AT133712B - Baustahl für Konstruktionszwecke. - Google Patents

Description

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  Baustahl für   Konstruktionszweeke.   



   Im   Eisenhoch-und Brückenbau wird   in der letzten Zeit in steigendem Masse die Forderung nach einem Stahl erhoben, der eine höhere Zugfestigkeit und vor allen Dingen eine höhere Streckgrenze besitzt als der bis vor einiger Zeit fast ausschliesslich verwendete weiche Flussstahl (nach den deutschen Industrie- normen als St. 37 bezeichnet). Der härtere Baustahl soll aber neben günstigen Festigkeits-und Streckgrenzenwerten gleichzeitig gute Dehnung und Zähigkeit besitzen ; ebenso soll seine Bearbeitbarkeit nicht wesentlich schwieriger sein als die des Stahles 37. Es ist zunächst versucht worden, dieser Forderung nach einem härteren Baustahl durch Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes einigermassen gerecht zu werden. 



  Mit dem sogenannten St. 48 wird eine Zugfestigkeit von 48 bis 58   i/mm   und eine Streckgrenze von 29   i/mm   erreicht. Die Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes führt jedoch zu einer Reihe von Nachteilen, die in der Natur dieses Legierungselementes ihre Ursache haben. Damit ist jede Steigerung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit mit einer nicht unerheblichen Verminderung der Dehnung und der Zähigkeit verbunden. Gleichzeitig wird die Zugfestigkeit   stärker   erhöht als die Streckgrenze, so dass das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit, das in jüngster Zeit vielfach als   Gütemassstab   verwendet wird, mit steigendem Kohlenstoffgehalt ebenfalls kleiner wird.

   Einer Erhöhung des   Kohlenstoffgehaltes   im Hochbaustahl sind ausserdem enge Grenzen gesetzt durch die Forderung nach guter Bearbeitbarkeit. 



  Schon beim St. 48 stösst man bei der Verarbeitung von grossen Profilen auf gewisse Schwierigkeiten. Ebenso hat sich bei Nietarbeiten der höhere Kohlenstoffgehalt als nachteilig herausgestellt, da die aus St. 48 hergestellten Nieten bereits merklich härtbar sind. 



   Die Bestrebungen, im Baustahl an Stelle des Kohlenstoffes andere festigkeitssteigernde Legierungselemente zu verwenden, scheiterten im allgemeinen an den zu hohen Kosten der Zusätze. Bei Verwendung von Nickelstahl werden beispielsweise die in der Konstruktion durch   Gewichtsverringe-   rung erzielten Ersparnisse durch die zu hohen Kosten des Nickelstahles wieder aufgezehrt. 



   Das Streben nach dem wirtschaftlichen Optimum hat in neuester Zeit dazu geführt, von den festigkeitssteigernden Wirkungen des Siliziums auch beim Baustahl Gebrauch zu machen. Der hauptsächlich von der Eisenbahn verwendete Siliziumbaustahl besitzt etwa den Kohlenstoffgehalt des Stahles 37, aber einen Siliziumgehalt von 1%. Bei diesem Stahl wird bei einer Festigkeit von mindestens 50   kgjmm2   eine Streckgrenze von etwa 36   /) mm erreicht, während   die Dehnung nur unwesentlich niedriger als die des Stahles 37 ist. 



   Durch den Siliziumzusatz wird jedoch die metallurgische Natur des Ausgangsstahles nicht unerheblich verändert. Die Viskosität des Bades nimmt zu. Dieser Umstand zwingt zu einer sehr genauen Einhaltung bestimmter Giesstemperaturen. Beim Erstarren entstehen im Block verhältnismässig tiefe Lunker ; auch die   Schweissbarkeit   wird herabgesetzt, so dass der fertiggewalzte Werkstoff des öfteren Doppelungen,   Zungen-und Schalenbildung   und Risse zeigt, was seine Verwendung häufig in Frage stellt oder ganz unmöglich macht. Ausserdem erhöht der Siliziumgehalt den oberen Umwandlungspunkt   (A3-Punkt)   und engt so die für die Warmformgebung zur Verfugung stehende Temperaturspanne stark ein.

   Es besteht somit beim Walzen von   Siliziumstahl   sehr leicht die Gefahr, die Warmformgebung nicht dicht oberhalb des oberen Umwandlungspunktes beendigen zu können (bekanntlich im allgemeinen die Richtlinie für jede Warmverformung), sondern den Werkstoff innerhalb des kritischen Temperaturintervalls fertig walzen zu müssen und dadurch auf seine   physikalischen   Eigenschaften einen unnatürlichen Zwang auszuüben. So sind beim Siliziumstahl die Festigkeitswerte, insbesondere die Streckgrenze, ausserordentlich 

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 Verwendung doch Schwierigkeiten mit sich. 



   Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein nickelfreier Baustahl, der einerseits den Forderungen nach hoher Streckgrenze und guter Zähigkeit gerecht wird, anderseits aber die unangenehmen Eigenschaften des Siliziumstahles beim Giessen und bei der Warmformgebung nicht zeigt, wohl aber die   Vorzüge   des   Siliziumstahles-niedriger   Kohlenstoffgehalt und gute Bearbeitbarkeit-in noch höherem   Masse   besitzt. Diese Eigenschaften werden durch einen gleichzeitigen Zusatz von Kupfer und Chrom bis zu einer Gesamtmenge von 2% zu einem weichen Flussstahl mit höchstens   0'2%   Kohlenstoff erreicht. Als zweckmässig hat es sich erwiesen, die angegebenen Elemente innerhalb der nachstehenden Grenzen zu halten : Chrom = 0-25 bis   0-5% und   Kupfer = 0-5 bis 1-5%. 



   Die festigkeitssteigernde Wirkung des Kupfers ist an sieh bereits seit längerem bekannt, wurde aber bei Baustählen technisch nicht ausgenutzt, da nach den Ergebnissen der Forschung die Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit durch einen Kupferzusatz immer mit einem recht erheblichen Abfall der Dehnung und der Zähigkeit verbunden ist. Dass diese Beeinträchtigung der Zähigkeit bei vorliegendem
Baustahl nicht eintritt, ist eine Folge der gleichzeitigen Anwesenheit von Kupfer und Chrom. Es ist bereits mehrfach versucht worden, von einem Kupfergehalt Gebrauch zu machen ; z. B. ist versucht worden, im Nickel-Chrom-Baustahl einen Teil des Nickels durch Kupfer zu ersetzen. Diese Versuche blieben jedoch erfolglos, wie dies insbesondere aus der Untersuchung   von Oertel und Leveringhaus   hervorgeht   (Werkstoffausschussberieht   Nr. 35).

   Die von diesen gewählten Zusammensetzungen unterschieden sich von dem vorliegenden Baustahl dadurch, dass ausser höheren Kohlenstoffgehalten immer noch bestimmte Mengen Nickel vorlagen. 



   Beim vorliegenden Stahl tritt infolge seines hohen Kupfergehaltes eine erhebliche Senkung des oberen Umwandlungspunktes, etwa um 1000, auf, wodurch die für die Warmverformung zur Verfügung stehende Temperaturspanne erheblich vergrössert wird, ein Vorteil gegenüber der Verarbeitung des Siliziumbaustahles. Wie alle gekupferten Stähle besitzt auch der vorliegende Stahl infolge seines hohen Kupfergehaltes einen erhöhten Widerstand gegen Korrosionsangriff, weist aber infolge der Eigenart seiner Zusammensetzung eine wesentlich grössere Zunderbeständigkeit auf. 



   Für die Eigenschaften des   erfindungsgemässen   Stahles ist es, wie schon erwähnt, von grosser Bedeutung, bei einem Kupferzusatz, dessen Menge diejenige des Chroms überwiegt, den Kohlenstoffgehalt niedrig, u. zw. nicht über etwa   0'2% zu   halten, wobei die Summe des   Kupfer- und Chromgehaltes 2%   nicht wesentlich übersteigen soll.

   Bei höherem Chrom-und Kohlenstoffgehalt lassen sieh zwar giinstige Festigkeitswerte erreichen, jedoch steigt die Härtbarkeit des Stahles ganz erheblich, so dass bereits im gewalzten Zustande die Bearbeitung mit schneidenden Werkzeugen Schwierigkeiten macht, auf welche gerade bei Hochbaustählen mit Rücksieht auf die Wirtschaftlichkeit ihrer Verwendung besonderes Gewicht 
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Ein Baustahl von der Zusammensetzung :   0'13%   C,   0-25% Si, 0-60%   Mn, 0-46% Cr,   1'05% Cu   zeigte im Mittel folgende Werte : 
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<tb> 
<tb> Walz- <SEP> Streck. <SEP> Zug- <SEP> Ein- <SEP> Streck. <SEP> KerbDehnung <SEP> grenzenBehandlung <SEP> grenze <SEP> festigkeit <SEP> schnürung <SEP> zähigkeit
<tb> abmessung <SEP> verhältnis
<tb> %
<tb> in <SEP> mm <SEP> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> mkg/cm2
<tb> 2.
<tb> 



  1180 <SEP> x18 <SEP> Walzzustand <SEP> 38 <SEP> 54 <SEP> 23 <SEP> 48 <SEP> 70 <SEP> 10
<tb> I <SEP> NP <SEP> 45 <SEP> 38 <SEP> 53 <SEP> 22 <SEP> 43 <SEP> 72 <SEP> -
<tb> 1180 <SEP> x18 <SEP> geglüht <SEP> 39 <SEP> 54 <SEP> 24 <SEP> 54 <SEP> 72 <SEP> 10
<tb> 1 <SEP> NP <SEP> 45 <SEP> 39 <SEP> 54 <SEP> 23 <SEP> 49 <SEP> 72
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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRUCH : Baustahl für Konstruktionszwecke, dadurch gekennzeichnet, dass er neben einem bis 0'2% betragenden Kohlenstoffgehalt Kupfer und Chrom bis zu einer Gesamtmenge von 2% enthält, wobei vorteilhaft Kupfer in einer Menge von 0'5 bis 1"5% und Chrom in einer Menge von 0'25 bis 0'5% vorhanden ist.