CH681603A5

CH681603A5 -

Info

Publication number: CH681603A5
Application number: CH2675/84A
Authority: CH
Inventors: Emil Elsner; Horst Brehmer
Original assignee: Von Roll Ag
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1993-04-30
Also published as: ATE46720T1; EP0166239B1; EP0166239A1; US4594113A; DE3573276D1

Description

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CH 681 603 A5

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Beschreibung

Bei der Herstellung von Betonstahl ist man bestrebt, höhere Streckgrenzen unter Einhaltung guter Zähigkeits- und Schweisseigenschaften zu erreichen. Unter guten Schweisseigenschaften wird in diesem Zusammenhang die Eignung solcher Betonstähle für die hier üblichen Schweissverfahren, wie beispielsweise das Elektro-Lichtbogen-Hand-schweissen, das Schutzgas-Schweissen, das Ab-brenn-Stumpfschweissen und das Widerstands-Punktschweissen verstanden. Ein Mass für die Beurteilung der Schweissbarkeit ist der Kohlenstoffgehalt bzw. das Kohlenstoff-Äquivalent, welche Werte möglichst niedrig sein sollen.

Es sind folgende Betonstähle mit höheren Streckgrenzen bekannt:

1. Naturharte Betonstähle.

Sie erreichen ihre Streckgrenze durch Zulegieren folgender Legierungselemente:

Kohlenstoff etwa 0,4%, Mangan etwa 1,2%, Silizium etwa 0,5%. Diese Stähle sind wegen des hohen Kohlenstoffgehaltes nicht schweissbar.

2. Naturharte Betonstähle mit Zusatz von Mikrole-gierungen.

Eine bedingte Schweissbarkeit wird dadurch erreicht, dass ein Teil des Kohlenstoffes durch beispielsweise Vanadium ersetzt wird, wobei die Legierungselemente folgende Werte aufweisen:

Kohlenstoff etwa 0,3%, Mangan etwa 1,2%, Silizium etwa 0,5% und Vanadium etwa 0,03%.

3. Naturharte Armierungsstähle mit erhöhtem Zusatz von Mikrolegierungen und erhöhten Stickstoffgehalten.

Durch die festigkeitssteigernde Wirkung der sich unkontrolliert bildenden Vanadiumnitride kann der Kohlenstoffgehalt weiter abgesenkt werden, so dass der Stahl schweissbar wird. Solche Stähle sind beispielsweise in der Firmenschrift der Union Carbide «CARVAN & NITROVAN, Vanadiumträger von Union Carbide für die Stahlherstellung» beschrieben. Sie weisen folgende Legierungselemente auf:

Kohlenstoff etwa 0,2%, Mangan etwa 1,2%, Silizium etwa 0,5% und Vanadium etwa 0,08%.

Die Schweissbarkeit wird aber erkauft durch höhere Herstellkosten durch den Vanadiumzusatz.

4. Kaltverfestigte Betonstähle.

Diese Stähle erhalten ihre Eigenschaften durch eine Kaltverfestigung, wie beispielsweise Verwinden, Recken oder Ziehen. Vom Kohlenstoff-Äquivalent her sind sie schweissbar und weisen folgende Legierungselemente auf: Kohlenstoff gleich oder kleiner 0,2%, Mangan etwa 0,6% und Silizium etwa 0,2%.

Diese Stähle können jedoch beim Schweissen durch zu hohes Wärmeeinbringen wieder entfestigen. Zudem ist der zusätzliche Arbeitsvorgang für die Kaltverfestigung kostensteigernd.

5. Aus der Walzhitze vergütete Betonstähle.

Es sind Betonstähle bekannt (z.B. DE-AS 2 353 034 und DD-PS 84 615), die ihre höhere Streckgrenze dadurch erreichen, dass sie während oder unmittelbar nach dem Walzen aus der Walzhitze vergütet werden. Dabei wird durch eine intensive Wasserabschreckung eine Härtung der Oberflächenzone des Stabes erreicht, die nach dem Verlassen der Kühlstrecke durch die im Stabkern vorhandene Wärme angelassen wird. Es werden also die bekannten Temperaturprofile genutzt, die sich infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Stahles im Vergleich zu andern Metallen normalerweise bei Abkühl- oder Aufheiz-Vorgängen einstellen.

Wegen des niedrigen Kohlenstoff-Äquivalentes, ähnlich dem kaltverfestigten Stahl (Kohlenstoff gleich oder kleiner 0,2%, Mangan etwa 0,6% und Silizium etwa 0,2%) ist dieser Stahl gut schweissbar.

Für dieses Verfahren sind jedoch hinreichende Kühlwassermengen und Platz in der Walzstrasse für die Kühlstrecke erforderlich. Die Oberfläche des Walzgutes wird auf eine Temperatur von weniger als 200°C abgekühlt, und nach Auflauf auf das Kühlbett beträgt die Ausgleichtemperatur etwa 600°C. Wegen der niedrigen Oberflächentemperatur werden erhöhte Ansprüche an die Warmschere bezüglich Scherkraft und Messerqualität gestellt, und die Transportvorrichtungen zum Kühlbett ver-schleissen schneller.

Zudem wird dieses Kühlverfahren bei sehr hohen Walzgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise beim Drahtwalzen auftreten, noch nicht beherrscht. Eine weitere Schwierigkeit tritt beim Windungsiegen auf, wenn die Oberflächentemperatur weniger als 200°C beträgt und sich auf nur etwa 600°C wieder aufheizt.

In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen werden, dass sich der Einsatz von Betonstahl in Form von profiliertem Walzdraht in Ringen, insbesondere als Vormaterial für Biegereien, immer mehr durchsetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Betonstahls der eingangs beschriebenen Art mit höherer Streckgrenze und guten Zähigkeits- und Schweisseigenschaften zu finden,

- nach dem dieser Betonstahl infolge niedriger Gehalte an Mikro- und anderen Legierungselementen kostengünstig herstellbar ist,

- das keine grossen Wassermengen und Investitionen zur Anwendung im Walzwerk benötigt,

- das Warmschere und Kühlbettzulauf nicht übermässig beansprucht, und

- nach dem der Betonstahl in einfacher Weise in Form von profiliertem Walzdraht in Ringen herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die kontrollierte Abkühlung während oder nach dem Walzen eine mittlere Ausgleichtemperatur von grösser als 700°C bewirkt, so dass eine bevorzugte Nitridausscheidung unter5

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halb des Gebietes der Gamma-Alpha-Umwandlung erfolgt.

Es hat sich gezeigt, dass bei einem Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoff-Äquivalent, dem Mikro-legierungen wie Vanadium und Stickstoff in nur geringen Mengen zulegiert werden, der Ausschei-dungsprozess der Vanadium(karbo)nitride in bevorzugter Form wirksam erreicht wird, wenn der Stahl während oder nach dem Walzen zusätzlich schnell durch eine kontrollierte Abkühlung in den Temperaturbereich unterhalb des Gebietes der Gamma-Alpha-Umwandlung abgekühlt wird. Um einen Betonstahl mit einer Streckgrenze grösser als 500 N/mm2 herzustellen, braucht der Vanadiumgehalt bei tiefem Kohlenstoff-Äquivalent nur 0,04% zu betragen. Hierbei hat sich als für die Ausscheidung vorteilhafter Temperaturbereich eine Ausgleichtemperatur von grösser als 700°C gezeigt. Bei dieser geringen Kühlung hat die Oberfläche des Walzgutes direkt beim Ausgang der Kühlstrecke eine Temperatur grösser als 600°C und heizt sich wegen der geringen Kühlschichtdicke sehr schnell wieder auf eine Temperatur grösser als 700°C auf. Dadurch wird erreicht, dass

- beim Stabwalzen die Warmschere und der Kühlbettzulauf gegenüber der Herstellung von aus der Walzhitze vergüteten Betonstählen geschont werden und

— beim Drahtwalzen ein Windungsiegen möglich ist.

Nachstehend werden einige Betriebsergebnisse beschrieben und in dem beiliegenden Diagramm dargestellt.

An drei Schmelzen mit der Zusammensetzung

Kohlenstoff

0,16%

Silizium

0,2%

Mangan

0,65%

und den üblichen Begleitelementen eines Elektro-

stahls sowie Vanadium-

und Stickstoff-Gehalten von

V 0,01%

N

0,010%

V 0,04%

N

0,012%

V 0,06%

N

0,012%

wurden an Betonstählen mit kleinen Durchmessern (8-12 mm) die in dem Diagramm dargestellten Ergebnisse erzielt:

Während ohne kontrollierte Abkühlung (Ausgleichtemperatur etwa 900°C) Streckgrenzen von 350, 420 und 450 N/mm2 erreicht wurden, ergaben sich bei kontrollierter Abkühlung (Ausgleichtemperatur 700°C) Streckgrenzen von 440, 530 und 560 N/mm2.

Als Mass für die kontrollierte Abkühlung wurde die mittlere Wärmeflussdichte ermittelt, die bei den Stabdurchmessern von 8-12 mm etwa 11 MW/m2 und bei Stabdurchmesser 20 mm etwa 6 MW/m2 betrug.

Unter der mittleren Wärmeflussdichte wird die durch das Kühlmedium abgeführte Wärmemenge,

bezogen auf die während der Kühlzeit in der Kühlanlage gekühlte Staboberfläche, verstanden.

Aus den Versuchsergebnissen geht hervor, dass bei kontrollierter Abkühlung trotz des niedri-5 gen Kohlenstoff-Äquivalentes und des geringen Gehaltes an Mikrolegierungselementen (Vanadium und Stickstoff) die verlangten hohen Streckgrenzen von Betonstahl gleich oder grösser 500 N/mm2 leicht und kostengünstig eingestellt werden können. 10 Ein Vanadium-Gehalt von 0,04% bei einem Stickstoff-Gehalt von 0,012% (120 ppm) ist dazu hinreichend; eine Erhöhung des Vanadium-Gehaltes auf 0,06 % hat nur noch eine vergleichsweise geringe Wirkung.

15 Selbstverständlich lässt sich das Verfahren auch auf andere Produkte und/oder Stahlsorten als Betonstahl in Stäben oder Walzdraht anwenden, z.B. auf Stabstahl und Flachprodukte.

Claims

20 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Betonstahl in Form von Stäben oder Walzdraht mit einer Streckgrenze von mindestens 450 N/mm2 bei guter 25 Schweissbarkeit und Zähigkeit, der mit nitridbildenden Elementen und Stickstoff mikrolegiert ist, ein niedriges Kohlenstoffäquivalent aufweist und nach dem Walzen einer kontrollierten Abkühlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die 30 kontrollierte Abkühlung während oder nach dem Walzen eine mittlere Ausgleichtemperatur von grösser als 700°C bewirkt, so dass eine bevorzugte Nitridausscheidung unterhalb des Gebietes der Gamma-Alpha-Umwandlung erfolgt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Wärmeflussdichte bei der Kühlung des Walzgutes in Form von Stäben oder Walzdraht etwa 11 MW/m2 bei einem Durchmesser von 8 mm und etwa 6 MW/m2 bei einem Durch-40 messer von 20 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Walzdraht dieser mit einer Temperatur von grösser als 700°C zu Windungen gelegt wird. 45

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgut bei einer Temperatur von grösser als 700°C warmgeschert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 50 dadurch gekennzeichnet, dass der Betonstahl zur

Erreichung einer Streckgrenze von grösser als 500 N/mm2 folgende Analyse, in Gew.-%, aufweist: Kohlenstoff 0,10 bis 0,25%, Mangan gleich oder grösser als 0,6%, Silizium etwa 0,2%, Vanadium 55 0,02% bis 0,06%, Stickstoff 0,01% bis 0,02% bei den üblichen Gehalten an Spurenelementen, Rest Eisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vanadium-Anteil 0,03% bis

60 0,05% beträgt.

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