Verfahren zur Herstellung von kaltbearbeiteten Stahlstäben, z. B. Bewehrungsstäben, und nach diesem Verfahren hergestellter Stahlstab Es ist, bekannt, die Streckgrenze von Stahl stäben, z. B. für Bauzwecke, durch Kaltbear- beiten (Kaltformen) zu erhöhen, was auf ver schiedene Weise geschehen kann, beispielsweise durch Ziehen, Recken, Verwinden, Reckver- winden, Hin- und Herbiegen, Kaltwalzen usw.
Von diesen Bearbeitungsweisen kann jedoch (las Ziehen bei gröberen Stahlstäben nicht in Betraelit kommen, und ausserdem kann diese Bearbeitung nur bei Stäben mit glatter Ober- i'liielie verwendet werden, also nicht bei hoch- %certigen Stahlstäben, die eine ungleichmässige (>berfläehe aufweisen, das heisst beispielsweise mit Rippen versehen sind.
Recken allein ist nachteilig, denn, um eine #"enü#,ende Erhöhung der Streckgrenze zu er zielen, muss ein zu grosses Recken stattfinden, wodurch die Qnerschnittsfläehe des Stabes bedeutend vermindert wird. Ferner hat es sich erwiesen, dass die derart durch Recken bearbeiteten Stahlstäbe aus unlegiertem Ma- l.erial wegen Alterung ihre gleichförmige Dehn barkeit vollständig verlieren.
Nach dem Ver winden wird zwar die Bruchgrenze (Zerreiss festigkeit) sehr effektiv erhöht, dagegen hat verwundener Stahl niedrige Proportionalitäts- und Elastizitätsgrenzen.
Die Kombination von Recken und naelifol- gendeni Verwinden ist gleichfalls bereits be kannt. Die Charakteristik eines derart bear beiteten Stahls ist genau die gleiche wie die eines nur verwundenen Stahls. Hingegen las sen sich durch die umgekehrte Reihenfolge bedeutend günstigere Ergebnisse erzielen. Das abschliessende Recken ist indessen ein empfind liches Problem. Durch die Alterungserschei- nung wird eine neue Streckgrenze gebildet, die höher liegen kann als die Bruchgrenze, so dass der Stab seine gleichförmige Dehnbarkeit verliert. Dieses wieder bringt in bewehrtem Beton gefährliche Folgen mit sich und be wirkt, dass ein derartiger Stab zur Bewehrung ungeeignet ist.
Beim Recken im richtigen Ausmasse nach dein Verwinden werden indessen diese Gren zen sowie die 0,2-Grenze erhöht, weshalb es zweckmässig und wünschenswert ist, das Rek- ken nach dem Verwinden auszuführen.
Versuelie haben ergeben, dass durch ein Recken des Stabes in einem Ausmasse, das kleiner ist als die Fliessdehnung, die Bruch grenze auch nach beendigter Alterung höher ist als die Streckgrenze, wobei die Gefahr für eine Verminderung der Gleiehmassdehnung vollständig ausgeschlossen werden kann. Ausserdem genügt bereits dieses geringe Rek- ken vollauf, um die durch das Verwinden stark verminderten Proportionalit.äts-, Elastizitäts- und Streckgrenzen wirksam zu erhöhen.
Bei spielsweise konnte die Proportionalitätsgrenze mit 120%, die. Elastizitätsgrenze (0,02%- Grenze) mit 30% und die 0,2-Grenze mit 22 /a erhöht werden.
Bei gewissen Stahlsorten kann die Fliess dehnung weniger als 1% sein. Versuche haben ergeben, dass diese Stahlsorten bei normalen Temperaturen nur - geringe Neigung zum Altern haben, weshalb das Recken die Fliess dehnung übersteigen kann. Das Recken muss jedoch in diesen Fällen weniger als 1% be tragen.
Aus den Fig.1 bis 3 der beigefügten Zeich nung sind beispielsweise die Eigenschaften von auf verschiedene Weise bearbeiteten Stählen ersichtlich.
In Fig.1 sind die Spannungs-Dehnungs- diagramme von vier verschiedenen Stahlstäben angegeben. Die Kurve 0 ist die eines warm gewalzten, unbearbeiteten Stahls, wobei 6 die Fliessdehnung bezeichnet, also die unstetige Längenänderung während des Fliessens. Die Kurve 1 stellt das Spannungs-Dehnungsdia- gramm eines nur verwundenen Stahls dar. Die Streckgrenze 10 ist im Verhältnis zur Bruchgrenze 14 zu niedrig. Die gleichförmige Dehnung 5 des Stabes beträgt etwa 4 l0. Die Bruchdehnung wird durch den Abstand 7 dar gestellt.
Die Kurve 2 zeigt das Diagramm für einen Stab, der ebenso stark verwunden ist wie der erstgenannte, danach jedoch bis auf 5% verbleibende Verlängerung gereckt worden ist. Es stellt sich heraus, dass die Streck- (Yrenze 20 nach einer gewissen Zeit wegen Alterung die Bruchgrenze 14 übersteigt, wes halb keine gleichförmige Dehnung vorkommen kann. Beim Recken des Stabes nach der glei chen Verwindung, jedoch weniger als die Fliessdehnung 6, liegt die Streckgrenze 30 niedriger als die Bruchgrenze 34.
Im Ver gleich zu dem nur verwundenen Stahl ver bleibt die gleichförmige Dehnung 5 und die Bruchdehnung 7 beinahe unverändert, wäh rend die Proportionalitäts-, Elastizitäts- und Streckgrenzen erhöht werden.
In der Fig. 2 werden die Spannungs-Deh- xiungsdiagramme zweier Stäbe veranschau licht, die in verschiedener Weise bearbeitet wurden, um zu zeigen, dass deren Charak teristiken ganz verschieden sind. Der Stab A ist nur verwunden, und zwar stark, während der Stab R ausser verwunden auch gereckt ist. Das Verwinden geschah etwaa weniger, damit die 0,2-Grenzen gleich hoch zu liegen kommen. Man ersieht deutlich die verschiedenen Cha rakteristiken der beiden Bearbeitungsweisen.
Der nur verwundene Stab hat bei hoher Span nung grössere Dehnung a als der dem Recken b ausgesetzte Stab, so dass bei Stahlbetonkon- struktionen die Risse grösser werden.
In der Fig. 3 ist mit 1 die Spannungs-Deh- nungskurve eines warmgewalzten Stahls und mit 2 die des gleichen Werkstoffes aber naeh Verwinden bezeichnet. Die Kurve 3 betrifft einen gereckten und die Kurve " den glei chen Stab, wobei sich aber die Spannungen auf den geänderten Querschnitt beziehen. Die Kurve 4 gibt. die Spannung-Dehnung eines Stabes an, der zuerst verwunden und danach gereckt wurde.
Aus dem Diagramm ist ersieht lieh, dass dieser Stab im Vergleich zu den erstbesehriebenen Kurven die besten Eigen schaften besitzt. Die andern hier genannten Bearbeitungsweisen, wie Hin- und Herbiegen oder Kaltwalzen, haben die gleiche Charak teristik wie der nur verwundene Stab \? in der Fig.3, nur liegt. sie je nach dem Grade der Bearbeitung höher oder tiefer.
Untersuchungen haben nun erwiesen, dass das Kaltbearbeiten die Elastizitätsgrenze nur dann erhöht, wenn eine vorausgehende Kalt bearbeitung auf die gleiche -Weise wie wäh rend der praktischen Verwendung des Werk stoffes ausgeführt wird. Nenn z. B. der Zug beanspruchungen ausgesetzte Stab zuerst blei bend durch Druck gestaucht wird, wird die Elastizitätsgrenze nicht. erhöht, sondern bleibt.
vielmehr niedriger (Bausehinger-Effekt). Ver suche haben nun ergeben, dass nicht allein bei entgegengesetzter Bearbeitung, sondern auch durch Verwinden die Elastizitätsgrenze, das heisst die Proportionalitätsgrenze, herabgesetzt wird, dass aber diese Erniedrigung der Ela- stizitätsgrenze durch ein verhältnismässig ge ringes Recken wieder erhöht werden kann, bei Stählen mit grosser Alterungsfähigkeit sogar noch höher als die durch dieses Recken erreichte Spannung. Man kann demgemäss durch ein geringes Recken die Charakteristiken eines Stabes vollkommen verändern und die vorteilhaftesten Eigenschaften bei einem kalt bearbeiteten Stab erzielen.
Man braucht über haupt kein grosses Recken anzuwenden, um eine hohe Streckgrenze zu erzielen, und da durch die Querschnittsfläche vermindern, son dern man wählt zweckmässig eine solche Be arbeitung, bei welcher die Querschnittsfläche beinahe unverändert bleibt, und regelt mit tels eines danach folgenden Reckens die Cha rakteristik, wobei für die letztere lediglich die letzte Bearbeitungsstufe massgebend ist.
Der Stahlstab, der beliebige chemische Zu sammensetzung, beliebige Querschnittsform Lind Grösse und beliebige Oberflächenform (z. B. Quer- oder Längsrippen oder andere Unebenheiten) aufweisen kann, wird in zwei Stufen bearbeitet. In der ersten Phase kann eine beliebige, an sich bekannte Verformung <B>-</B> führt werden, worunter selbstverständ <B>i</B> ius,e lich eine bleibende Verformung zu ver stehen ist. Solche Verformungsarten können sein: Verwinden, Reckverwinden, Hin- und Herbiegen oder -verwinden, Ziehen, Kaltwalzen (Einwalzen von Rippen, Rillen, Vertiefungen, Nuten usw.).
Auch andere Bearbeitungsarten können gleichzeitig oder nacheinander ausge führt werden. So lässt sich z. B. das Kalt walzen mit Hin- und Herbiegen verbinden. Reekverwinden ist auch eine Vereinigung von Verwinden und Recken, wobei aber die Zug spannungen weitaus geringer sind als die Streckgrenze des warmgewalzten Stahls. Die zweite Stufe besteht aus einem Recken. Das Recken wird zweckmässig allein ausgeführt, ohne dass gleichzeitig andere Verformungen ausgeführt werden. Dabei muss die Zugkraft -rösser sein als die Streckgrenze des warm gewalzten Stahls.
Wird das Recken nach einem Verwinden ausgeführt, dann soll die nur durch das Recken erzielte Verlängerung nicht grösser als die I'liessdehnug sein. Bei Stahlsorten, die keine ausgesprochene Streckgrenze haben oder bei denen, wo diese geringer als 1% ist, soll die Verlängerung nicht grösser als 1% sein. Das Hin- und Herbiegen kann derart ausge führt werden, dass man den Stab ein- oder mehrmalig durch eine Walzenreihe durch laufen lässt, wobei die Walzen gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Die zweite Stufe der Bearbeitung, das Recken, kann unmittelbar im Anschluss an die erste Stufe ausgeführt werden. Bei gewissen Stahlsorten kann es vorteilhaft sein, das Rek- ken etwas später vorzunehmen, so dass ein gewisses Altern eintreten kann. Dieses Altern kann gegebenenfalls durch Erwärmen des Stahls beschleunigt werden.
Wenn die Bewehrungsstäbe in vorgespann ten Stahlbetonkonstruktionen verwendet wer den sollen, kann das Recken während des Vorspannens ausgeführt werden, so dass also die letzte Bearbeitungsstufe mit dem Vor spannen zusammenfällt. Nach dem Recken braucht der Stab nicht entspannt zu werden, sondern kann im gespannten Zustande befestigt oder verankert werden. Hierbei muss der Stab beim Vorspannen über die Streckgrenze ge reckt werden.
Der Grad des Reckens beim Vorspannen soll so gewählt werden, dass die gewünschte, endgültige Spannung nach dem Kriechen des Stahls und des Betons erreicht wird. Wenn man eine noch geringere Schlussspannung wünscht als die, welche man durch den Span nungsrückgang durch das Kriechen erreichen kann, kann man den Bewehrungsstab nach dem Recken vor seiner Befestigung oder Veranke rung sich etwas elastisch zusammenziehen lassen.
Es hat. sich nun erwiesen, dass ein mässiges Recken, unter 1%, welches jedoch die Streck grenze übersteigt, in entscheidender Weise die Kriechgrenze erhöht.
Process for the manufacture of cold worked steel bars, e.g. B. Reinforcing bars, and steel bar produced by this method It is known, the yield strength of steel rods, for. B. for building purposes, by cold working (cold forming), which can be done in various ways, for example by drawing, stretching, twisting, stretching twisting, bending back and forth, cold rolling, etc.
Of these processing methods, however, betraelite cannot be used for drawing on coarser steel bars, and furthermore this processing can only be used for bars with a smooth upper line, i.e. not for high-grade steel bars that have an uneven surface , that is, for example, are provided with ribs.
Stretching alone is disadvantageous, because in order to achieve an ultimate increase in the yield strength, too great a stretching must take place, which significantly reduces the cross-sectional area of the rod. Furthermore, it has been shown that those worked in this way by stretching Steel rods made from unalloyed material completely lose their uniform elasticity due to aging.
After twisting, the breaking point (tensile strength) is increased very effectively, but twisted steel has low proportionality and elasticity limits.
The combination of stretching and naeli twisting is also already known. The characteristics of steel machined in this way are exactly the same as those of just twisted steel. On the other hand, the reverse order can produce significantly more favorable results. The final stretching is, however, a sensitive problem. The aging phenomenon creates a new yield point, which can be higher than the breaking point, so that the rod loses its uniform ductility. This in turn has dangerous consequences in reinforced concrete and has the effect that such a bar is unsuitable for reinforcement.
When stretching to the correct extent after twisting, these limits and the 0.2 limit are increased, which is why it is expedient and desirable to carry out the stretching after twisting.
Versuelie have shown that by stretching the rod to an extent that is smaller than the flow elongation, the breaking point is higher than the yield point even after the end of aging, whereby the risk of a reduction in equilibrium elongation can be completely excluded. In addition, this slight stretch is already fully sufficient to effectively increase the proportionality, elasticity and yield limits, which are greatly reduced by the twisting.
For example, the proportional limit with 120%, the. The elastic limit (0.02% limit) can be increased by 30% and the 0.2 limit by 22 / a.
With certain types of steel, the flow elongation can be less than 1%. Tests have shown that these types of steel have only a slight tendency to age at normal temperatures, which is why the stretching process can exceed the flow elongation. In these cases, however, the stretching must be less than 1%.
From Figures 1 to 3 of the accompanying drawing, for example, the properties of steels machined in different ways can be seen.
In Fig.1 the stress-strain diagrams of four different steel rods are given. Curve 0 is that of a hot-rolled, unprocessed steel, where 6 denotes the flow elongation, i.e. the discontinuous change in length during the flow. Curve 1 represents the stress-strain diagram of a steel that is only twisted. The yield point 10 is too low in relation to the breaking point 14. The uniform elongation 5 of the rod is about 4 l0. The elongation at break is represented by the distance 7.
Curve 2 shows the diagram for a rod that is just as twisted as the first-mentioned, but has then been stretched to 5% remaining elongation. It turns out that the stretching (Yrenze 20 after a certain time due to aging exceeds the breaking limit 14, which is why no uniform elongation can occur. When the rod is stretched after the same twist, but less than the flow elongation 6, the Yield point 30 lower than breaking point 34.
In comparison to the only twisted steel ver, the uniform elongation 5 and the elongation at break 7 remain almost unchanged, while the proportionality, elasticity and yield strengths are increased.
In FIG. 2, the stress-strain diagrams of two bars are illustrated which have been processed in different ways in order to show that their characteristics are quite different. The rod A is only twisted, and indeed strongly, while the rod R is not only twisted but also stretched. The twisting took place a little less so that the 0.2 limits are equally high. You can clearly see the different characteristics of the two processing methods.
The only twisted rod has greater elongation a at high stress than the rod exposed to stretching b, so that the cracks in reinforced concrete structures become larger.
In FIG. 3, 1 denotes the stress-strain curve of a hot-rolled steel and 2 denotes that of the same material, but with twisting. Curve 3 relates to a stretched rod and curve "the same rod, but the stresses relate to the changed cross section. Curve 4 indicates the stress-strain of a rod that was first twisted and then stretched.
It can be seen from the diagram that this rod has the best properties compared to the curves described first. The other processing methods mentioned here, such as bending back and forth or cold rolling, have the same characteristics as the twisted rod \? in Fig.3, just lies. they are higher or lower depending on the degree of processing.
Investigations have now shown that cold working only increases the elastic limit if a previous cold working is carried out in the same way as during the practical use of the material. Nominal z. B. the train exposed rod is first compressed bend by pressure, the elastic limit is not. increases, but remains.
rather lower (Bausehinger effect). Tests have now shown that the elastic limit, i.e. the proportional limit, is reduced not only with opposite machining, but also through twisting, but that this lowering of the elastic limit can be increased again by relatively little stretching, with steels greater aging capacity is even higher than the tension achieved by this stretching. Accordingly, a slight stretching can completely change the characteristics of a rod and achieve the most advantageous properties in a cold-worked rod.
You do not need to use a lot of stretching at all in order to achieve a high yield point, and then reduce the cross-sectional area, but one expediently selects such a processing in which the cross-sectional area remains almost unchanged, and then regulates it by means of subsequent stretching Characteristic, whereby only the last processing stage is decisive for the latter.
The steel rod, which can have any chemical composition, any cross-sectional shape and size and any surface shape (e.g. transverse or longitudinal ribs or other irregularities), is processed in two stages. In the first phase, any deformation known per se can be carried out, which is of course to be understood as meaning permanent deformation. Such types of deformation can be: twisting, stretching twisting, bending or twisting back and forth, pulling, cold rolling (rolling in of ribs, grooves, depressions, grooves, etc.).
Other types of processing can also be carried out simultaneously or one after the other. So z. B. combine cold rolling with back and forth bending. Reek twisting is also a combination of twisting and stretching, but the tensile stresses are far lower than the yield strength of the hot-rolled steel. The second stage consists of a stretching. The stretching is expediently carried out alone, without other deformations being carried out at the same time. The tensile force must be greater than the yield point of the hot-rolled steel.
If the stretching is carried out after twisting, then the elongation achieved only by the stretching should not be greater than the left stretch. In the case of steel grades that do not have a definite yield point or those where this is less than 1%, the elongation should not be greater than 1%. The bending back and forth can be carried out in such a way that the rod is allowed to run through a row of rollers one or more times, the rollers being offset from one another.
The second stage of processing, stretching, can be carried out immediately after the first stage. With certain types of steel, it can be advantageous to carry out the stretching a little later so that a certain amount of aging can occur. This aging can be accelerated by heating the steel.
If the reinforcing bars are to be used in prestressed reinforced concrete structures, the stretching can be carried out during the prestressing, so that the last processing step coincides with the prestressing. After stretching, the rod does not need to be relaxed, but can be attached or anchored in the stretched state. Here, the rod must be stretched beyond the yield point during prestressing.
The degree of stretching during prestressing should be selected in such a way that the desired, final tension is achieved after the steel and concrete have crept. If you want an even lower final tension than that which can be achieved by the tension reduction through creeping, you can let the reinforcing bar contract somewhat elastically after stretching before it is attached or anchored.
It has. It has now been found that moderate stretching, below 1%, which, however, exceeds the yield point, decisively increases the creep limit.