DD149943A1

DD149943A1 - Verfahren zur herstellung von hochfesten schweissbaren betonstaehlen

Info

Publication number: DD149943A1
Application number: DD22004280A
Authority: DD
Inventors: Ernst Guenther; Kurt Welfle; Wolfgang Lehnert
Original assignee: Ernst Guenther; Kurt Welfle; Wolfgang Lehnert
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1981-08-05
Also published as: DD149943B1; DD149943C4

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweiszbaren Betonstaehlen in Form von Stabstahl oder Walzdraht ist insbesondere fuer die Herstellung von Walzdraht in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraszen geeignet. Die mit einer thermischen Verfestigung oder einer thermomechanischen Walzung verbundenen Nachteile sind zu beseitigen und Betonstaehle mit Streckgrenzen ueber 390 N/mm&exp2! herzustellen, die auszer einer hohen Festigkeit auch gleichzeitig eine universelle Schweiszeignung und gute Kaltumformbarkeit besitzen. Dies wird erreicht, indem der Walzdraht nach einem neuen auf einer Hochleistungs-Kontidrahtstrasze einstellbaren Zeit-Temperatur-Regime abgekuehlt wird, wobei die chemische Zusammensetzung des Stahles speziell auf diese Behandlung abgestimmt ist. Der Walzdraht wird unmittelbar nach der Warmumformung sehr schnell bis vorzugsweise unter 750 Grad C abgekuehlt. D. weitere Abkuehlung bis auf eine Temperatur oberhalb etwa 550 Grad C wird so auf d. Legierungsgehalte an Si und Mn abgestimmt, dasz die Umwandlung praktisch vollstaendig in d. Perlitstufe ablaeuft. Unter 550 Grad C wird mit mindestens 2 Grad C/s bis auf 350 Grad C dann beliebig abgekuehlt.

Description

-A-

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen in Form von Stabstahl oder Walzdraht in Stab- oder Ringform.. Das Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von Y/alzdraht in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraßen, bei denen der Y/alzdraht durch einen rotierenden Legearm in Windungen auf ein Transportband ausgefächert wird.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Zur Senkung des spezifischen Stahleinsatzes und damit zur Verbesserung der Materialökonomie ist die Bauindustrie daran interessiert, den Einsatz von hochfesten Betonstählen mit Streckgrenzen über 390 U/mm ständig zu erhöhen. Ein ökonomischer Einsatz dieser Stähle ist jedoch nur dann gegeben, wenn sie in der gesamten benötigten Abmessungspalette zur Verfügung stehen und neben der hohen Festigkeit gleichseitig eine universelle Schweißeignung und eine gute Kaltucif ormbarkeit aufweisen. Die letztgenannten Forderungen werden von den sog. naturharten Stählen, die relativ hohe

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C-, Si-, Mn- und/oder, Cr-Gehalte aufweisen und den kaltv.erformten Betonstählen, bedingt durch die Verfestigung, die bei der Kaltverformung nach dem Warmwalzen eintritt, nicht erfüllt.

Es ist bekannt, zur Beseitigung der bei diesen Stählen vorhandenen Kachteile bei einem Stahl mit G-, Si- und LIn- Gehalten, die eine universelle Schweißeignung gewährleisten, zur Erhöhung der Festigkeit eine partielle Vergütung direkt aus der Walzhitze durchzuführen, wobei die oberflächennahen Bereiche durch eine'intensive Wasserabkühlung bis unter den Martensitpunkt abgeschreckt und dann durch die im Kern verbliebene Wärme im Verlauf des nachfolgenden Teinperaturausgleiches an Luft angelassen werden. Diese sogenannte thermische Verfestigung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Stabmaterial auf Peinstahlwalzwerken. Sie ist nicht geeignet für die Herstellung von Walzdraht auf modernen Hochleistungsdrahtstraßen, bei denen der Walzdraht durch einen rotierenden Legearm in Windungen auf ein Transportband ausgefächert wird« Das Windungsiegen und Adjustieren des thermisch verfestigten Drahtes bereitet außerordentliche Schwierigkeiten und führt zu Havarien und Störungen im Produktionsprozeß.

Es ist w?eiterhin bekannt, daß Walzstahl mit hoher Festigkeit und Zähigkeit sowie sehr guter Schweißeignung und Kaltumformbarkeit durch sog. kontrolliertes oder thermomechanisches Walzen hergestellt werden kann» Das Wesen der kontrollierten Walzung besteht darin, daß der Walzprozeß, der üblicherweise zwischen 1100 und 13OO ⁰G beginnt und zwischen 950 und 1100 ⁰G beendet wird, in ein Vor- und Fertigwalzen aufgeteilt wird. Nach dem Vorwalzen wird eine Walzpause von einigen Sekunden bis zu mehreren Minuten eingelegt, während der das Yifalzgut bis auf'eine Temperatur im unteren Austenitge-' biet (unter 950 ⁰G) abkühlt. Dann erst erfolgt das Fertigwalzen mit einem vorgegebenen Umformgrad, der in einem oder mehreren Walzstichen aufgebracht werden kann* Auf diese Wei- - se erhält man ein sehr feinkörniges Sekuiidärgefüge₅ das dem Stahl eine hohe Festigkeit bei gleichseitig sehr guter Zähigkeit verleiht. Mit diesem Verfahren kann man bei niedrig-

gekohlten ferritisch—berlitischen Si-Mn-Baustählen, die zusätzlich mit einigen hundertstel bis zehntel'Prozent Hb, V, Ti oder einer Kombination dieser Elemente mikroIegiert sind, bei sehr guter Schweißeignung und Kaltumformbarkeit

Streckgrenzenwerte bis etwa 450 N/mm erzielen« Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß durch die Pause zum Zwischenkiihlen des vorgewalzten Materials ein unvertretbar hoher Produktionsverlust eintritt, wenn nicht besondere Plätze, z. B. Parallelrollgänge zum Arbeitsrollgang bei Grobblechwalzwerken, vorhanden sind, die es gestatten, das vorgewalzte Material zum Zwischenkühlen aus dem Produktionsfluß zu nehmen.

Weiterhin ist auch noch bekannt, mikrolegierte Betonstähle thermomechanisch zu walzen. Das Verfahren hat aber wegen der damit verbundenen technischen und technologischen Probleme für kontinuierliche Peinstahl- und Drahtstraßen keine Bedeutung erlangt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die für die Herstellung von hochfestem Betonstahl in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraßen genannten Nachteile, die mit einer thermischen Verfestigung oder einer thermomechanischen Walzung verbunden sind, zu beseitigen und einen hochfesten Betonstahl zu entwickeln, der sich ohne Leistungsminderung und bei hoher Produktionssicherheit auf einer modernen Hochleistungsdrahtstraße herstellen läßt.

.Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, auf einer Hochleistungs-Kontidrahtstraße bei hoher Produktivität und mit großer Produktionssicherheit hochfeste Betonstähle mit Streckgrenzen über

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390 H/mm herzustellen, die sieht außer durch ihre hohe Festigkeit gleichzeitig durch eine universelle Schweiß

eignung und gute Kaltumformbarkeit auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzdraht nach einem neuen auf einer Hochleistungs-Kontidrahtstraße einstellbaren Zeit-Temperatur-Regime abgekühlt wird, wobei die chemische Zusammensetzung des Stahles speziell auf diese Behandlung abgestimmt wird, Es hat sich gezeigt, daß durch diese Behandlung ein ähnlicher Effekt auf das Sekundärgefiige, insbesondere die Ferritkorngröße und damit die mechanischen Eigenschaften erzielt werden kann, wie er sich beim thermomechanischen Walzen einstellt, so daß man im Ergebnis einen Stahl mit hoher Festigkeit und gleichzeitig guter Zähigkeit erhält.

Die wesentlichsten Merkmale der Erfindung bestehen dabei in folgendem;

Der Walzdraht wird unmittelbar nach der Warmumformung sehr schnell, d.h. mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 200 °C/s bis auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 750 °0» abgekühlt. Die weitere Abkühlung bis auf eine Temperatur oberhalb etwa 550 ⁰C wird so auf die Legierungsgehalte an Si und insbesondere Mn abgestimmt, daß die Umwandlung praktisch vollständig in der Perlitstufe abläuft und die Bildung von Bainit und/oder Martensit vermieden wird.' Das wird erreicht, indem für die Abkühlungsgeschwindigkeit ν in diesem Temperaturbereich die Bedingung

log ν ^ 0,97 - 1,02 exp - 1*|2 - 1,95 exp - ^Φ- (1)

Si^d MnT

eingehalten wird. Aus Gleichung (1) erhält man ν in °C/s, wenn für Si und Mn die Gehalte des Stahls an diesen Elementen in Masse -% eingesetzt werden. Unterhalb 550 ⁰G wird der Walzdraht mit mindestens 2 °C/s bis auf ca=, 350 G und dann beliebig bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlung des Walsdrahtes unmittelbar nach der Warmumfor-

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mung bis in den Bereieh der Perlitstufe kann auch, in 2 Etappen erfolgen, derart, daß die Abkühlung unmittelbar nach der Warmumforraung mit mindestens 200 °C/s zunächst nur bis auf eine Temperatur von = 850 ⁰C, bei der das Windungsiegen erfolgt, durchgeführt wird und unmittelbar anschließend mit maximaler Kühlleistung der Anlage, mindestens aber mit 5 °C/s, bis auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 750 ⁰C, weiter abgekühlt wird. Die Abkühlung nach dem letzten Walzstich bis auf die Temperatur des Windungsiegens kann z. B· in einer oder mehreren Stufen mit Druckwasser öder einem anderen geeigneten Kühlmedium erfolgen, so daß die geforderte Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 200 °C/s erreicht wird. Die weitere Abkühlung von der Temperatur des Y/indungslegens bis in den Bereich der Perlitstufe kann z. B₀ durch eine intensive Kühlung mit Gebläseluft, Wasser oder einem Luft-Wasser-Gemisch vorgenommen werden.

Der erfindungsgemäß zu behandelnde Stahl weist folgende Legierungsgehalte und -kombinationen auf:

C:	max.	O	,30
Si:	max.	1	,0
Mn:	max.	2	,0

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen und kann außerdem mit

max· 0,2 % V und/oder max« 0,1 % Nb und/oder max. 0,2 % Ti

mikrolegiert sein.

Für die Sicherung einer guten Schweißeignung und Kaltumformbarkeit bei der Weiterverarbeitung im Bauwesen werden für die chemische Zusammensetzung vorzugsweise folgende Bereiche gewählt :

0,20 - 0,60 % Si. " 0,50 - 1,00 % Mn wobei im Falle einer Mikrölegierung vorzugsweise folgende

Legierungsgehalte zur Anwendung kommen;

0,05 - 0,12 % V oder 0,02 - 0,06 % Nb oder 0,05 - 0,12 % Ti

oder eine Kombination von V und Nb in den angegebenen Grenzen,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert. ·

Aus 4 verschiedenen mikrolegierten Stählen, deren chemische Zusammensetzung in Tafel 1 wiedergegeben ist, wurde Walzdraht von 10 mm 0 hergestellt.

Tafel 1: Chemische Zusammensetzung der untersuchten Stähle

	0	Chemische	Si	Mn	Zusammensetzung	S	in Masse-%	Ti
Stahl	0,21	0,49	0,84	P	0,020	Sonstige	V
Nr.	0,21	0,45	0,81	0,015	0,019	0,13	Nb; 0,09 V
1	0,20	0,46	0,77	0,014	0,018	0,09	Nb
2	0,22	0,41	0,92	0,014	0,025	0,04
3			0,016		0,06
4

Für die Abkühlung der 4 Stähle nach dem letzten Walzstich wurden zwei unterschiedliche Varianten gewählt.

Variante 1: ungeregelte Abkühlung an Luft

Variante 2: (erfindungsgemäßes Verfahren): Beschleunigte Abkühlung des Drahtes nach dem letzten Walzstich mit einer Geschwindigkeit von 260 °C/s auf 710 - 740 ⁰C.

Anschließend geregelte Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 3 °C/s bis auf 550 ⁰C und danach weitere Abkühlung mit 6 °C/s bis auf

300 ⁰C.

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Bei der Prüfung des Walzdrahtes wurden die in Tafel 2 zusammengestellten Werte ermittelt·

Tafel 2: Mechanische Eigenschaften des Walzdrahtes

	Abkühlungsvariante 1	⁰B	26,5	Abkühlungsvariante 2	⁰B	28,	8
		N/mm²	28,6	⁶S	N/mm²	29,	0
Stahl	N/mm²	647	27,2	N/mm²	682	29,	7
Nr.	4-33	633	29,6	566	682	30,	3
1	442	632		559	688
2	4-50	605		594	662
3	4-22			. 558
4-

Aus Tafel 2 geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Behandlung ein Walzdraht mit sehr hoher Festigkeit

> 550 N/mm '). bei guten plastischen Eigenschaften

> 28 %) erzeugt wurde.

Claims

·- 8 Erfinaungsanspruch

1, Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen mit einer Streckgrenze von mindestens

390 N/nun auf Hochleistungs-Eontidrahtstraßen, gekennzeichnet dadurch, daß der Walzdraht unmittelbar nach der. - Warmformgebung mit mindestens 200 °C/s bis auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 750 ⁰G abgekühlt wird, bei der anschließenden Abkühlung bis auf eine Temperatur = 500 ⁰C die Geschwindigkeit ν in °C/s der Beziehung

log ν έ 0,97 - 1,02 exp. - 1*S2 -1,95 exp„ -

Si Mn

entspricht und unterhalb 550 C mit mindestens 2 °C/s bis auf ca. 35Ο ⁰C abgekühlt wird und daß der so behandelte Walzdraht aus einem Stahl besteht, der maximale Legierungsanteile von 0,30 % C, 1,0 % Si, 2,0 % Mh, 0,2 % V, 0,1 % Nb und 0,2 % Ti enthält, bevorzugt jedoch 0,18 bis 0,26 % C, 0,20 bis 0,60 % Si, 0,50 bis 1,00 % Mn besitzt und zusätzliche Mikrolegierungsgehalte von 0,05 bis 0,12 % Y oder 0,02 bis 0,06 % Nb oder 0,05 bis 0,12 % Ti oder aber eine Kombination von V und Nb in den angegebenen Grenzen aufweisen kann.

2, Verfahren nach.-Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abkühlung unmittelbar nach der Warmumformung mit mindestens 200 °C/s zunächst nur bis auf eine Temperatur von = 85Ο ⁰C, bei der das Windungsiegen erfolgt, durchgeführt wird und unmittelbar anschließend mit maximaler Kühlleistung der Anlage, mindestens aber mit 5 °C/s, bis auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 750 ⁰G, abgekühlt wird*