Kaltwalzen ist ein seit langer Zeit bekanntes Verfahren zur Formgebung von kontinuierlich durchlaufendem Band, Profil oder Blech aus Stahl oder anderen Metallen. Dabei handelt es sich um eine Kaltverformung, bei der-im Gegensatz zur Warmumformung-das Walzgut vor dem eigentlichen Umformvorgang nicht erwärmt wird, also bei der jeweils herrschenden Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) der plastischen Verformung unterworfen wird. Diese Formänderung unterhalb der jeweiligen Rekristallisationstemperatur der Metalle bringt vorteilhafte Eigenschaftsveränderungen der verformten Werkstoffe mit sich, beispielsweise Zunahme der Festigkeit und Härte. Außerdem sind dadurch Materialoberflächen mit definierten Rauhigkeitswerten Ra realisierbar, und zwar sowohl die höchsten Oberflächenqualitäten mit einem Mittenrauhwert nach DIN 4768/1 Ra<0, 3pm-Riß-und Porenfrei (RP) bzw. Riß-und Porenfrei hell glänzend (RPG)-als auch aufgerauhte Oberflächen mit Ra>1, 5pm. Dadurch können die Oberflächen optimal auf die Anforderungen für nachfolgende Verarbeitungsschritte abgestimmt werden. Prinzipiell können sämtliche kaltverformbaren Metallwerkstoffe auf diese Weise verarbeitet werden, also Stahl, Buntmetalle, Aluminium und andere Legierungen. So ist beispielsweise kaltgewalztes Stahlblech zur unmittelbaren Weiterverarbeitung bei höchsten

Qualitätsanforderungen, beispielsweise im Automobilbau, bestens geeignet.

Um derartig hohe, definierte Oberflächenqualitäten zu erzeugen, müssen schädliche Einflüsse, die zu einer undefinierten Aufrauhung der Oberfläche führen können, weitestgehend ausgeschlossen bzw. durch geeignete Maßnahmen beherrscht werden. Eine derartige Beeinträchtigung ergibt sich beim Walzgutdurchgang durch den Walzspalt unter anderem dadurch, daß die Materialoberfläche und die Walzenoberflächen im Bereich ihrer Berührungsfläche außerhalb der Fließscheide prinzipiell unterschiedliche Bahngeschwindigkeiten haben, was eine mechanische Reibungsbeanspruchung der Oberflächen zur Folge hat. Die dabei entstehende Reibungswärme führt zusammen mit der Wärmeentwicklung durch innere Reibung aufgrund der zugeführten Verformungsenergie zu einer deutlichen Materialerwärmung des Walzguts im Walzspalt. Diese thermische Beanspruchung des Materials begünstigt zusätzlich eine Beeinträchtigung der Oberfläche durch Veränderung der Materialeigenschaften und durch Oxydation.

Im Stand der Technik begegnet man den vorgenannten mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Bandoberfläche durch die Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen Kühlschmierstoffen. Vor dem Eintritt in den Walzspalt wird das Walzgut dabei durchgehend mit Wasser, Ö1 oder Emulsionen benetzt. Dadurch wird das Walzgut zugleich gekühlt und geschmiert, so daß die erforderlichen Oberflächenqualitäten erzeugt werden können.

Ein wesentlicher Nachteil der vorgenannten, flüssigen Kühlschmierstoffe ist jedoch, daß sie beim Walzen teilweise auf der Oberfläche zurückbleiben und sich dort nachteilig auswirken. So führen Wasser und wasserhaltige Emulsionen zu Korrosion, d. h. bei Stahlblech oder-band zu Rostbildung. Ö1 und ölhaltige Emulsionen hinterlassen Ölreste auf der Oberfläche, welche vor der Weiterverarbeitung durch Schweißen, galvanische Veredelung oder dergleichen in

weiteren, relativ aufwendigen und häufig umweltbeeinträchtigenden Arbeitsgängen möglichst restlos wieder entfernt werden müssen. Dies bringt natürlich einen ganz erheblichen Arbeits-, Zeit-und Kostenaufwand mit sich.

Angesichts dessen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Kaltwalzverfahren und ein Kaltwalzgerüst zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, welches die vorgenannten Probleme durch die Verwendung herkömmlicher Kühlschmierstoffe weitestgehend vermeidet.

Insbesondere soll dabei eine ausreichende Kühlung und Schmierung im Walzspalt gewährleistet sein, wobei möglichst keine schädlichen Rückstände auf dem Walzgut verbleiben sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung der vorgenannten Probleme sieht vor, daß in den Bereich des Walzspalts Inertgas geblasen wird, welches eine geringere Temperatur hat als die Walzguttemperatur im Walzspalt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Walzspalt bzw. das durch den Walzspalt hindurchtretende Walzgut lokal mit Inertgas umspült. Als Inertgas wird ein nicht oxydierendes Gas verwendet, beispielsweise Stickstoff, Edelgase, Kohlendioxid oder andere Gase und Gasgemische, welche die Walzgutoberfläche nicht angreifen, das heißt dort keine Korrosion verursachen. Dieses Inertgas soll erfindungsgemäß kühler sein als das Walzgut im Walzspalt. Das bedeutet, daß die Inertgastemperatur zumindest unterhalb der maximal bei der Verformung im Walzspalt auftretenden Materialtemperatur liegt. Da diese Materialtemperatur aufgrund der vorangehend geschilderten thermischen Einflüsse selbst beim Kaltwalzen oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, zeigt das erfindungsgemäße Verfahren bereits dann Wirkung, wenn die Inertgastemperatur bei oder geringfügig unterhalb der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) liegt.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch einen gerichteten Inertgasstrom zugleich eine effektive Wärmeabfuhr aus dem Walzspalt, eine korrosionsverhindernde Wirkung und, was besonders unerwartet ist, eine gute Reibungsverminderung im Walzspalt bewirkt. Das bedeutet, daß erfindungsgemäß erstmals eine Gaskühlschmierung beim Kaltwalzen realisiert wird.

Durch das im Bereich des Walzspalts eingeblasene Inertgas wird dort lokal eine Schutzatmosphäre ausgebildet, welche Korrosion, beispielsweise Oxydation der Walzgutoberflächen und auch der Walzenoberflächen im Bereich des Walzspalts zuverlässig verhindert. Im Gegensatz zu herkömmlichen, flüssigen Kühlschmierstoffen bietet das Inertgas durch die restlose Verdrängung der Umgebungsluft einen besonders guten Oxydationsschutz.

Durch das Temperaturgefälle zu dem im Walzspalt bei der Verformung lokal erwärmten Walzgut bewirkt das vorbeiströmende, relativ dazu kühlere Inertgas eine effektive Kühlung des Walzgutes unmittelbar im Bereich des Walzspalts.

Folglich sinkt dort die thermische Beanspruchung der Oberflächen. Diese Gaskühlung ist wahrscheinlich deswegen besonders effektiv, weil das Kühlgas relativ weit in des Walzspalt zwischen Walzen-und Walzgutoberfläche eindringt.

Überraschenderweise hat sich außerdem herausgestellt, daß durch das erfindungsgemäß eingeblasene Inertgas die Reibung zwischen der Walzen-und Walzgutoberfläche so weit reduziert wird, daß eine zusätzliche Schmierung nicht mehr erforderlich ist. Ein Erklärungsansatz für diesen unerwartet auftretenden, positiven Schmiereffekt geht davon aus, daß auf der von dem vorbeiströmenden Inertgas gekühlten Walzgutoberfläche und möglicherweise auch auf der Walzenoberfläche eine mikroskopisch dünne Schicht des Inertgases adsorbiert wird.

Im Walzspalt, das heißt beim Kontakt von Walzgut-und Walzenoberfläche, bildet sich dadurch anscheinend eine Art Gaspolster, so daß ein verbesserter Schmiereffekt auftritt,

als bei der bislang üblichen Verwendung flüssiger Schmierstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt somit erstmals einen Weg, die bislang für zwingend erforderlich gehaltenen, bei Raumtemperatur flüssigen Kühlschmierstoffe wie Wasser, Ö1 oder Emulsionen durch ein bei Raumtemperatur gasförmiges Kühlschmiergas zu ersetzen.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich daraus, daß sämtliche Nachteile von flüssigen Kühlschmierstoffen vollständig wegfallen. Insbesondere hinterläßt das inerte Kühlschmiergas keinerlei schädliche Rückstände am Walzgut, so daß vor der Weiterverarbeitung keine separaten Arbeitsgänge zum Entfetten, Entrosten oder dergleichen mehr erforderlich sind. Das Walzgut kann vielmehr unmittelbar nach dem Walzen unmittelbar weiterverarbeitet werden, beispielsweise verschweißt, galvanisch veredelt, lackiert oder verformt oder dergleichen. Außerdem werden durch das Inertgas Oxydationserscheinungen bei weitem effektiver unterdrückt, als dies mit bekannten Kühlschmierstoffen möglich wäre.

Als weiterer, überaus positiver Nebeneffekt hat sich herausgestellt, daß die Standzeit der Arbeitswalzen, insbesondere bei der höchsten Oberflächengüte RPG (riß-und porenfrei hell glänzend), deutlich erhöht wird. Dies ist natürlich besonders vorteilhaft, da die Walzen entsprechend seltener ausgewechselt und nachgearbeitet werden müssen. Für Oberflächenqualitäten mit höheren, definierten Rauhigkeitswerten gilt entsprechend dasselbe, d. h. die vorgegebenen Ra-Werte sind länger reproduzierbar.

Vorzugsweise wird das Inertgas auf die Grenze der Berührungsfläche im Walzspalt zwischen Walzgut und Walze gerichtet geblasen. Durch diese gezielte Eindüsung des Inertgases in die Bereiche, wo das Walzgut in den Walzspalt ein-beziehungsweise austritt, wird das Walzgut dort, wo die

maximale thermische Belastung auftritt, besonders gut lokal gekühlt. Darüber hinaus ist gewährleistet, daß von den Walzen-und Walzgutoberflächen mitgerissener Luftsauerstoff sicher verdrängt wird und nicht in den Walzspalt eingeschleppt wird. Weiterhin wird die Schmierwirkung der erfindungsgemäßen Gasschmierung durch die gerichtete Einblasung auf den Rand der Grenzfläche ebenfalls verbessert.

Vorzugsweise wird das Inertgas im Walzguteintritt und im Walzgutaustritt eingeblasen. Dadurch ist eine besonders gute Kühlung und eine sichere Abschirmung von schädlichem Luftsauerstoff gewährleistet. Im Einzelfall kann es jedoch bereits ausreichend sein, das Inertgas im Walzguteintritt oder im Walzgutaustritt zuzuführen.

Das Inertgas wird zweckmäßigerweise zumindest auf der Oberseite des Walzgutes zugeführt. Dabei wird ausgenutzt, daß das kalte Inertgas schwerer ist als die Umgebungsluft und somit allein unter dem Einfluß der Schwerkraft die Unterseite des Walzgutes und die untere Walze ebenfalls umströmt.

Wie vorangehend erläutert worden ist, sollte das Inertgas zur Kühlung zumindest Raumtemperatur haben, womit es bereits kälter ist als das im Walzspalt gegenüber der Raumtemperatur erwarmte Walzgut. Die vorteilhaften Wirkungen bezüglich Kühlung und Schmierung werden jedoch dadurch weiter verbessert, daß die Inertgastemperatur unterhalb Raumtemperatur liegt. Eine geringfügige Abkühlung bringt bereits merkliche positive Effekte, was natürlich besonders im Hinblick auf größere Walzenbreiten mit einem relativ hohen Kühlgasbedarf interessant ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen jedoch um so besser zur Geltung, je tiefer die Inertgastemperatur ist. Bei entsprechenden Qualitätsanforderungen wird daher tiefkaltes Gas mit einer Temperatur von etwa-60°C bis-150°C verwendet.

Eine besonders vorteilhafte Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß das Inertgas unterhalb seiner

Verflüssigungstemperatur eingeblasen wird. Das Inertgas, beispielsweise Stickstoff, welches unter Normalbedingungen (Raumtemperatur, Normaldruck) gasförmig vorliegt, wird dabei soweit herabgekühlt, bis es den flüssigen Aggregatzustand einnimmt. Als Flüssiggas wird es dann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Bereich des Walzspalts eingeblasen beziehungsweise eingedüst. Im Gegensatz zu den bekannten, bei Raumtemperatur flüssigen Kühlschmierstoffen geht dieses Flüssiggas bei Erwärmung auf Raumtemperatur restlos in den gasförmigen Aggregatzustand über, hinterläßt folglich ebensowenig schädliche Rückstände auf dem Walzgut, als wenn es gasförmig eingeblasen wird.

Die erheblich verbesserte Kühlwirkung bei der Verwendung von Flüssiggas ergibt sich aus seiner extrem niedrigen Temperatur und daraus, daß es seine gesamte Verdampfungsenergie zum Übergang in den gasförmigen Aggregatzustand als Wärmeenergie aus der Umgebung abzieht, wodurch relativ große Wärmemengen innerhalb kurzer Zeit aus dem Walzgut abgeführt werden. Das Walzgut tritt folglich mit sehr niedriger Temperatur in den Walzspalt ein. Die dort anfallende Verformungswärme wird beim Walzgutaustritt durch die Flüssiggaskühlung praktisch unmittelbar abgeführt. Die thermische Beanspruchung der Oberflächen, und zwar sowohl der Walzgut-als auch der Walzenoberflächen wird dadurch auf ein Minimum reduziert.

Außerdem bildet sich durch die Temperaturunterschiede ein Gaspolster auf der Berührungsfläche im Walzspalt, so daß die Walzenreibung und damit die mechanische Beanspruchung der Oberflächen ebenfalls erheblich vermindert wird. Schließlich wird durch die niedrigen Oberflächentemperaturen Oberflächenkorrosion durch Oxydation wirksam reduziert, und zwar auch noch dann, wenn das Walzgut bzw. die Walzenoberfläche den unmittelbar mit Inertgas angeströmten Bereich um den Walzspalt verlassen.

Erste Versuche haben gezeigt, daß durch die Verwendung von Flüssiggas, nämlich flüssigem Stickstoff, bei ansonsten gleichen Bedingungen eine sprunghafte Qualitatsverbesserung

der Bandoberflächenausführung von der Qualität RP (riß-und porenfrei) zur Qualität RPG (riß-und porenfrei hell glänzend) erfolgt. Zugleich verlängert sich die Standzeit der Walzen um ein vielfaches. Die bislang nach einiger Zeit erfolgende Mattierung der Walzenoberfläche, die bei den Qualitäten RP und RPG nicht hingenommen werden kann, deren Ursachen jedoch noch unklar sind, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls nicht mehr aufgetreten.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren beim Kaltwalzen von Stahl, insbesondere Bandstahl und Stahlblech durchgeführt, und zwar insbesondere bei hohen Oberflächengüten gemäß DIN EN 10139. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Verarbeitung von Stahl beschränkt, sondern kann selbstverstandlich ebenfalls beim Kaltwalzen von anderen kaltverformbaren Metallwerkstoffen eingesetzt werden, beispielsweise von Buntmetallen, Aluminium und weiteren Metallen und Legierungen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß erfindungsgemäß erstmals eine Möglichkeit aufgezeigt wird, die bislang üblichen, bei Raumtemperatur flussigen Kühlschmierstoffe durch ein bei Raumtemperatur gasförmiges Kühlschmiergas vollständig zu ersetzen. Die besonderen Vorteile ergeben sich daraus, daß sämtliche, bisher durch die Kühlschmierstoffe selbst verursachten Probleme wegfallen und zugleich eine erhebliche Verbesserung der Oberflächenqualität beim Kaltwalzen praktisch ohne Mehraufwand erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit relativ geringem konstruktiven Aufwand an einem Kaltwalzgerüst zum Kaltwalzen von metallischem Walzgut umsetzen, welches mindestens zwei Walzen (Arbeitswalzen) aufweist, die gegenlaufig antreibbar in einem Walzenständer gelagert sind und zwischen denen sich der Walzspalt befindet, durch den das Walzgut unter Formänderung hindurchtritt. Erfindungsgemäß weist dieses mit kaltem Inertgas beaufschlagbare Düsen auf, die auf den Walzspalt gerichtet sind.

Durch diese Düsen, mit ihrem Gasaustritt vorzugsweise im wesentlichen tangential zur Walzenoberfläche ausgerichtet sind, ist das Inertgas über die gesamte Breite des Walzgutes in den Bereich des Walzspalts einblasbar, das heißt, wie beschrieben auf die Grenze der Berührungsfläche zwischen Walzgut-und Walzenoberfläche.

Zweckmäßigerweise sind die Düsen am Walzguteintritt und am Walzgutaustritt angebracht. Zumindest sollten sie auf der Oberseite des Walzgutes angeordnet sein. Diese Anordnung ist oftmals ausreichend, da das kalte Inertgas allein aufgrund der Schwerkraft die Unterseite des Walzgutes umspülen wird.

Gegebenenfalls können jedoch auf der Unterseite des Walzgutes ebenfalls Düsen angebracht sein.

Je nach der geforderten Kühlwirkung und Oberflächenbeschaffenheit des Walzgutes können die Düsen mit tiefkaltem Gas oder Flüssiggas beaufschlagbar sein.

Eine ebenfalls vorteilhafte Alternative bzw. Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass anstelle des Inertgases, welches sich bezüglich der Materialoberflächen passiv verhält, ein Reaktivgas verwendet wird, welches mit der Oberfläche des Walzguts zur Erreichung definierter Oberflächeneigenschaften chemische Reaktionen eingehen kann.

Durch die Verwendung dieses Reaktivgases werden ebenfalls die der Erfindung zugrundeliegenden Probleme durch die Verwendung flüssiger Kühlschmierstoffe vermieden. Dadurch lässt sich nämlich ebenfalls eine ausreichende Kühlung und Schmierung im Walzspalt erreichen, wobei, wie auch beim Inertgas, keine schädlichen Rückstände auf dem Walzgut verbleiben.

Die vorangehend erläuterten, bislang wissenschaftlich noch nicht mit letzter Sicherheit geklärten Effekte bezüglich der erfindungsgemäßen Gaskühlung und-schmierung des Walzguts im Walzspalt können durch das kühl zugeführte Reaktivgas ebenfalls erreicht werden. Der Luftsauerstoff, welcher im

Walzspalt schädliche Auswirkungen auf die Oberflächenbeschaffenheit des Walzguts und der Walzen haben kann, wird durch das Reaktivgas verdrängt. Zusätzlich zu diesen, bereits mit Inertgas erreichbaren Effekten lassen sich durch die Verwendung von Reaktivgas noch weitergehende Vorteile erreichen. So ist es beispielsweise denkbar, dass das zunächst gekühlt zugeführte Reaktivgas durch die Erwärmung im Walzspalt gezielt mit der Materialoberfläche des Walzguts reagiert. Auf diese Weise wäre es beispielsweise denkbar, auf der Walzgutoberfläche reaktiv aufgebrachte Schutzschichten aufzubringen, und zwar insbesondere bevor das Walzgut in Kontakt mit der Umgebungsluft kommt. Dies könnte insbesondere mit reaktiven Metallen, wie beispielsweise Aluminium besondere Vorteile bringen.

Als Reaktivgase kommen sämtliche Gase oder auch Gasgemische in Frage, welche unter geeigneten Bedingungen, beispielsweise in bestimmten Temperaturbereichen mit dem jeweiligen Material des Walzguts in einer vorbestimmbaren Weise reagieren können.

Denkbar ist beispielsweise die Verwendung von Kohlendioxid und anderen anorganischen oder organischen Gasen oder Gasgemischen.

Ein Kaltwalzgerüst gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen im einzelnen : Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts ; Fig. 2 eine Seitenansicht des Walzgerüsts gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht von schräg oben schematisch ein Kaltwalzgerüst gemäß der Erfindung, wobei zur besseren Übersichtlichkeit die Walzenständer weggelassen sind. Dieses Kaltwalzgerüst, welches als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, weist zwei senkrecht übereinander angeordnete Walzen 2 auf, zwischen denen sich der Walzspalt 3 befindet.

Das Walzgut wird in der Darstellung durch ein Metallband oder -blech 4, beispielsweise aus Stahl, gebildet, welches in Pfeilrichtung durch den Walzspalt 3 hindurchläuft.

Mit dem Bezugszeichen 5 sind Düsen bezeichnet, die auf der Bandeintritts-und der Bandaustrittsseite des Walzgerüsts 2 angeordnet sind und mit ihrem Gasaustritt schräg von oben in den Bereich des Walzspaltes 3 gerichtet sind.

Die Anordnung der einzelnen Teile ergibt sich noch einmal besonders deutlich aus der Seitenansicht in Fig. 2. Darin sind zusätzliche Düsen 5 auf der Unterseite des Walzgutes 4 angedeutet, welche ebenfalls auf den Walzspalt 3 gerichtet sind.

Zum Betrieb des Kaltwalzgerüst 1 werden die Walzen 2 in bekannter Weise drehend angetrieben, wodurch das Walzgut 4 unter Formänderung durch den Walzspalt 3 hindurchtritt. Die Düsen 5 werden erfindungsgemäß mit Inertgas beaufschlagt, und zwar bevorzugt mit kaltem oder tiefkaltem Gas beziehungsweise Flüssiggas, beispielsweise Stickstoff. Dadurch erfolgt eine

effektive lokale Kühlung des Walzgutes 4 im Bereich des Walzspaltes 3. Durch die lokale Schutzatmosphäre im Bereich des Walzspaltes 3 wird Oxydation zuverlässig unterdrückt. Das Inertgas sorgt sogleich für eine ausreichende Schmierung zwischen den Walzen-und Walzgutoberflächen, so daß keine weiteren Kühl-und Schmiermittel erforderlich sind.

Anstelle von chemisch passivem Inertgas ist auch die Verwendung von Reaktivgas denkbar. Dieses zeichnet sich durch eine bestimmte chemische Reaktivität mit dem Material des Walzguts aus. Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Gaskühlschmierung ohne die Verwendung flüssiger Kühlschmierstoffe kann dadurch eine gezielte Oberflächenbeeinflussung während des Walzvorgangs realisiert werden, beispielsweise die Ausbildung von Oberflächenschutzschichten.