to a maximum of 20 ⁇ m, 18 ⁇ m, 15 ⁇ m.
  • the valleys can have a width between 5 and 100 ⁇ m.
  • the width can be at least 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, 20 ⁇ m, and preferably at least 25 ⁇ m, in order to ensure, in conjunction with the depth, a sufficient void volume for receiving abrasion and thus for the corresponding removal during cold rolling.
  • the width can be limited, in particular, to a maximum of 85 ⁇ m or 60 ⁇ m to prevent the formation of unwanted protrusions and thus near-surface profiling on the flat material to be rolled, especially in the rolling direction.
  • the invention relates to a method for cold rolling a flat material or a metal flat material in a cold rolling mill with at least one, in particular at least two, preferably at least three, preferably at least four and at most nine, in particular at most seven, preferably at most five rolling stands, in particular of a steel or aluminum flat product, wherein in at least one rolling stand two work rolls according to the invention are used, which act on the flat material and cause a thickness reduction of at least 5 and at most 90%, wherein the thickness reduction corresponds to the ratio of the thicknesses of the flat material before entering the rolling stand and after exiting the same rolling stand.
  • the thickness reduction in a rolling stand can be at least 10%, preferably at least 15%, and preferably at least 20%.
  • the thickness reduction in a rolling stand can be at most 80%, preferably at most 70%, more preferably at most 60%, further preferably at most 50%, and most preferably at most 40%, for example, per pass.
  • Materials requiring high rolling forces especially steel materials with tensile strengths greater than 600 MPa, particularly greater than 780 MPa, preferably greater than 900 MPa, preferably greater than 1050 MPa, can also be cold-rolled more effectively and with greater process stability, so that, among other things, limit forces of the rolling stand may not be reached, which also makes it possible to roll larger dimensional widths and/or thicknesses.
  • the invention relates to a cold rolling mill with at least one, in particular at least two, preferably at least three, more preferably at least four and at most nine, in particular at most seven, more preferably at most five rolling stands, wherein at least one rolling stand has two work rolls according to the invention, which are manufactured in particular according to the second teaching of the invention.
  • a cold rolling mill with one rolling stand can, for example, be a reversing stand.
  • two work rolls according to the invention can be provided, particularly when viewed in the process direction, at least in the first and second or in the second and third rolling stand.
  • the cold rolling mill is a tandem cold rolling mill or a part thereof.
  • Other equipment can also be connected upstream and/or downstream of the cold rolling mill in the process direction, such as a continuous pickling line in the upstream section of the cold rolling mill.
  • a continuous pickling line in the upstream section of the cold rolling mill.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a work roll (1) according to the invention and the corresponding topography (3) is shown in Figure 1 shown.
  • Figure 1 In the upper right is a sketch of a work roll (1) with a surface (2) for use in a cold rolling mill. It is preferably open and deterministically textured. From the In the small window, there is a magnification on the left.
  • Figure 1 shown which schematically represents a partial top view of the surface (2) of the work roll (1) with a topography (3).
  • the illustration at the bottom right in Figure 1 Figure 1 shows a partial cross-section of the work roll (1), which defines the topography (3) on the surface (2) with plateaus (3.1) and valleys (3.2).
  • the depth (T), which can range from 2 to 40 ⁇ m, and the width (B), which can range from 5 to 100 ⁇ m, of the valley (3.2) are illustrated in the partial cross-sectional view.
  • the depth (T) is determined from the highest point of the plateau (3.1) surrounding the valley (3.2) on the surface (2) of the work roll (1), and the lowest point is measured within the valley (3.2) formed in the work roll (1).
  • the width (B) is determined on the surface (2) between two opposing points where the curvature or radius, and thus the indentation of the valley (3.2), begins.
  • Work roll pairs 1 and 2 had a double-I structure in different orientations, work roll pair 3 a herringbone structure.
  • Work roll pairs 4 to 11 had a square configuration, cf. Figure 1 bottom left, with different sizes ranging from 2 ⁇ m ⁇ 2 ⁇ m to 35 ⁇ m ⁇ 35 ⁇ m.
  • the average depth (T) of the valleys (3.2) was approximately 7 ⁇ m, and the average width (B) of the valleys (3.2) was approximately 35 ⁇ m.
  • the average depth (T) of the valleys (3.2) was approximately 7 ⁇ m, and the average width (B) of the valleys (3.2) in pairs 1 and 3 was also approximately 35 ⁇ m, while in pair 2 it was approximately 70 ⁇ m.
  • the work roll pairs 12 to 14 were machined (only) with a grinding stone and exhibited different grinding roughness. The higher the grinding roughness, the greater the rolling force. All work roll pairs were uncoated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitswalze (1) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Flachmaterials, sowie ein Kaltwalzwerk.

Description

  • Die Erfindung betrifft Arbeitswalzen für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Flachmaterials, sowie ein Kaltwalzwerk.
  • Arbeitswalzen in Walzgerüsten in Kaltwalzwerken einer Stahlflachproduktion, werden üblicherweise mit einer bestimmten Rauheit meist durch Schleifen versehen. Die Rauheit auf den Walzenoberflächen verändert die Reibung im Walzspalt. Sie kann verhindern, dass ein Durchrutschen des Flachmaterials zu Oberflächenfehlern führt. Damit das Flachmaterial von der Arbeitswalze im Eingang des Walzspaltes gegriffen und zwischen die Walzenoberflächen durchgetrieben werden kann, muss die Reibung zwischen Flachmaterial und Walzenoberfläche ausreichend groß sein, damit die Greifbedingung gegeben ist.
  • Die Rauheit auf den Arbeitswalzen nimmt tendenziell mit der Einsatzdauer ab. Eine höhere Schleifrauheit bietet so die Möglichkeit einer längeren Walzstandzeit. Die Produktionsfolge muss dabei jedoch hinsichtlich des Flachmaterials sowie dessen Dicke und Breite an die sich verändernden Reibungsbedingungen angepasst werden. Eine zu hohe Schleifrauheit kann darüber hinaus zu einer großen Verschmutzung der Arbeitswalzen und des Flachmaterials führen.
  • Texturierte Arbeitswalzen bieten die Möglichkeit, eine definierte Oberflächenstruktur in die Oberflächen des Flachprodukts einzubringen. Regellose, sogenannte stochastische Strukturen entstehen beim Strahlen der Walzenoberflächen mit Körnern (Shot Blasting Texturing), bei der Funkenerosion (Electro Discharge Texturing) oder durch das Elektroplattieren (Electro Chemical Deposition).
  • Mittels Laser- oder Elektronenstrahlen lassen sich gezielt Täler und Plateaus in regelmäßiger Form und Anordnung erzeugen, sogenannte deterministische Strukturen (Laser Texturing, Electron Beam Texturing), wie beispielhaft in der WO 1995/026836 A1 dargelegt.
  • Die EP 1 368 140 B1 offenbart einen Kaltwalzprozess mit einer Abfolge mehrerer texturierter Arbeitswalzen, um an einem Aluminium-Flachprodukt eine Oberflächenrauheit ähnlich dem Elektropolieren zu erzeugen.
  • Die SU 1 733 159 A1 offenbart eine Kaltwalzrolle mit einem Mikrorelief auf der Arbeitsoberfläche, um die technologischen Möglichkeiten zu verbessern. Das Mikrorelief besteht aus periodisch angeordneten Löchern mit einer Tiefe von 0,4 mm bis 0,5 mm und Durchmesser zwischen 1,5 mm und 2,0 mm in einem Abstand von 2 mm bis 6 mm. Die Strukturen sollen die Arbeitswalzen widerstandsfähiger machen und die Qualität des gebogenen Profils verbessern.
  • Hintergrund der konventionellen Oberflächenveredelung von Arbeitswalzen ist, dass die Oberflächen der Arbeitswalzen durch das Aufbringen einer metallischen Schutzschicht, z. B. einer Hartverchromung, einen verbesserten Verschleißschutz in Bezug auf Standzeiten, sowie einen positiven Einfluss auf die entsprechend geforderte Band-Sauberkeit bietet. Die EP 0 184 568 B1 offenbart die Bearbeitung einer solchen Schicht mittels Laser-Strahlbündel zur Legierungsbildung und Mikrostrukturierung.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Oberfläche der Arbeitswalze mit einer geeigneten Textur zu versehen, damit sie den Anforderungen des Kaltwalzens besser genügen kann. Insbesondere zur Ressourcenschonung und zum Walzen von hochfesten Werkstoffen ist die Walzkraft zu reduzieren. Weitere Ziele sind eine Erhöhung der Standzeiten, wobei die Greifbedingung sichergestellt sein muss, insbesondere in Verbindung mit einer ausreichenden Planheit des Flachmaterials und Sauberkeit. Eine zusätzlich Verschleißschutzschicht kann verzichtbar sein.
  • Die Aufgabe in Bezug auf eine Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Flachmaterials wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Die Lehre der Erfindung ist, dass sich durch eine geeignete Texturierung der Oberfläche der Arbeitswalze eine Verminderung der Walzkraft ohne Beeinträchtigung der Kaltwalzbedingungen erzielen lässt.
  • Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Schriften offenbaren keine Lösung, wie die Topografie der Oberfläche auf Arbeitswalzen gestaltet sein sollte, um die für einen Kaltwalzprozess erforderliche Walzkraft zu reduzieren.
  • Die erfindungsgemäße Topografie für die Oberfläche von Arbeitswalzen beinhaltet vorzugsweise durchgängige Täler quer und/oder schräg zur Walzrichtung, welche als Schmierstoffkanäle fungieren. Durch diese Strukturierung können gezielt Walzkräfte eingestellt werden, welche sich auf einem niedrigeren Niveau befinden. Die Absenkung der Walzkraft ist u.a. vorteilhaft für die Verarbeitung hochfester Werkstoffe, bevorzugt Stähle, für die Erhöhung der Flachmaterialbreiten und/oder Stichabnahmen, für die Verlängerung der Standzeiten, für die Erhöhung der Energieeffizienz der Umformarbeit und/oder für die Verminderung der Verschmutzung.
  • Diese Strukturen sowie die nachfolgend beanspruchten Parameter haben auch einen positiven Einfluss auf den Verschleißwiderstand. Dadurch kann die Greifbedingung im Verlauf der Walzenreise länger erfüllt sein und auch ein Durchrutschen des Flachmaterials im Walzspalt kann länger unterbunden bleiben. Die Walzkräfte können sich dementsprechend während der Einsatzdauer konstanter als beim Stand der Technik verhalten.
  • Die Täler teilen die Oberfläche der Arbeitswalze in separate Plateaus respektive Plateaubereiche auf. Um die Bedingungen für eine lange Walzenstandzeit erfüllen zu können, ist es wünschenswert, wenn der Übergang vom Plateau-Segment zum Tal möglichst abrupt ist. Die Vertiefungen respektive die daraus entstehenden Täler in der Walzenoberfläche werden vorzugsweise durch Laserbeschuss erzeugt. Eine alternative Herstellung dieser Täler kann beispielsweise in einem Kreuzschliff bestehen.
  • Die Täler haben insbesondere den Zweck, den zwangsläufig im Kaltwalzprozess anfallenden Abrieb aus dem Walzspalt aufzunehmen. Die Täler sind im Wesentlichen durchgängig verbunden, sodass beispielsweise ein flüssiges Walzmedium entweichen kann und dabei die Partikel des Abriebs mitnehmen kann. Es ist eine wesentliche Eigenschaft der Oberfläche der Arbeitswalze, dass sie offene Täler und damit Schmierstoffkanäle beinhaltet, welche bevorzugt schräg zur Walzrichtung verlaufen.
  • Eine geschlossene Textur auf der Oberfläche einer Arbeitswalze hingegen, wie sie durch vereinzelte Laserschüsse eingebracht werden könnte, würde sich rasch durch Abrieb zusetzen. Ein mithin eingeschlossenes Schmiermittel würde damit auch derart die Reibung reduzieren, dass das zu walzende Flachmaterial durchrutschen würde und damit im schlechtesten Fall nicht mehr walzbar wäre.
  • Weiterführend unterstützen die insbesondere offen gestalteten Täler die Greifbedingungen, indem sie die Reibung im Eingang des Walzspaltes erhöhen. Das überschüssige Walzmedium kann von den Plateaus entweichen und sich in den Tälern verteilen.
  • Ein Verschleiß an Rauheit findet überwiegend auf den Plateau-Flächen statt. Solange die eingebrachten Vertiefungen respektive Täler ein durchgängiges Netz respektive offene Struktur bilden, bleibt die Greifbedingung erfüllt, selbst wenn die Rauheit auf den Plateau-Flächen komplett verschwunden ist. Die Greifbedingung ist damit weitgehend vom Rauheitsverlust entkoppelt.
  • Eine erste Lehre der Erfindung betrifft eine Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk mit einer Oberfläche, wobei die Topografie Täler und Plateaus respektive Plateaubereiche definiert und folgende Topografieeigenschaften gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 aufweist: eine mittlere arithmetische Höhe Sa zwischen 0,30 µm und 4,0 µm, eine Kernhöhe Sk zwischen 0,40 µm und 8,0 µm und eine Fläche der Täler Sak2 zwischen 0,15 ml/m2 und 5,0 ml/m2.
  • Die erfindungsgemäße Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze ist mit dieser Lehre so ausgestaltet, dass eine Walzbarkeit gewährleistet ist. Hierzu sind die Täler der Arbeitswalze derart gestaltet, dass die Fläche der Täler Sak2 insbesondere mindestens 0,18 ml/m2, vorzugsweise mindestens 0,20 ml/m2, bevorzugt mindestens 0,25 ml/m2, besonders bevorzugt mindestens 0,30 ml/m2 beträgt. Die Fläche der Täler Sak2 kann bis 3,0 ml/m2, insbesondere bis 2,6 ml/m2, vorzugsweise bis 2,3 ml/m2, bevorzugt bis 2,0 ml/m2 betragen.
  • Die mittlere arithmetische Höhe Sa der beschriebenen Topografie hat Einfluss auf die Gesamtheit des Kaltwalzprozesses, der Schmier- und Haftungsbedingungen, der Reibung, etc.
  • Die an den Kontaktflächen zweier sich berührender Körper wirkende Reibung erschwert die Bewegung der Körper gegeneinander. Die Reibungskraft ist in ihrer Wirkungsrichtung der Relativbewegung der Körper entgegengesetzt. Die Reibung ist für den Walzvorgang von Vor-und Nachteil: Beim Eintritt des Walzgutes in den Walzspalt, wenn sich das Walzgut ohne äußere Kräfte langsamer als die Arbeitswalze bewegt, ist die Reibung unerlässlich, damit die Arbeitswalze das Walzgut greifen und in die Bandlaufrichtung vorantreiben kann. Das Greifen ist möglich, wenn der Eingriffswinkel kleiner als der Reibungswinkel ist. Ab der sogenannten Fließscheide bewegt sich das Walzgut schneller als die Arbeitswalze. Um die Fortbewegung des Bandes zu begünstigen, sollte die Reibung ab diesem Punkt möglichst gering sein. Das Einbringen von Schmiertaschen und/oder Schmierkanälen in die Arbeitswalze dient dazu, dass ausreichend Schmiermedium vorhanden ist, das die Reibung im Auslauf des Walzspaltes reduziert. Bei einem Mangel an Schmierung würde sie wieder ansteigen und damit den Walzprozess behindern und u.a. zu Bandwellen führen.
  • Eine mittlere arithmetische Höhe Sa der Topografie kann insbesondere mindestens 0,40 µm, 0,50 µm, 0,60 µm betragen. Eine mittlere arithmetische Höhe Sa der Topografie kann insbesondere auf maximal 4,90 µm, 4,70 µm, 4,50 µm, vorzugsweise auf maximal 4,10 µm, 3,90 µm, 3,70 µm, bevorzugt auf maximal 3,50 µm, 3,30 µm, 3,0 µm beschränkt sein. Bei einem Unterschreiten einer mittleren arithmetischen Höhe Sa der Topografie von weniger als 0,30 µm können die erforderlichen Walzbedingungen nicht sichergestellt werden, wodurch keine hinreichende Walzung bzw. keine gewünschte Verformung im Walzgerüst gewährleistet werden kann. Eine mittlere arithmetische Höhe Sa der Topografie kann sich oberhalb von 5,0 µm auch negativ auf die Walzung auswirken.
  • Die Topografie der Arbeitswalze weist Plateaus auf, welche bevorzugt glatt sind oder Schleifstrukturen oder eine Mikrostrukturierung mit geringer Rauheit aufweisen. Glatt polierte Plateaus sind möglich. Die Mikrostrukturierung kann beispielsweise mittels Laser erfolgen. Aus einer Kernhöhe Sk von insbesondere weniger als 7,0 µm, vorzugsweise weniger als 6,0 µm, bevorzugt weniger als 5,0 µm, besonders bevorzugt weniger als 4,0 µm, weiter bevorzugt weniger als 3,0 µm, kann weniger Schmutz im Walzspalt resultieren.
  • Bei einem Überschreiten einer Kernhöhe Sk von 8,0 µm kann nicht sichergestellt werden, dass ein Durchziehen des Flachmaterials möglich ist und die Greifbedingung gegeben ist, insbesondere kann ein Schwanken der Walzkraft oder eine zu hohe Walzkraft nicht vermieden werden.
  • Die Fläche der Täler Sak2 beträgt insbesondere mindestens 0,60 ml/m2, vorzugsweise mindestens 0,70 ml/m2. Mit dieser Größe der Fläche der Täler Sak2 kann die für den Walzprozess erforderliche Walzkraft vermindert werden.
  • Weiterhin vorteilhaft kann sein, wenn die reduzierte Talsohlentiefe Svk mindestens 2,50 µm, insbesondere mindestens 3,50 µm, vorzugsweise mindestens 4,50 µm bis 12,0 µm, insbesondere bis 11,0 µm, vorzugsweise bis 10,0 µm beträgt.
  • Die Topografie bzw. Oberfläche der Arbeitswalze kann bevorzugt mit einem flächenhaften Messsystem ermittelt werden, beispielsweise mit einer Messfläche von mindestens 1 mm × 1 mm und kann je nach Strukturgröße der zu erfassenden Topografie bzw. strukturabhängig beispielsweise bis zu 10 mm × 10 mm, vorzugsweise bis zu 5 mm × 5 mm, wobei eine quadratische Messfläche nicht zwingend notwendig ist, sondern auch Formate wie zum Beispiel 2 mm × 5 mm besitzen kann. Die auszuwertenden Oberflächen können beispielsweise skalenbegrenzt gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 in Kapitel 3.1.9 sein. Der Verfeinerungsindex des L-Filters kann beispielhaft 1,0 mm und der des S-Filters beispielhaft 0,010 mm betragen. Bevorzugt wird zur Filterung ein flächenhafter Gaußfilter gemäß ISO 16610-21:2011 verwendet.
  • Die Kenngröße Sa ist die "mittlere arithmetische Höhe" gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.2.8). Sie beschreibt den Mittelwert der absoluten Ordinatenwerte der skalenbegrenzten Oberfläche.
  • Die Kenngröße Sk ist die "Kernhöhe" gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.2 in Verbindung mit Bild 14). Sie beschreibt den Abstand zwischen dem höchsten und tiefsten Niveau der "Kern-Oberfläche".
  • Die Kenngröße Smrk1 ist der "Materialanteil der Hügel" in Prozent gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.7 in Verbindung mit Bild 14).
  • Die Kenngröße Sak1 ("Fläche der Hügel") gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.9) entspricht dem Materialvolumen pro Grundflächeneinheit Sak1 = Vm (Smrk1), ausgedrückt durch die Einheit [ml/m2]. Ein Materialvolumen pro Fläche von 1 ml/m2 ist gleichbedeutend mit einer mittleren Höhe von 1 µm.
  • Die reduzierte Spitzenhöhe gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.3) ergibt sich aus Spk = 2* Sak1 * 100% / Smrk1.
  • Die Kenngröße Smrk2 ist der "Materialanteil der Täler" in Prozent gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.2 und Kapitel 4.5.4.8).
  • Die Kenngröße Sak2 ("Fläche der Täler") gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.10) entspricht dem Leervolumen der Täler pro Grundflächeneinheit: Sak2 = Vv (Smrk2), ausgedrückt durch die Einheit [ml/m2]. Ein Materialvolumen pro Fläche von 1 ml/m2 ist gleichbedeutend mit einer mittleren Höhe von 1 µm.
  • Die reduzierte Talsohlentiefe gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 (Kapitel 4.5.4.5) ergibt sich aus Svk = 2* Sak2 * 100% / (100% - Smrk2), ausgedrückt durch die Einheit [µm].
  • Unter anderem dient Bild B1 in der DIN EN ISO 25178-2:2023-09 zur Veranschaulichung und Berechnung der vorgenannten Kenngrößen.
  • Die Aufnahme der Topografie kann mittels eines konfokalen Lichtmikroskops erfolgen. Die damit erfassten Daten werden Filteroperationen zugeführt, welche mit Hilfe einer Auswertesoftware, beispielsweise MountainsMap von digital surf, durchgeführt werden können. Die vorgenannten Kenngrößen sind Standard-Parameter in MountainsMap.
  • Gleichzeitig zeigte sich, dass eine erfindungsgemäße Topografie auf einer Arbeitswalze eine vergleichbare Standzeit zu standardmäßigen Arbeitswalzen mit einer metallischen Schutzschicht beschichteten Oberfläche aufwies. Somit kann die erfindungsgemäße Arbeitswalze als "unbeschichtete" und an der Oberfläche blanke Arbeitswalze angesehen werden.
  • Arbeitswalzen für Kaltwalzprozesse sind üblicherweise aus Metall hergestellt, beispielsweise werden sie geschmiedet oder gegossen. Es ist selbstredend, dass die Topografie in dem Maße axial auf der Oberfläche der Arbeitswalze vorgesehen ist, dass das zu walzende Flachmaterial in seiner gesamten Breite in Walzrichtung von der Topografie erfasst werden kann.
  • Das kalt zu walzende Flachmaterial ist vorzugsweise allgemein ein Stahlflachprodukt in Bandform (Stahlband). Beispielsweise kann auch alternativ ein Aluminiumflachprodukt (Aluminiumband) mit der erfindungsgemäßen Arbeitswalze kalt gewalzt werden.
  • Funktionsbedingt muss die Arbeitswalze in einem Kaltwalzprozess andere Anforderungen erfüllen im Vergleich zu Walzen in Dressierprozessen, sogenannten Dressierwalzen, so dass neben den vorgenannten Aufgaben des Abtransports von Abrieb und Standzeit auch ein im Wesentlichen schlupffreier Kaltwalzprozess sichergestellt werden kann. Die Topografie auf der Oberfläche von Arbeitswalzen für den Kaltwalzprozess ist dadurch gezielt einzustellen und nicht vergleichbar mit Topografien auf Oberflächen von Dressierwalzen.
  • Die Plateaus sind vorzugsweise in regelmäßiger Form und regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche der Arbeitswalze angeordnet. Diese Ausführung kann als deterministisch texturiert angesehen werden, was so viel bedeutet, dass eine Oberflächenstruktur mit wiederkehrenden Strukturen erzeugt wird, mit Plateaus und Tälern, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. EP 2 892 663 B1 .
  • Zum Texturieren kann ein thermisches Verfahren verwendet werden, beispielweise ein Texturierverfahren mittels Laser. Vorrichtungen zur Durchführung des Lasertexturierungsverfahrens sind Stand der Technik, vgl. auch EP 2 892 663 B1 auch die EP 3 172 006 B1 und die EP 3 877 112 A1 . Auf diese Weise ist die Erzeugung einer Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze möglich, welche durch Laserbeschuss eine Ablation, d. h. im Bereich des auftreffenden Beschusses einen Materialabtrag, auf der Oberfläche bewirken. Durch gezielte Einstellung können sich die Laserschüsse überlappen oder einen derart großen Abstand aufweisen, dass zwischen den Laserschussbereichen ein nahezu Ausgangszustand verbleibt. Die nicht vom Laserbeschuss getroffenen Bereiche bilden somit die Plateaus auf der Oberfläche der Arbeitswalze.
  • Alternativ kann auch ein mechanisches Verfahren zum Texturieren verwendet werden, beispielsweise durch Gravieren. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Gravierens sind Stand der Technik.
  • Weiter alternativ kann auch ein chemisches Verfahren zum Texturieren verwendet werden, beispielsweise ein Ätzen. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Ätzens sind Stand der Technik.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weisen die Täler eine Tiefe zwischen 2 und 40 µm auf. Die Tiefe kann mindestens 3 µm, 4 µm, 5 µm, vorzugsweise mindestens 7 µm, 8 µm, 9 µm betragen, um bei unvermeidbarer Abnutzung während des Kaltwalzens die gezielt eingestellte Topografie und somit eine gewisse Standzeit der Arbeitswalze zu erhalten. Die Tiefe kann insbesondere auf maximal 35 µm, 30 µm, 25 µm, vorzugsweise auf maximal 20 µm, 18 µm, 15 µm beschränkt sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze können die Täler eine Breite zwischen 5 und 100 µm aufweisen. Die Breite kann mindestens 10 µm, 15 µm, 20 µm, vorzugsweise mindestens 25 µm betragen, um in Verbindung mit der Tiefe ein ausreichendes Aufnahmeleervolumen für Abrieb und somit für den entsprechenden Abtransport während des Kaltwalzens zu gewährleisten. Die Breite kann insbesondere auf maximal 85 µm, 60 µm beschränkt sein, um insbesondere in Walzrichtung keine ungewollten Erhebungen und somit keine oberflächennahe Profilierung auf dem zu walzenden Flachmaterial zu erzeugen.
  • Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Flachmaterials respektive eines Metallflachmaterials in einem Kaltwalzwerk mit mindestens einem, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, bevorzugt mindestens vier und höchstens neun, insbesondere höchstens sieben, vorzugsweise höchstens fünf Walzgerüsten, insbesondere eines Stahlflach- oder Aluminiumflachprodukts, wobei in mindestens einem Walzgerüst zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen eingesetzt werden, welche auf das Flachmaterial einwirken und eine Dickenreduktion von mindestens 5 und höchstens 90 % bewirken, wobei die Dickenreduktion als Verhältnis der Dicken des Flachmaterials vor einem Eintritt in das Walzgerüst und nach dem Austritt aus dem selbigen Walzgerüst entspricht.
  • Je nach Anzahl der Walzgerüste im Kaltwalzwerk, die Nummer des Walzgerüstes bei einer Hintereinanderschaltung von mehreren Walzgerüsten (Kaltwalzstraße), ob erstes, zweites, drittes Walzgerüst etc., durch welche das Flachmaterial sukzessive kalt gewalzt und in der Dicke reduziert wird, sowie insbesondere abhängig von der zu erreichenden Zieldicke, kann die Dickenreduktion in einem Walzgerüst insbesondere mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 15 %, bevorzugt mindestens 20 % betragen. Die Dickenreduktion in einem Walzgerüst kann insbesondere auf maximal 80 %, vorzugsweise maximal 70 %, bevorzugt maximal 60 %, weiter bevorzugt maximal 50 %, besonders bevorzugt maximal 40 %, beispielsweise pro Stich bzw. Durchlauf, betragen.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorgenannten Ausgestaltungen der Arbeitswalze verwiesen.
  • Auch Werkstoffe, die hohe Walzkräfte erfordern, insbesondere Stahlwerkstoffe mit Zugfestigkeiten größer als 600 MPa, insbesondere größer als 780 MPa, vorzugsweise größer als 900 MPa, bevorzugt größer als 1050 MPa, können besser und prozessstabiler kaltgewalzt werden, so dass u.a. Grenzkräfte des Walzgerüstes unter Umständen nicht erreicht werden, wodurch auch größere Abmessungsbreiten und/oder Dicken walzbar sein können.
  • Somit lässt sich beim Kaltwalzen von Flachmaterialien durch den Einsatz von erfindungsgemäßen Arbeitswalzen eine akzeptable Walzenstandzeit, aufgrund verringerter Walzkraft in Zusammenhang mit verringerter Reibung, erreichen. Auch eine Verringerung der Verschmutzung, insbesondere durch die Reduzierung des Eisenabriebes beim Kaltwalzen von Stahlflachmaterialien ist möglich, was sich wiederrum vorteilhaft auf die Bandverschmutzung und die Sauberkeit der Kühlschmieremulsion auswirken kann.
  • Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung ein Kaltwalzwerk mit mindestens einem, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, bevorzugt mindestens vier und höchstens neun, insbesondere höchstens sieben, vorzugsweise höchstens fünf Walzgerüsten, wobei mindestens ein Walzgerüst zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen aufweist, welche insbesondere nach der zweiten Lehre der Erfindung hergestellt sind. Bei einem Kaltwalzwerk mit einem Walzgerüst kann es sich beispielsweise um ein Reversiergerüst handeln. Bei zwei und mehr Walzgerüsten eines Kaltwalzwerkes können insbesondere in Prozessrichtung betrachtet jeweils zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen mindestens im ersten und zweiten oder im zweiten und im dritten Walzgerüst vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Kaltwalzwerk eine Tandem-Kaltwalzstraße oder ein Teil davon. U. a. können auch weitere Anlagen dem Kaltwalzwerk in Prozessrichtung vor- und/oder nachgeschaltet sein, wie beispielsweise eine kontinuierliche Beize im Vorlauf des Kaltwalzwerks. Die Anordnung von Arbeitswalzen in einem Walzgerüst eines Kaltwalzwerks und auch der Aufbau und die Funktionsweise eines Kaltwalzwerkes respektive einer Tandem-Kaltwalzstraße sind Stand der Technik.
  • Eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Arbeitswalze (1) und der korrespondierenden Topografie (3) ist in Figur 1 dargestellt.
  • Rechts oben ist eine Arbeitswalze (1) mit einer Oberfläche (2) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk skizziert. Sie ist vorzugsweise offen und deterministisch texturiert. Aus dem kleinen Fenster ist eine Vergrößerung links in der Figur 1 gezeigt, welche eine Teilansicht in Draufsicht auf die Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) mit einer Topografie (3) schematisch darstellt. Die Darstellung unten rechts in Figur 1 zeigt einen Teilquerschnitt in der Arbeitswalze (1), welche die Topografie (3) auf der Oberfläche (2) mit Plateaus (3.1) und Tälern (3.2) definiert. Die Tiefe (T), welche zwischen 2 und 40 µm betragen kann, und die Breite (B), welche zwischen 5 und 100 µm betragen kann, des Tals (3.2) sind in der Teilquerschnittansicht verdeutlicht. Dabei wird die Tiefe (T) vom höchsten Punkt des das Tal (3.2) umgebenden Plateaus (3.1) auf der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) und der tiefste Punkt in bzw. innerhalb des in der Arbeitswalze (1) eingebrachten Tals (3.2) ermittelt. Die Breite (B) wird an der Oberfläche (2) zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten, an denen die Krümmung respektive Radius und somit der Ansatz der Einprägung des Tals (3.2) ansetzt, ermittelt.
  • Untersuchungen sind in einer viergerüstigen Tandem-Kaltwalzstraße durchgeführt worden, wobei das in Prozessrichtung zweite Walzgerüst mit jeweils zwei erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1), als Ober- und Unter-Arbeitswalze im Kontakt zum Band, bestückt wurde. Warmbänder mit jeweils einer Zugfestigkeit von größer 780 MPa wurden durchgesetzt und es wurden im Wesentlichen die gleichen Parameter eingestellt, insbesondere mit einer identischen Dickenreduktion am zweiten Walzgerüst mit ca. 33 %. Insgesamt 14 unterschiedliche Arbeitswalzenpaare wurden untersucht, wobei die Arbeitswalzenpaare 1 bis 14 die in der Tabelle 1 aufgeführten charakteristischen Parameter aufwiesen.
  • Die Arbeitswalzenpaare 1 und 2 wiesen eine Doppel-I-Struktur in unterschiedlicher Orientierung auf, das Arbeitswalzenpaar 3 eine Fischgrätenstruktur. Die Arbeitswalzenpaare 4 bis 11 wiesen eine Viereckkonfiguration auf, vgl. Figur 1 links unten, mit jeweils unterschiedlicher Größe zwischen 2 µm × 2 µm bis 35 µm × 35 µm.
  • Bei den Arbeitswalzenpaaren 4 bis 11, bei welchen es sich um erfindungsgemäße Arbeitswalzen (1) handelte, betrugen die Tiefe (T) der Täler (3.2) im Mittel ca. 7 µm, die Breite (B) der Täler (3.2) im Mittel ca. 35 µm. Auch bei den Arbeitswalzenpaaren 1 bis 3 betrug die Tiefe (T) der Täler (3.2) im Mittel ca. 7 µm, auch die Breite (B) bei 1 und 3 der Täler (3.2) betrugen im Mittel ebenfalls ca. 35 µm, bei 2 im Mittel ca. 70 µm.
  • Die Arbeitswalzenpaare 12 bis 14 wurden (nur) mit einem Schleifstein bearbeitet und wiesen unterschiedliche Schleifrauheit auf. Je höher die Schleifrauheit, umso größer war die Walzkraft. Alle Arbeitswalzenpaare waren unbeschichtet.
  • In Abhängigkeit des Sak2, Svk, Sk, ermittelt nach DIN EN ISO 25178-3:2023-09, wurden die Walzkräfte erfasst und mit der Walzkraft des Arbeitswalzenpaares 12 als Standard-Arbeitswalzenpaar verglichen und gegenübergestellt. Die durchschnittliche relative Walzkraft mehrerer Versuchsreihen/Kampagnen ist als Mittelwert in Tabelle 1 für die Arbeitswalzenpaare 1 bis 14 dargestellt. Die Arbeitswalzenpaare 1 und 3 und 12 bis 14 wiesen u.a. einen kleinen Sak2 auf und führten somit nicht zu einer angestrebten Walzkraftreduktion, ganz im Gegenteil, die Walzkraft war im Vergleich zum Arbeitswalzenpaar 12 sogar höher. Die unterstrichenen Werte und damit auch die entsprechenden Arbeitswalzenpaare 1 bis 3 und 12 bis 14 sind nicht erfindungsgemäß. Tabelle 1
    Walzenpaar Sa [µm] Sk [µm] Spk [µm] Svk [µm] Smrk1 [%] Smrk2 [%] Sak1 [ml/m2] Sak2 [ml/m2] relative Walzkraft [%]
    1 3,54 11,54 3,39 2,07 12,4 96,4 0,21 0,04 +7
    2 3,97 13,63 2,70 1,66 5,7 94,6 0,08 0,06 +5
    3 3,96 12,77 3,30 1,51 11,3 97,1 0,19 0,02 +4
    4 3,45 7,68 3,17 4,85 6,6 67,7 0,10 0,78 -5
    5 2,72 1,56 0,34 9,36 4,4 63,4 0,01 1,71 -19
    6 2,41 1,88 3,00 9,39 13,9 73,5 0,21 1,24 -20
    7 1,96 2,08 2,73 8,89 12,2 79,3 0,17 0,92 -20
    8 1,22 0,97 2,03 7,17 10,6 82,8 0,11 0,62 -17
    9 1,01 0,96 1,39 6,64 11,4 85,1 0,08 0,50 -10
    10 0,71 0,79 1,21 5,11 11,4 86,8 0,07 0,34 -8
    11 0,63 0,92 1,25 3,99 9,1 86,3 0,06 0,27 -5
    12 0,24 0,78 0,28 0,36 9,1 89,6 0,01 0,02 0
    13 0,74 2,34 0,76 1,20 8,3 88,4 0,03 0,07 +4
    14 0,95 2,98 1,18 1,28 9,4 88,3 0,06 0,07 +8

Claims (12)

  1. Arbeitswalze (1) für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk mit einer Oberfläche (2), wobei die Topografie (3) Täler (3.2) und Plateaus (3.1) definiert und folgende Topografieeigenschaften gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 aufweist: eine mittlere arithmetische Höhe Sa zwischen 0,30 µm und 5,0 µm, eine Kernhöhe Sk zwischen 0,40 µm und 8,0 µm und eine Fläche der Täler Sak2 zwischen 0,15 ml/m2 und 3,0 ml/m2.
  2. Arbeitswalze nach Anspruch 1, wobei die reduzierte Talsohlentiefe Svk gemäß DIN EN ISO 25178-2:2023-09 mindestens 2,50 µm bis 12,0 µm beträgt.
  3. Arbeitswalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Plateaus (3.1) in regelmäßiger Form und regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) angeordnet sind.
  4. Arbeitswalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Täler (3.2) eine Tiefe (T) zwischen 2 µm und 40 µm aufweisen.
  5. Arbeitswalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Täler (3.2) eine Breite (B) zwischen 5 µm und 100 µm aufweisen.
  6. Verfahren zum Kaltwalzen eines Flachmaterials in einem Kaltwalzwerk mit mindestens einem und höchstens neun Walzgerüsten, insbesondere eines Stahlflach- oder Aluminiumflachmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Walzgerüst zwei Arbeitswalzen (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche eingesetzt werden, welche auf das Flachmaterial einwirken und eine Dickenreduktion von mindestens 5 % und höchstens 90 % bewirken, wobei die Dickenreduktion als Verhältnis der Dicken des Flachmaterials vor einem Eintritt in das Walzgerüst und nach einem Austritt aus dem selbigen Walzgerüst entspricht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als Flachmaterial ein Stahlwerkstoff mit einer Zugfestigkeit größer als 600 MPa kaltgewalzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei als Flachmaterial ein Stahlwerkstoff mit einer Zugfestigkeit größer als 780 MPa, vorzugsweise größer als 900 MPa kaltgewalzt wird.
  9. Kaltwalzwerk mit mindestens einem und höchstens neun Walzgerüsten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Walzgerüst zwei Arbeitswalzen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
  10. Kaltwalzwerk nach Anspruch 9, wobei in Prozessrichtung betrachtet je zwei Arbeitswalzen (1) mindestens im ersten und zweiten Walzgerüst oder im zweiten und im dritten Walzgerüst vorgesehen sind.
  11. Kaltwalzwerk nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Kaltwalzwerk eine Tandem-Kaltwalzstraße ist.
  12. Kaltwalzwerk nach Anspruch 9, wobei das Kaltwalzwerk ein Reversiergerüst umfasst.
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