06. DEZEMBER 2016

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Stahl à la carte


Zwischen Megapascal und Management

Außenstehende denken bei Stahlverarbeitung oft nur an qualmende Schlote und heiße Stahlöfen. Die ganzheitliche Sicht der Dinge liefert Bänder, Bleche, Rohre mit einem aktuellen Blick auf Trends der Branche: Die Themen reichen von einer neuen Kohleeinblasanlage, leistungsfähigen Wälzlagern, einer 85-Meganewton-Freiformschmiedeanlage bis hin zum Risikomanagement.

Wie sich die Leistung mit Stahl ohne Mehrkosten steigern läßt, erläuterte Dr.-Ing. Ulrich Hamme, Geschäftsführer Technik bei der Liebherr-Werk Ehingen GmbH: „Der Einsatz hochfester Baustähle ermöglicht die Verwirklichung völlig neuer technischer Lösungen im Mobilkranbau.“ In Zahlen ausgedrückt: Ein 96 Tonnen schwerer Liebherr-Mobilkran des Baujahrs 1998 packt mehr als 500 Tonnen. Das heißt: Im Vergleich zu einem 96-Tonner aus dem Jahr 1980 hat sich die Tragkraft mehr als verdoppelt. Eine wesentliche Rolle spielen dabei hochfeste Stähle: So steigerte sich die Festigkeit der verwendeten Sorten von 690 auf 960 Megapascal.

Hinzu kommt: Weil die Stahlindustrie für den Kranbau spezielle Stahlsorten züchtete, die sich sehr gut zum Schweißen und Kaltumformen eignen, sanken die Kosten für die Schweißkonstruktion gegenüber konventionellem Stahl bis zu 80 Prozent. Doch nicht nur die Rahmenkonstruktionen wurden abgespeckt. Ein sehr eindrucksvolles Beispiel für Leichtbau bei Kränen präsentierte die Wirtschaftsvereinigung Stahl auf der Pressekonferenz: Zwei Schmiedeteile in der Form eines Musikinstrumentes. Es handelte sich um sogenannte Befestigungsaugen für Kräne. Das kleine zehn Kilogramm leichte Bauteil nimmt die gleiche Last auf wie das achtmal schwerere Auge. Die Lösung des Rätsels: Das 80-Kilogramm-Bauteil besteht aus konventionellem Stahl (235 Megapascal), das leichte Auge aus hochfestem Stahl (1.100 Megapascal). Eine besonders große Rolle spielen Stähle im Werkzeug- und Formenbau.

„Kaltes“ Zugpferd
Als vielseitig einsetzbares Zugpferd bezeichnete beispielsweise Dipl.-Ing. Ingolf Schruf, von der Werkzeugstahl-Entwicklung bei der Edelstahl Witten-Krefeld GmbH Kaltarbeitsstähle .Sie eignen sich - so der Abteilungsleiter Qualitätswesen - wegen ihrer hohen Verschleißfestigkeit vor allem für Kunststofformen: „Eine vorvergütete Sorte 1.2338 kommt beispielsweise für großformatige Formen mit einer maximalen Dicke von 1.000 Millimetern Infrage.“ Der Experte aus Krefeld stellte aber auch eine weniger bekannte Anwendung von Werkzeugstählen vor. Beispiel Holzmöbel: Sie bestehen meist aus Spanplatten, die in kontinuierlichen Pressenstraßen (Contiroll-Press) mit einer maximalen Länge von 60 Metern hergestellt werden. Auch hier kommen speziell entwickelte Edelstähle in den Werkzeugen zum Einsatz, die den sehr hohen Anforderungen der Holzverarbeiter in punkto Druck- und Dauerfestigkeit sowie Konturgenauigkeit entsprechen.

Nicht nur Konzerne
Doch in der Stahlbranche - speziell im Ruhrgebiet - tummeln sich nicht nur Konzerne oder deren Töchter, sondern immer noch kleine feine Traditionsunternehmen wie die EZM Edelstahlzieherei Mark GmbH aus Wetter (Ruhrgebiet). Die Strategie nennt das Mitglied der Geschäftsführung Dr.-Ing. J. Serosh Engineer: „Auch Kleine können überleben, wenn sie tiefgehende Kenntnisse in speziellen Nischen besitzen.“ Zu den EZM-Spezialitäten gehören in erster Linie kaltumgeformte Netshape-Profile. Besonders gefordert war das Unternehmen bei einer Entwicklung für Audi: Für ein stufenloses Getriebe in CVT-Bauart (CVT: continuously variable transmission) sollte eine Wiegegelenkkette entstehen, die auch hohe Motordrehmomente jenseits von 300 Newtonmeter aushält.

Technik im Detail:
Die Wiegedruckstücke, die jeweils paarweise ein Kettengelenk bilden, besitzen vielfältige Funktionen. Zum einen ermöglichen sie über die Walzflächen das Abwälzen der Wiegedruckstücke und damit das Abwinkeln der Kette. Zum anderen übertragen sie über die Profilseite die Kettenzugkraft zwischen den Laschen. Außerdem nehmen sie über die Stirnflächen die sehr hohen Anpreß- und Reibkräfte.

„Aufgrund dieses breiten Beanspruchungsspektrums sind die Anforderungen hinsichtlich Profilform und -maßhaltigkeit, Festigkeit und Oberflächenqualität sehr hoch“, betont Dr.-Ing. J. Serosh Engineer. Die Wiegedruckstücke entstehen aus einem Stahl mit einer Rockwellhärte von 58 HRC. Die Netshape-Profile besitzen ballige Konturen, die Oberflächenbeschädigungen auch bei hoher Belastung verhindern. Viel Know-how steckt dabei auch in den Ziehwerkzeugen, deren Oberflächen wegen der hohen Belastung beim Umformen frei von jeglichem Fehler sein müssen. Zusätzlich nimmt die Zieherei jedes Werkstück nach jedem Kalt- und Warmumformgang akribisch unter die Lupe.

Direkt Gießen
In einer Nische steckte lange Zeit auch eine englische Erfindung: Vor rund 150 Jahren erfand Sir Henry Bessemer den direkten Gießwalzprozeß, bei dem flüssiges Eisen zwischen zwei rotierende Walzen gegossen wird. Zur Serienreife fehlte es jedoch an der exakten elektronischen Regelung, dem metallurgischen Know-how und dem dementsprechenden Ofen. In die Tat setzte die Idee die Castrip LLC aus dem US-Bundesstaat North Carolina um, ein Joint-venture der Nucor Corporation/USA, BHP Steel Ltd./Australia und Ishikawajima-Harima Heavy Industries (IHI)/Japan.

Der Castrip-Prozeß eignet sich zum Gießwalzen von konventionellen und rostfreien Stahlsorten. Die Anlage ist ausgelegt auf eine Jahresproduktion von 500.000 Tonnen und befindet sich noch in der Anlaufphase. Dazu Präsident Richard Wechsler: „Bereits zwei Monate nach dem Start-up konnte Nucor galvanisierte ultradünne Bleche verkaufen.“ Aus dem Anfangsprodukt (1345 Millimeter breites, und 1,7 Millimeter Blech) entstanden 1.230 Millimeter breite und 0,9 Millimeter dünne Strukturelemente. Das neue Verfahren arbeitet sehr genau. So walzt es die Bleche auf zwei µm exakt, üblich sind vier bis fünf µm. Die Amerikaner wollen den Wert nun auf unter ein µm drücken. Der weitere positive Aspekt: Das Verfahren spart Watt und Geld. Wechsler: „Der Energieaufwand sinkt beim Castrip-Prozeß im Vergleich zu konventionellen Verfahren auf ein Neuntel. Das wesentliche Plus: Bei kalt- und warmgewalzten Blechen klettern die Kosten mit der Abnahme der Blechdicke in die Höhe. Bei Castrip bleiben die Kosten stets konstant!“

„Tempo Blech“
Auf den ersten Blick wirkt die Eurostrip-Anlage von Thyssen-Krupp Stahl, Arcelor (frühere Usinor) und Voest-Alpine wie eine abgespeckte Version der Castrip-Anlage: Nach dem Gießen in die zwei Walzen gelangen die heißen, maximal 1.430 Millimeter breiten Bleche unter Schutzgas direkt in ein Quarto-Walzgerüst. Für sehr gleichmäßige Verströmung des flüssigen Rohstoffs sorgt eine spezielle Düse mit zwei Löchern, eine sogenannte „advanced bifurcated nozzle“. Das Plus erläuterte Dipl.-Ing. Andreas Flick, Hauptabteilungsleiter der Direct Strip Production bei Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. aus Linz: „Bereits neun Sekunden nach dem Gießwalzen befindet sich das heiße Blech bereits in dem In-line-Walzgerüst. Dank dieses Tempos können wir ganz besondere Stahlsorten verarbeiten.“ Dazu zählen außer C-Stählen auch Austenite und Elektrostähle. Es läßt sich sogar Warmband aus unlegiertem C-Stahl herstellen.

Auf den Eurostrip-Anlagen entstehen 1,4 bis 3,5 Millimeter dicke Bleche mit einer maximalen Bandbreite von 1.130 Millimeter, die gleichzeitig eine bessere Zugfestigkeit und sehr gute Dehnbarkeit besitzen. Für den Audi A8 walzte eine Eurostrip-Anlage beispielsweise Karosseriebleche mit einer Dehnung von 30 Prozent. Ohne In-line-Walzen wären laut Flick nur maximal 24 Prozent Dehnung drin. Für die Anlage spricht laut den österreichischen Anlagenbauern der geringe Platzbedarf. Eine Warmbandanlage für eine Jahresleistung von 500.000 Tonnen (Bleche: 1.000 bis 1.600 Millimeter Breite, 1,5 bis 3,0 Millimeter Dicke) kommt mit der Fläche von etwa zwei Fußballfeldern aus (exakt: 110 mal 150 Meter). Außerdem läßt es sich nur mit vier Mitarbeitern bedienen. Grund genug, unseren Artikel auch mit diesem Foto aus der Stahlbranche zu bebildern, das ganz im Sinne von Fotoamateur Ameling „aktuell ist und die Stahlproduktion von heute realistisch darstellt“.

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