Hilchenbach, 26. Juni 2018

MultiFlex-Quench® - Neue Technik für die Blechkühlung

  • Der MultiFlex-Quench® ist eine neue Technologie zur Abkühlung von Blechen in Wärmebehandlungslinien.
  • Je nach Kundenwunsch und Produktionsprogramm sieht das Konzept des MultiFlex-Quench® verschiedene Möglichkeiten und Ausbaustufen vor. 
  • Mit flexiblen Kühloptionen kann ein umfangreiches Produktportfolio abgebildet werden.

Mit dem MultiFlex-Quench® hat die SMS group eine neue Technologie zur Abkühlung von Blechen in Wärmebehandlungslinien im Markt etabliert. Durch flexible Kühlstrategien können sowohl Standard-, als auch Sonderwerkstoffe und neu entwickelte Werkstoffe mit hohen Qualitätsansprüchen produziert werden. Der neue MultiFlex-Quench® produzierte schon 2016 im Acroni-Werk in Jesenice, Slowenien, erfolgreich das erste Grobblech. Für diesen Kunden hatte die SMS group eine komplett neue Wärmebehandlungslinie für eine jährliche Produktion von 80.000 Tonnen Grobblech geliefert.

Anfang 2020 wird die neue Wärmebehandlungslinie der Ilsenburger Grobblech GmbH, einer Tochtergesellschaft des Salzgitter-Konzerns, in Betrieb gehen. Hier liegt die jährliche Produktionskapazität bei über 200.000 Tonnen. Um die Grobblechproduktion am Standort Ilsenburg, Deutschland, sicher für zukünftige Anforderungen zu machen, entschied man sich auch bei dieser Linie für die innovative MultiFlex- Quench®-Technologie. Damit wird der MultiFlex-Quench® in den beiden modernsten Grobblech-Wärmebehandlungslinien eingesetzt.

Die Herstellung von Grobblech ist immer dann wirtschaftlich effizient, wenn auch der wachsende Markt für neue Spezialstähle und Quarto-Bleche bedient werden kann. Unter anderem finden die hoch- und höchstfesten Bleche Anwendung in den Wachstumsbranchen Windenergie, Energietechnik, Rohre, Maschinen- und Kranbau sowie in der Bauindustrie.

Gleichzeitig treiben die Anwendungen die Weiterentwicklung des Werkstoffs Stahl voran, die steigende Festigkeiten mit einer hervorragenden Zähigkeit und eine gute Schweißbarkeit mit einer perfekten Planheit verbinden müssen. Um moderne Grobbleche herzustellen, ist ein flexibles Einstellen aller Prozessparameter von der Austenitisierung über die gezielte Abkühlung mit optimierten Abkühlgeschwindigkeiten bis hin zu angepassten Anlasstemperaturen und -zeiten notwendig. Nur durch die optimale Abstimmung aller Prozessschritte aufeinander können die Potenziale des Werkstoffs Stahl bestens ausgeschöpft werden.

Entwicklung einer neuen Kühltechnologie für Wärmebehandlungslinien

Hochwertige Grobbleche werden in Grobblechwalzwerken hergestellt, in denen die Materialeigenschaften durch einen thermomechanischen Walzprozess eingestellt werden, oder in speziellen Wärmebehandlungslinien für Grobblech, in denen die bereits ausgewalzten Bleche wiedererwärmt, gezielt gekühlt und später angelassen werden.

Der zentrale Prozess für die Einstellung der Materialeigenschaften ist die Kühlung. In Grobblechwalzwerken sind seit Ende der 1950er-Jahre Laminarkühlungen mit U-Rohren weit verbreitet. Da bedingt durch die Materialentwicklung allerdings immer höhere Kühlraten und flexiblere Kühlmuster gefordert wurden, begann die Entwicklung einer Sprühkühlung mit Abquetschrollen. Anfang der 2000er-Jahre wurde diese Technologie zum Stand der Technik, in der Regel als Kombination aus Sprüh- und Laminarkühlung.

Allerdings erfordern moderne Materialien eine gezielte Einstellung des Mikrogefüges, die nur in einer Wärmebehandlungslinie stattfinden kann. In Wärmebehandlungslinien wurden seit den 1960er-Jahren Rollen-Quetten zur Abkühlung der Bleche installiert, die über getrennte Hoch- und Niedrigdruckbereiche verfügen. Damit wurde jedoch lediglich ein begrenztes Prozessfenster abgedeckt, das im Wesentlichen das schroffe Abschrecken umfasst.

Die umfangreiche Erfahrung mit der Sprühkühlung aus dem Grobblechwalzwerk hat die SMS group aufgegriffen und darauf aufbauend ein neues flexibles Kühlsystem für Wärmebehandlungslinien entwickelt. Durch diese Weiterentwicklung basierend auf einer erprobten Technologie entstand 2015 der MultiFlex-Quench®. Diese neue Kühltechnologie ermöglicht nun die Applikation verschiedener Kühlraten und Kühlmuster in Grobblech-Wärmbehandlungslinien bei der gleichzeitigen Einstellung einer hohen Planheit.

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Erstmals wurde der MultiFlex-Quench® 2016 in Slowenien bei Acroni in Betrieb genommen.
Flexible Kühlung mit zahlreichen Optionen

Verantwortlich für die hohe Flexibilität, das breite Portfolio und die sehr guten Ebenheitsergebnisse des MultiFlex- Quench® sind hauptsächlich die verschiedenen Möglichkeiten zur Abkühlung der Bleche sowie die hydraulische Klemmung der Bleche zwischen Pinch-Rollen und die Unterteilung aller Kühlbalken in mehrere Zonen über die Breite. Das Konzept des MultiFlex-Quench® sieht – je nach Kundenwunsch und Produktionsprogramm – verschiedene Möglichkeiten und Ausbaustufen vor.

In Segmenten angeordnete Gruppen von Kühlbalken werden in der Basisausbaustufe über ein Niederdrucksystem mit Wasser versorgt. Dieses System kommt vorzugsweise bei hochlegierten Stählen zum Einsatz, bei denen die Karbidaussscheidung nach einem Lösungsglühen unterdrückt werden soll, sowie bei rissempfindlichen Werkzeugstählen.

Einige Kühlbalken können bei Bedarf und in der vom Kunden gewünschten Anordnung mit höheren Wassermengen und damit Drucken betrieben werden. Dieser Modus kommt bei verschleißbeständigen Stählen mit guter Zähigkeit sowie bei hoch- und höchstfesten Baustählen zum Einsatz. Werden extreme Anforderungen an die Oberflächenhärte oder die Härtetiefe gefordert, ist der optionale Einbau einer sogenannten Schlitzdüse (Schlitzbalken) im Einlaufbereich der Quette möglich. Ihr Einsatz realisiert die höchstmöglichen Kühlraten. Sondervergütungsstähle mit hoher Verschleißfestigkeit und gleichzeitig hohen Zähigkeiten bei tiefen Temperaturen bilden den besonderen Einsatzfall.

Für die Behandlung rissempfindlicher Werkzeugstähle kann der MultiFlex-Quench® mit einem separaten Düsenkühlsystem ausgestattet werden. Hiermit und in Kombination mit dem integrierten Kühlmodell lassen sich gezielt Abkühlraten und -muster realisieren. Eine bisher übliche Abkühlung solcher Werkstoffe an ruhender Luft oder mit Pressluft lässt sich dadurch wesentlich verkürzen.

Die verschiedenen Düsenoptionen erlauben die Abdeckung eines großen Kühlbereichs für maximale Flexibilität. Allen Kühlbalken gemeinsam ist die sehr große beaufschlagte Kühlfläche, eine feine Düsenaufteilung sowie die optimierte Kühlbalkenkonstruktion.

Modelle und Prozessentwicklung

Den technologischen Kern bilden komplexe thermische Online- Prozessmodelle für die Kühlstrategien. Sie decken ein breites Spektrum ab, um gezielt unterschiedlichste mechanische Eigenschaftskombinationen in den Grobblechen einzustellen. Durch die Nutzung von bewährten pyhsikalischen Online-Level 2-Modellen, wie dem SMS-Kühlmodell, wird der Prozess präzise gesteuert. Auch bei der Entwicklung neuer Werkstoffe unterstützt die SMS group ihre Kunden. Im Fokus stehen dabei neue Wärmebehandlungszyklen, die nach erfolgreicher Erprobung in das Modell einfließen.

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Die verschiedenen Düsenoptionen erlauben die Abdeckung eines großen Kühlbereichs für maximale Flexibilität.
Betriebsergebnisse

Die bisherigen Betriebsergebnisse beim Einsatz des neuen MultiFlex-Quench® belegen, dass ein breites Spektrum an Stählen mit unterschiedlichsten Kühlanforderungen darstellbar ist – bei gleichzeitiger Einhaltung von homogenen Materialeigenschaften und hoher Ebenheit.

Die Ebenheitsergebnisse erfüllen gemäß zahlreicher Tests die jeweiligen Anforderungen unabhängig vom Dickenspektrum und der Kühlstrategie. Bei einer Anforderung an die minimale Abweichung von weniger als fünf Millimetern pro Meter lagen bei zahlreichen Tests beispielsweise alle Messungen unter zwei Millimetern pro Meter. Weiterhin wurde auch deutlich, dass eine enge Streuung der Oberflächenhärte im Bereich von ±5 Prozent technisch realisierbar ist. Die im MultiFlex-Quench® bei Acroni installierten technischen Funktionen zur gezielten Einstellung von Abkühlstrategien werden alle erfolgreich angewendet inklusive der modellgestützten Fahrweise mit unterbrochener Abkühlung bei rissempfindlichen Stählen.

Verglichen mit den konventionellen Rollen-Quetten steht mit dem MultiFlex-Quench® somit eine flexiblere, gleichmäßigere und leistungsstarke Abkühltechnologie für Grobblech- Wärmebehandlungslinien zur Verfügung.

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In Hochtemperaturöfen der SMS group werden die Grobbleche abhängig vom Material auf Temperaturen bis zu 1.100 Grad Celsius erhitzt, anschließend erfolgt dann die geregelte Abkühlung im MultiFlex- Quench® ,wobei verschiedene Kühlraten und Kühlmuster abgebildet werden können.