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Ursachen und Vorbeugung von Schrumpfverformungen bei Stahlspulen

2025-08-22 11:30

Ursachen und Vorbeugung von Schrumpfverformungen bei Stahlspulen 

    Ohne den Innendurchmesser zu ändern, kann durch den kombinierten Ansatz der kompatiblen Expansions- und Kontraktionsspule aus abnehmbarer innerer Stütze im Ofen + Wärmedämmung des Endabschnitts/Temperaturregelung für den Wärmeausgleich + Zonierung der Oberflächenrauheit (dünne h-BN-Sprühbeschichtung im Mittelabschnitt) die dauerhafte Schrumpfung des Mittelabschnitts stabil um etwa 50 – 70 % reduziert werden, während die Rundheitserhaltung deutlich verbessert wird. 

1. Hintergrund und Problem 

    Typischer Fall: Die Stahlspule mit einer Länge von 2350 mm enthält eine konzentrisch gewickelte Aluminiumspule (1600 mm breit, Walzgewicht ca. 15 t). Nach Heiz-/Glühzyklen tritt häufig auf, dass der Außendurchmesser im Mittelteil kleiner wird als an den Enden und die Rundheit nachlässt, was die Lebensdauer verkürzt und die Qualität beeinträchtigt. 

2. Warum schrumpft die Mitte stärker? (Schlüsselmechanismen) 

  · Heißer und länger im Mittelteil: Die Enden leiten die Wärme schnell ab, während der Mittelteil länger auf hoher Temperatur bleibt, wodurch das Material weicher wird und anfällig für einen durch Kompression verursachten Kollaps wird. 

  ·Nichtübereinstimmung der Wärmeausdehnung + Reibung → Radialdruck: Aluminium dehnt sich stärker aus als Stahl; begrenztes Gleiten drückt die Spule nach innen und erreicht ihren Höhepunkt nahe der Mitte der Spanne. 

  · Strukturell weicher: Der freie mittlere Abschnitt weist die geringste Steifigkeit auf, erfährt eine frühe Ovalisierung und geht von der elastischen Verformung in eine irreversible Schrumpfung über." 

3. Schneller Selbstcheck 

  ·Die Härte im Mittelteil ist geringer als an den Enden. 

  ·Unter Leerlaufheizbedingungen (ohne Spule) ist die Schrumpfung vernachlässigbar oder deutlich gemildert. 

  ·Schwerer unter N₂-Atmosphäre (dünner Oxidfilm, hohe Reibung, eingeschränkter Schlupf). 

  · Der Außendurchmesser des Mittelteils nimmt von Zyklus zu Zyklus ab; die Enden ändern sich wenig.

4. Gesamtstrategie (ohne Änderung des Innendurchmessers) 

Verbesserte SteifigkeitTemperaturdifferenz steuernReduzieren Sie den Extrusionsdruck
Im Ofen installierte, abnehmbare interne Unterstützung, verbessert die Beständigkeit des Mittelteils gegen OvalisierungEndisolierungsleitbleche + gleichmäßige Heiz-/Kühlabschnitte, verhindern eine längere isolierte Erwärmung des MittelabschnittsGeringe Reibung im Mittelteil, hohe an den Enden, Verwendung von Mikroschlupf zum Ausgleich von Wärmeausdehnungsunterschieden. 

5. Praktische Optionen und Parameter 

5.1 Abnehmbare Ofeninnenstütze(Nur zur Verwendung im Ofen. Nach dem Entfernen aus dem Ofen entfernen.) 

  ·Abdeckungslänge: Abdeckung ≥1600 mm + 50–100 mm pro Seite (insgesamt 1700–1800 mm). 

  · Spannung und Kontaktdruck: Radiale Ausdehnung 0,2 – 0,5 mm; Zielkontaktdruck 5–10 MPa; Rundlauf ≤0,05 mm. 

  · Material/Oberfläche: Körper aus legiertem Stahl: verschleißfeste Oberfläche + Hochtemperatur-Festschmierstoffe (h-BN/MoS₂). Keine Spulen. 

  ·Verwendungsprozess: Vor dem Erhitzen einführen/ausdehnen → während des Erhitzens/Einweichens/Abkühlens aufbewahren → auf <150 °C drucklos machen und entfernen. 

  ·Erwartete Reduzierung: ~40–70 % (Verbesserte Stabilität mit Temperatur-/Zonensteuerungs-Overlay). 

5.2 Endisolierung + gleichmäßige Temperaturregelung (obligatorisch). 

  ·Ziele: axiales ΔT (Spulenabschnitt – Endabschnitt) ≤ 30–40 °C; durchgehendes ΔT ≤ 40–60 °C. 

  ·Testmethode: Verfahren: Verwenden Sie 25–50 mm dicke Keramikfaserplatten mit metallisch reflektierenden Schichten an den Anschlussabschnitten; führen Sie eine Heizung/Kühlung mit 2–4 °C/min durch; führen Sie eine Heizperiode von 10–20 Minuten durch, bevor die Zieltemperatur erreicht wird. 

  ·Überwachung: Thermoelemente am Ende/Mitte/Ende; korrigieren, wenn ΔT die Grenzwerte überschreitet. 

  ·Erwarteter Reduktionsbereich: ca. 15–30 %. 

5.3 Oberflächenzonierung + dünnes h‑BN in der Mitte der Spannweite(Reduzieren Sie den Spitzenwert des Extrusionsdrucks im Mittelteil.)

  ·Mittelteil (Breite: 1200–1600 mm): Ra 12–15 μm, Rpk≈2 μm; dünn beschichtet mit 5–15 μm h-BN (hohe Reinheit, Temperaturbeständigkeit >900 ℃). 

  ·Zwei Enden (jeweils 200–300 mm): Ra 20–25 μm, Rpk 3–4 μm, bieten Halt, um ein allgemeines Verrutschen zu verhindern. 

  ·Rutschhandhabung: Priorisieren Sie die Erweiterung des hohen Rpk-Bandes oder die leichte Erhöhung von Ra an den Enden; halten Sie in der Mitte eine geringe Reibung aufrecht 

  ·Erwartete Verringerung: ~15–25 % (stärker ausgeprägt in N₂-Atmosphäre). 

5.4 Optionale Erweiterung: Interne/externe Ofenrollen/Sättel 

  ·Zwei hitzebeständige Spannrollen/Sättel können im Nicht-Coil-Bereich außerhalb der Coil-Kante angeordnet werden, um die Last zu verteilen und so das Biegemoment in der Mitte der Spannweite und die Ovalisierung zu reduzieren. 

  ·Erwartete Reduzierung ~10–20 %. 

5.5 Langfristiges Upgrade: (Innendurchmesser unverändert) 

  ·Eine Erhöhung der Wandstärke von 30 auf 35 mm verbessert die Stabilität und verringert die Kriechgeschwindigkeit bei hohen Temperaturen; kombinieren Sie mit 5.1–5.3. 

  ·Es ist notwendig, die Auswirkungen eines erhöhten Gewichts und einer höheren Heizzeit auf die Zykluszeit und den Energieverbrauch zu bewerten. 

5.6 Maschinenphase: Optimierung des Spanndrucks für ausdehnbare/zusammenziehbare Rollen 

  · Unter der Voraussetzung, dass eine ausreichende Drehmomentübertragung gewährleistet ist, verwenden Sie den erforderlichen Mindestdruck (Sicherheitsfaktor 1,3–1,5), um die Spannung in der Innenbohrung zu reduzieren. 

  ·Schlagen Sie eine Drehmoment-Druck-Schlupf-Kalibrierung vor, um die Leistung vor Ort zu ermitteln. Kurven. 

6. Schnelle Implementierungs-Roadmap 

PhaseInnerhalb von 2 Wochen1–2 MonateLangfristig
 AktionenEndisolierung + Durchtränkung; Oberflächenzonierung + h‑ BN; Basislinie ΔT/ODEntwickeln und kalibrieren Sie eine abnehmbare Ofenhalterung. Fügen Sie bei Bedarf Außenrollen hinzu. OD-Erhöhung auf 35–40 mm bewerten; SOP und Abnahme formalisieren 
Ziele
Reduzierung der Schrumpfung im Mittelteil um ≥ 50 %.Schleif-/Wechselzyklus um das 1,5- bis 2,5-fache verlängert.

7.SOP-Highlights 

7.1 Abnehmbare interne Ofenstütze 

  ·Prüfen → Einsetzen und ausrichten → Auf die Sollposition ausdehnen (≈6–8 MPa) → Während des Erhitzens/Haltens/Abkühlens festhalten → Nach dem Abkühlen auf unter 150 °C drucklos machen → Herausziehen und prüfen. 

  ·Alle 100–200 h prüfen; Rundlauf ≤0,05 mm. 

7.2 Endisolierung und Einweichen 

      Schallwände (25–50 mm Keramikfaserplatte + metallische reflektierende Oberfläche) sicher befestigt; 2–4 °C/min Heizen/Kühlen; 10–20 min Einweichen; ΔT-Alarm zur Korrektur. 

7.3 Flächenzonierung&h‑BN 

      Mitte: Ra 12–15 μm, Rpk≈2 μm + dünner h-BN-Spray, Aushärtung bei niedriger Temperatur; Enden: Ra 20–25 μm, Rpk 3–4 μm 

8. Abnahme und Überwachung 

Axialrichtung ΔT≤30–40 °CEnd-/Mitte-/End-Thermoelemente, Vollprozessaufzeichnung
Dickenrichtung ΔT ≤40–60 °CDoppeloberflächen- oder gleichwertige Sonden 
Schrumpfungsrate des Außendurchmessers in der Mitte der Spannweite ≤0,05 mm/100 h oder pro 100 ZyklenWiederholen Sie die Dreipunkt-OD-Messungen
Rundheit(Raumtemperatur)≤0,2 mm Rundheitsprüfgerät / Koordinatenmessgerät / Messuhren
Gleitfähigkeit & OberflächeKeine Rutschspuren; intakte h-BN-Beschichtung im MittelteilVisuelle und punktuelle Prüfung der Oberflächenrauheit (Rpk) 

Unterstützung 

E-Mail: guangwei@gwspool.com 

Unternehmen: GW Precision Technology Co., Ltd. 

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