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Horizontales Bandgießen von Stahl – neue Hochleistungswerkstoffe ressourcenschonend herstellen

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Neue Leichtbaustähle mit industrieller Bandgießtechnologie

Der Traum, Stahl dünn zu gießen!
In enger Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie ist es der Salzgitter Flachstahl GmbH, der SMS Siemag AG und der Technischen Universität Clausthal gelungen, das horizontale Bandgießen von Stahl aus der Grundlagenforschung erfolgreich in die industrielle Nutzung zu überführen.

Die Technologie des dünnen Gießens folgt der uralten Vision, Stahlprodukte möglichst ohne Unterbrechung direkt aus der Schmelze herzustellen. Das spart Energie und Ressourcen, schont die Umwelt und bietet das Potential, Stahlprodukte zukünftig noch flexibler und wirtschaftlicher zu fertigen.

Professor Karl-Heinz Spitzer brachte an der TU Clausthal in den vergangenen zehn Jahren die grundlegende Verfahrenstechnologie mit Unterstützung beider Industriepartner elementar voran. Wichtige Grundlagen dafür wurden auch im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben wie zuletzt im Projekt ReBand vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geschaffen. Die Herren Ulrich Grethe (Salzgitter Flachstahl GmbH) und Burkhard Dahmen (SMS group) übernahmen in den Jahren 2010 - 2012 die federführende Leitung zur Realisierung der weltweit ersten Industrieanlage. Dieser mutige Schritt wurde durch eine Investitionsförderung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Rahmen der Umweltschutzbeihilfe unterstützt.

Beide koordinieren seitdem, wissenschaftlich begleitet von Professor Spitzer, den laufenden Einfahrbetrieb, der die industrielle Verfahrenstauglichkeit bereits nachgewiesen hat. Sie verantworten in ihren Unternehmen zudem die beginnende Vermarktung der Verfahrenstechnik bzw. der bandgegossenen Stahlprodukte.

Diese besondere Verfahrenstechnik eröffnet auch die Perspektive für innovative Hochleistungswerkstoffe, die bisher nur äußerst schwierig oder gar nicht herzustellen waren. Dies gilt z.B. für eine völlig neue Generation von Leichtbaustählen, die zugleich sehr widerstandsfähig und doch hoch verformbar sind. Damit verbinden sich wichtige bei konventionellen Stählen aber auch bei anderen Metallen normalerweise gegenläufige Werkstoffeigenschaften. So können ideal geformte und hoch belastbare Bauteile produziert werden, die z.B. Automobile leichter und zugleich sicherer machen.

Das horizontale Bandgießen von Stahl adressiert die zentralen Herausforderungen einer modernen zukunftsorientierten Verfahrenstechnologie und Materialherstellung. Damit verbunden sind wichtige Impulse zur Standortsicherung der im globalen Wettbewerb stehenden stahlintensiven Branchen. Dies gilt nicht nur für die Zukunftsfähigkeit der hiesigen Stahlindustrie, sondern auch für den in Deutschland traditionell starken Fahrzeug- sowie Maschinen- und Anlagenbau.

So funktioniert es!
Anders als beim bekannten Stranggießen dicker Walzblöcke wird die Stahlschmelze beim horizontalen Bandgießen gleich rund 20 mal dünner auf ein mit Gießgeschwindigkeit umlaufendes und intensiv gekühltes Förderband vergossen. Der mit ca. 15 mm schon endabmessungsnahe Bandguss spart auf dem Weg zum Stahlblech aufwendige Wärm- und Walzschritte ein.

Die horizontale Schmelzeführung sorgt für einen günstigen Abkühlprozess, der den heißen Stahl mechanisch wenig belastet. Bandgießanlage und Produkt bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit. Auf sonst übliche Schmierstoffe kann verzichtet werden. Das Kühlwasser kommt mit dem Bandgussprodukt nicht in direkten Kontakt und wird ohne Aufbereitung wieder verwendet.

Die schnelle Abkühlung des Materials wirkt sich positiv auf die Gussqualität aus. Die Gießdicke ist jedoch ausreichend bemessen, um die nach dem Walzen geforderten Produkteigenschaften sicher zu erreichen. Diese Verfahrensvorzüge sind es, die ein breites Spektrum neuer, hochwertiger, aber auch besonders anspruchsvoller Stahlwerkstoffe erst herstellbar machen.

Hochfest und doch verformbar!
Die Vorteile des horizontalen Bandgießverfahrens werden z.B. für eine ganz neue Generation von Leichtbaustählen, die sogenannten HSD®-Stähle, genutzt. HSD® steht für high strength and ductility und bezeichnet Stähle mit höheren Mangangehalten und geringen Zugaben an Aluminium und Silizium. Die Produkteigenschaften können für den jeweiligen Anwendungsfall maßgeschneidert eingestellt werden. Mit dieser Rezeptur entstehen auch Verformungsreserven, die sich bei unterschiedlichsten Belastungen wie z.B. bei Fahrzeugkollisionen oder sehr tiefen Temperaturen entfalten können. Damit eröffnen sich neue Gestaltungsspielräume und Leichtbaupotentiale auch im Nicht-Automotive-Sektor, die eine weitere Tür zur Energieeinsparung und Ressourceneffizienz aufstoßen.

Besonders attraktiv sind HSD®-Stähle jedoch für den Automobil-Leichtbau. Im Fokus stehen vor allem hoch beanspruchte Bauteile komplexer Geometrie in Karosserie, Innenraum und Fahrwerk. Dies steigert die Designfreiheiten des Automobilkonstrukteurs, ohne das Material zusätzlich erwärmen zu müssen. Bei gewichtsoptimierter Materialausnutzung können je nach Einsatzfeld sowohl die Anzahl der Einzelteile als auch Umformschritte bei ihrer Fertigung reduziert werden.

Typisch sind bereits in der Erprobung befindliche, sicherheitsrelevante Bauteile wie Stoßstangen, Türaufprallträger, Fahrzeugsitze oder tragende Karosseriekomponenten. Hier lassen sich im Vergleich zum heutigen Serienstand zwischen 17 und 38 Prozent Gewicht einsparen.

Gute Perspektive
Bandgießtechnologie und Hochleistungsstähle wirken doppelt positiv auf den nachhaltigen Umweltschutz. Bei der Stahlherstellung lässt sich der Energieverbrauch in den Prozessstufen Gießen und Warmwalzen zukünftig bei vollständiger Verfahrensintegration auf rund ein Drittel verringern. Zudem reduziert der Gewichtsvorteil der bandgegossenen Leichtbaustähle den Treibstoffverbrauch eines Automobils während der Nutzungsphase.

Die industrielle Einführung der Bandgießtechnologie am Standort Peine schreitet kontinuierlich voran und kann zur Keimzelle ihres breiteren industriellen Durchbruchs werden. Das Bandgießverfahren besticht durch sein wirtschaftlich kompaktes Anlagenkonzept mit vergleichsweise niedrigen Investitionsaufwendungen. Für die SMS group besteht die Chance, diese innovative Gießtechnologie als industrielles Produktionsverfahren für konventionelle und Sonderstähle weiter zu qualifizieren und erfolgreich zu vermarkten.

Darüber hinaus signalisieren eine Vielzahl laufender Produktentwicklungen das große Interesse an bandgegossenen Leichtbaustählen aus Salzgitter. Dabei ist das Spektrum der über diese Prozessroute darstellbaren Stahlprodukte in ihrem Umfang heute noch gar nicht abschätzbar. Die Salzgitter Flachstahl GmbH arbeitet bereits an weiteren für das Bandgießen prädestinierten Konstruktions- und Funktionswerkstoffen.

Salzgitter AG
Die Salzgitter AG ist einer der führenden Stahl- und Technologiekonzerne Europas mit einem Außenumsatz in 2013 von
9 Mrd. €, einer Kapazität von nahezu 8 Millionen Tonnen Rohstahl und über 25.000 Mitarbeitern. Das Unternehmen betreibt hochmoderne und ressourceneffiziente Produktionsstätten im In- und Ausland. Es besteht aus über 200 Tochter- und Beteiligungsgesellschaften und ist unter Führung der Salzgitter AG als Holding in die fünf Geschäftsbereiche Flachstahl, Grobblech/Profilstahl, Handel, Energie und Technologie untergliedert.

Die Salzgitter Flachstahl GmbH ist die größte Stahltochter in der Salzgitter-Gruppe. 2013 wurden etwa 4,4 Millionen Tonnen Rohstahl mit einem Jahresumsatz von 2,7 Milliarden Euro erzeugt. Aktuell hat Salzgitter Flachstahl 5.769 Mitarbeiter. Zu den wichtigsten Kunden zählen Fahrzeughersteller sowie deren Zulieferer, Röhren-/Großröhrenhersteller, Kaltwalzer und die Bauindustrie. Die Gesellschaft bietet ein breites Lieferprogramm an warm- und kaltgewalzten sowie oberflächenveredelten Produkten. Ein spezieller Fokus liegt auf innovativen und maßgeschneiderten Produktionsprozessen und Werkstofflösungen z.B. für besondere Formgebungsverfahren sowie höchst beanspruchte Sicherheits- und Außenhautteile des Automobilbaus.

www.salzgitter-ag.com
Pressekontakt: Bernhard Kleinermann, +495341 21 2300, kleinermann.b@salzgitter-ag.de

SMS group
Die SMS group ist ein weltweit führendes Unternehmen auf dem Gebiet des metallurgischen Maschinen- und Anlagenbaus für die Verarbeitung von Stahl und NE-Metallen. Über 13.800 Mitarbeiter erwirtschaften weltweit einen Umsatz von rund 3,5 Mrd. Euro. Es besteht aus einer Gruppe von international tätigen Unternehmen unter dem Dach der SMS Holding GmbH und gliedert sich in die Unternehmensbereiche SMS Siemag, SMS Meer sowie die Industriebeteiligungen.

Rund 60 Prozent des Gesamtumsatzes der SMS group erwirtschaftet der Unternehmensbereich SMS Siemag, dessen Produktprogramm die Prozesskette mit Anlagen für die Stahl-, Aluminium- und NE-Metallindustrie von der Roheisenerzeugung, Stahlwerkstechnik, Stranggießtechnik für Flachprodukte und Walzwerkstechnik bis hin zu Veredelungslinien für Warm- und Kaltband einschließlich der Elektrik und Automatisierung sowie dem dazugehörigen Service abdeckt.

www.sms-group.de
Pressekontakt: Dr. Thomas Isajiw, +49 211 881-4127, thomas.isajiw@sms-group.com

Technische Universität Clausthal
Innovativ, industrienah, international. Seit mehr als 230 Jahren werden in Clausthal Ingenieure und Naturwissenschaftler ausgebildet. Hervorgegangen aus einer Bergakademie, beschäftigt sich die national wie international angesehene Technische Universität Clausthal mit Zukunftstechnologien. Schwerpunkte bilden die Forschungsfelder Energie und Rohstoffe, Materialien und Maschinen sowie Simulation und Komplexe Systeme. Seit 2009 bündeln die TU Clausthal, die Technische Universität Braunschweig und die Leibniz Universität Hannover ihre technisch-naturwissenschaftlichen Kompetenzen in der Niedersächsischen Technischen Hochschule (NTH). Ziel des Verbundes ist es, Deutschlands führenden Technischen Universitäten auf Augenhöhe zu begegnen. Mit rund 4600 Studierenden und etwa 1050 Beschäftigten ist die TU Clausthal einer der wichtigsten Wirtschaftsfaktoren im Harz.

www.tu-clausthal.de
Pressekontakt: Christian Ernst, +495323 72 3904, christian.ernst@tu-clausthal.de

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Horizontales Bandgießen von Stahl – neue Hochleistungswerkstoffe ressourcenschonend herstellen“ wurde vom BDI – Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. vorgeschlagen.