DD149943B1 - PROCESS FOR PRODUCING HIGH-WELD WELDABLE CONCRETE STEELS - Google Patents
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Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen in Form von Stabstahl oder Walzdraht in Stab- oder Ringform.The invention relates to a method for producing high-strength weldable reinforcing bars in the form of bar steel or wire rod in rod or ring form.
Das Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von Walzdraht in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraßen, bei denen der Walzdraht durch einen rotierenden Legearm in Windungen auf ein Transportband ausgefächert wird.The method is particularly suitable for the production of wire rod in annular collars on high-performance continuous wire lines, in which the wire rod is fanned out in turns on a conveyor belt by a rotating laying arm.
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 N/mm2 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 gleichzeitig eine universelle Schweißeignung und eine gute Kaltumformbarkeit aufweisen. Die letztgenannten Forderungen werden von den sog. naturharten Stählen, die relativ hohe C-, Si-, Mn- und/oder Cr-Gehalte aufweisen und den kaltverformten Betonstählen, bedingt durch die Verfestigung, die bei der Kaltverformung nach dem Warmwalzen eintritt, nicht erfüllt.In order to reduce the specific steel use and thus to improve the material economy, the construction industry is interested in constantly increasing the use of high-strength reinforcing steels with yield strengths above 390 N / mm 2 . However, an economical use of these steels is only given if they are available in the entire range of dimensions required and, in addition to the high strength, at the same time have universal weldability and good cold workability. The latter requirements are not met by the so-called. Natural hard steels, which have relatively high C, Si, Mn and / or Cr contents and the cold-formed reinforcing bars, due to the solidification, which occurs during cold working after hot rolling ,
Es ist bekannt, zur Beseitigung der abei diesen Stählen vorhandenen Nachteile bei einem Stahl mit C-, Si- und Mn-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 Temperaturausgleiches an Luft angelassen werden. Diese sogenannte thermische Verfestigung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Stabmaterial auf Feinstahlwalzwerken. 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.It is known to eliminate the abei these steels existing disadvantages in a steel with C, Si and Mn contents, which ensure a universal weldability, to increase the strength to perform a partial compensation directly from the rolling heat, the near-surface areas through quenched an intensive water cooling to below the martensite and then tempered by the remaining heat in the core in the course of the subsequent temperature compensation in air. This so-called thermal consolidation is preferably suitable for the production of rod material on fine steel mills. It is not suitable for the production of wire rod on modern high-performance wire lines, in which the wire rod is fanned out in turns on a conveyor belt by a rotating laying arm. Winding and adjusting the thermally strengthened wire causes extraordinary difficulties and leads to accidents and disruptions in the production process.
Es ist weiterhin bekannt, daß Walzstahl mit hoher Festigkeit und Zähigkeit sowie sehr guter Schweißeignung und Kaltumform barkeit durch sog. kontrolliertes oderthermorriechanisches Walzen hergestellt werden kann. Das Wesen der kontrollierten Walzung besteht darin, daß der Walzprozeß, der üblicherweise zwischen 1 373 und 1 573K beginnt und zwischen 1 223 und 1 373K 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 Walzgut bis auf eine Temperatur im unteren Austenitgebiet (unter 1 223K) abkühlt. Dann erst erfolgt das Fertigwalzen mit einem vorgegebenen Umformgrad, der in einem oder mehreren Walzstichen aufgebracht werden kann. Auf diese Weise erhält man ein sehr feinkörniges Sekundärgefüge, das dem Stahl eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr guter Zähigkeit verleiht. Mit diesem Verfahren kann man bei niedrig gekohlten ferritisch-perlitischen Si-Mn-Baustählen, die zusätzlich mit einigen hundertstel bis zehntel Prozent Nb, V, Ti oder einer Kombination dieser Elemente mikro legiert sind, bei sehr guter Schweißeignung und Kaltumform barkeit Streckgrenzenwerte bis etwa 450 N/mm2 erzielen. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß durch die Pause zum Zwischenkühlen des vorgewalzten Materials ein unvertretbar hoher Produktionsverlust eintritt, wenn nicht besondere Plätze, z. B. Parallelrollgänge zum Arbeitsrollgang bei Grab blech Walzwerken, vorhanden sind, die es gestatten, das vorgewalzte Material zum Zwischen kühl en aus dem Produktionsfluß zu nehmen.It is also known that rolled steel with high strength and toughness and very good weldability and cold workability can be produced by so-called. Controlled or thermo-mechanical rolling. The essence of controlled rolling is that the rolling process, which usually begins between 1 373 and 1 573 K and ends between 1 223 and 1 373 K, is divided into roughing and finish rolling. After pre-rolling, a rolling break of a few seconds to several minutes is introduced, during which the rolling stock cools down to a temperature in the lower Austenitgebiet (below 1 223K). Only then does the finish rolling with a predetermined degree of deformation, which can be applied in one or more rolling passes. In this way, one obtains a very fine-grained secondary structure, which gives the steel a high strength combined with very good toughness. This method can be in low-carbon ferritic-pearlitic Si-Mn structural steels, which are additionally micro-alloyed with a few hundredths to tenths of a percent Nb, V, Ti or a combination of these elements, with very good weldability and cold workability yield strength values up to about 450 Achieve N / mm 2 . However, the method has the disadvantage that an unacceptably high loss of production occurs by the break for intermediate cooling of the pre-rolled material, if not special places, eg. B. Parallel roller tables for work roll at grave sheet rolling mills, are present, which allow to take the pre-rolled material for intermediate cooling from the production flow.
Weiterhin ist auch noch bekannt, mikro legierte Betonstähle thermomechanisch zu walzen. Das Verfahren hat aber wegen der damit verbundenen technischen und technologischen Probleme für kontinuierliche Feinstahl- und Drahtstraßen keine Bedeutung erlangt.Furthermore, it is also known to thermomechanically roll micro-alloyed reinforcing bars. However, the process has not gained importance for continuous fine steel and wire lines because of the associated technical and technological problems.
Bei Stählen mit mittleren bis hohen C-Geharten (0,4-0,9% C) wird auf modernen kontinuierlichen Drahtstraßen zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften, insbesondere der Ziehfähigkeit, eine beschleunigte Abkühlung des Walzdrahtes, die in der Regel aus zwei Kühlstufen besteht, durchgeführt. In der ersten Kühlstufe wird der Draht durch eine Wasserkühlstrecke auf eine Temperatur im unteren Austenitgebiet (ca. 1 073 K) abgeschreckt. Dadurch wird erreicht, daß der fertige Draht nur eine geringe Zunderauflage hat und die Entzunderung in den Ziehereien durch Beizen wesentlich vereinfacht wird. Nach dieser ersten Kühlstufe erfolgt das Windungsiegen, dem sich die zweite Kühlstufe anschließt, in der zweiten Kühlstufe wird der Draht durch eine intensive Kühlung mit Gebläseluft mit möglichst hoher Geschwindigkeit (mindestens ca. 7 K/s) durch den Bereich der -y-a-Umwandlung abgekühlt, so daß eine kontinuierliche Umwandlung zu einem feinstreifigen perlitischen Gefüge mit möglichst geringen Anteilen an voreutektoidem Ferrit erfolgt.In medium to high-C steels (0.4-0.9% C), on modern continuous wire lines, to improve the processing properties, especially the drawability, accelerated cooling of the wire rod, which generally consists of two stages of cooling, is performed , In the first cooling stage, the wire is quenched by a water cooling system to a temperature in the lower Austenitgebiet (about 1 073 K). This ensures that the finished wire has only a small scale deposit and descaling in the drawing area is considerably simplified by pickling. After this first cooling stage Windungsiegen takes place, followed by the second cooling stage, in the second cooling stage, the wire is cooled by intensive cooling with fan air with the highest possible speed (at least about 7 K / s) through the range of -ya conversion , so that a continuous conversion to a finely striated pearlitic structure with the lowest possible amounts of pre-eutectoid ferrite takes place.
Es wurde auch vorgeschlagen, in der zweiten Kühlstufe durch eine mit Wasser bzw. Wasser-Luft-Gemischen beaufschlagte Kühl trommel eine möglichst schnelle Abschreckung bisaufca.823K, d.h., eine der Bleibad pa te ntie rung entsprechende Temperatur vorzunehmen und so eine quasi-isotherme Umwandlung in der unteren Perlitstufe zu erreichen. Ziel der zweiten Kühlstufe ist in jedem Falle ein der Bleibadpatentierung möglichst nahe kommendes Temperaturregime zu realisieren, um ein dieser Behandlung entsprechendes Gefüge aus feinstreifigem Perlit (Sorbit) mit möglichst geringen Anteilen an voreutektoidem Ferrit, das sich für die Weiterverarbeitung durch Ziehen als optimal erwiesen hat, zu erhalten. Dieses sogenannte Walzpatentieren wird aber nur bei unlegierten C-Stählen mit mittleren bis hohen C-Gehalten (0,4-0,9%) und niedrigen Mn-Gehalten (bis etwa 0,7%) für Seil- und Federdrähte angewendet, da es nur bei diesen Stählen zu einer Verbesserung der Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften führt.It has also been proposed, in the second cooling stage through an applied with water or air-water mixtures cooling drum as fast as possible quenching bisauf ca.823K, ie, the lead bath te te tion tion corresponding temperature and thus a quasi-isothermal conversion to reach in the lower pearlite stage. The aim of the second cooling stage is in each case to achieve a temperature regime that is as close as possible to the lead bath patent, in order to obtain a structure of fine-grained perlite (sorbitol) with as small amounts of pre-eutectoid ferrite as possible, which has proven to be optimal for further processing by drawing. to obtain. However, this so-called roll patenting is only used for unalloyed C steels with medium to high C contents (0.4-0.9%) and low Mn contents (up to about 0.7%) for rope and spring wires, as it is only with these steels leads to an improvement of the use and processing properties.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die für die Herstellung von hochfestem Betonstahl in Ringbunden auf Hochleistungs-Ko nt id rahtstraßen genannte η Nach teile, die mit einer thermischen Verfestigung oder einer the rmomecham sehen 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.The object of the invention is to eliminate the η after-mentioned parts used for the production of high-strength reinforcing steel in ring collars on high-performance co-ids, which are associated with a thermal hardening or thermomechanical rolling, and to develop a high-strength reinforcing steel which can be produced on a modern high-performance wire-line without derating and with high production reliability.
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 390 N/mm2 herzustellen, die sich außer durch ihre hohe Festigkeit gleichzeitig durch eine universelle Schweißeignung und gute Kaltumformbarkeit auszeichnen.The invention has for its object to develop a method that allows to produce high-strength reinforcing bars with yield strengths above 390 N / mm 2 on a high-performance Kontidrahtstraße with high productivity and high production reliability, in addition to their high strength at the same time Distinguish universal weldability and good cold workability.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzdraht, der maximale Legierungsgehalte von 0,30% C, 1,0% Si, 2,0% Mn aufweist und zusätzlich mit maximal 0,20% V, 0,10% Nb oder 0,20% Ti mikrolegiert sein kann, zunächst in vom Prinzip her bekannter Weise durch Wasser- und Luft kühl st recken möglichst schnell auf eine Temperatur und Luft kühl st recken möglichst schnell auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 1 023 K, abgekühlt wird. Dadurch werden Kornwachstumsvorgänge weitgehend vermieden, so daß die durch den Walzprozeß erzeugte feinkörnige Austenitstruktur bis zur Umwandlung erhalten bleibt und die Bildung eines feinkörnigen voreutektoiden Ferrits begünstigt wird. Im Falle einer Mikro legierung von V, Nb oder Ti wird durch diese Behandlung gleich zeitig eine Ausscheidung von Nitriden oder Ka rbonitri den der Mikrolegierungselemente aus dem Austenit weitgehend verhindert.According to the invention this object is achieved in that the wire rod, the maximum alloy contents of 0.30% C, 1.0% Si, 2.0% Mn and additionally with a maximum of 0.20% V, 0.10% Nb or 0.20% Ti can be micro-alloyed, initially cooled as quickly as possible in a manner known in principle by water and air to a temperature and air as quickly as possible to a temperature in the region of the pearlite stage, preferably below 1 023 K. is cooled. As a result, grain growth processes are largely avoided, so that the fine-grained austenite structure produced by the rolling process is maintained until the conversion and the formation of a fine-grained pre-eutectoid ferrite is favored. In the case of a micro alloy of V, Nb or Ti, this treatment at the same time largely prevents precipitation of nitrides or carbonitrides of the micro-alloying elements from the austenite.
Die weitere Abkühlung bis auf eine Temperatur von etwa 823K wird so auf die Legierungsgehalte an Si und insbesondere Mn abgestimmt, daß die Umwandlung praktisch vollständig in der Perlitstufe abläuft, die Bildung von Bainit und/oder Martensit vermieden wird und im Falle einer Mikrolegierung mit V, Nb oder Ti eine nahezu vollständige Ausscheidung der Nitride bzw. Karbonitride der Mikrolegierungselemente aus dem übersättigten Ferrit in einer für die Erzielung einer Ausscheidungshärtung und damit einer Festigkeitssteigerung effektiven Form erzielt wird.The further cooling to a temperature of about 823K is tuned to the alloy contents of Si and in particular Mn that the conversion takes place almost completely in the pearlite, the formation of bainite and / or martensite is avoided and in the case of a micro-alloying with V, Nb or Ti, an almost complete precipitation of the nitrides or carbonitrides of the micro-alloying elements from the supersaturated ferrite is achieved in an effective form for achieving a precipitation hardening and thus an increase in strength.
Das wird erreicht, indem für die Abkühlungsgeschwindigkeit ν in diesem Temperaturbereich bis zum Ende der y-a-Umwandlung die BedingungThis is achieved by setting the condition for the cooling rate ν in this temperature range until the end of the y-a conversion
Ig ν S 0,97 - 1,02 exp '— 1,95exp '—j- (DIg ν S 0.97 - 1.02 exp '- 1.95 exp ' -j- (D
eingehalten wird. Aus Gleichung (1) erhältmanvin K/s, wenn fürSi und Mn die Massenanteile des Stahl in%andiesen Elementen eingesetzt werden.is complied with. From equation (1) we obtain K / s when for Si and Mn the mass fractions of the steel in% are applied to these elements.
Es hat sich gezeigt, daß durch diese Behandlung ein ähnlicher Effekt auf das Sekundärgefüge, insbesondere die Ferritkorngröße und die mechanischen Eigenschaften erzielt werden kann wie beim thermomechanischen Walzen im unteren Austenitgebiet, so daß man im Ergebnis einen Stahl mit hoher Festigkeit und gleichzeitig guten plastischen Eigenschaften erhält. Dabei ist die Behandlung um so wirkungsvoller, je mehr sich die tatsächliche Abkühlungsgeschwindigkeit dem berechneten Grenzwert nähert.It has been found that by this treatment, a similar effect on the secondary structure, in particular the ferrite grain size and the mechanical properties can be achieved as in the thermomechanical rolling in the lower Austenitgebiet, so as to obtain a steel with high strength and at the same time good plastic properties , In this case, the treatment becomes more effective the closer the actual cooling rate approaches the calculated limit value.
Von etwa 823 K bis auf Raumtemperatur wirdd der Walzdraht in an sich bekannter Weise so abgekühlt, daß die Ausscheidung des Tertiärzementits aus dem Ferrit in einer die plastischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussenden Form erfolgt.From about 823 K to room temperature, the wire rod is cooled in a manner known per se so that the precipitation of the tertiary cementite from the ferrite takes place in a form which does not adversely affect the plastic properties.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an example.
Aus 4 verschiedenen mikrolegierten Stählen, deren chemische Zusammensetzung in Tafel 1 wiedergegeben ist, wurde Walzdraht von 10mm 0 hergestellt.From 4 different microalloyed steels, the chemical composition of which is given in Table 1, rolled wire of 10 mm 0 was produced.
Tafel 1: Chemische Zusammensetzung der untersuchten Stähle .Table 1: Chemical composition of the investigated steels.
Für die Abkühlung der 4 Stähle nach dem letzten Walzstich wurden zwei unterschiedliche Varianten gewählt.For the cooling of the 4 steels after the last rolling pass, two different variants were chosen.
Variante 1: ungeregelte Abkühlung an LuftVariant 1: uncontrolled cooling in air
Variante 2: (erfindungsgemäßes Verfahren): Beschleunigte Abkühlung des Drahtes nach dem letzten Walzstich mit einer Geschwindigkeit von 260 K/s auf 983-1 013 K.Variant 2: (process according to the invention): accelerated cooling of the wire after the last pass at a speed of 260 K / s to 983-1 013 K.
Anschließend geregelte Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 3 K/s bis auf 823 K und danach weitere AbkühlungThen controlled cooling at a rate of 3 K / s up to 823 K and then further cooling
mit6K/sbisauf573Kmit6K / sbisauf573K
Bei der Prüfung des Walzdrahtes wurden die in Tafel 2 zusammengestellten Werte ermittelt. When testing the wire rod, the values summarized in Table 2 were determined.
Tafel 2: Mechanische Eigenschaften des WalzdrahtesTable 2: Mechanical properties of the wire rod
Abkühlungsvariante 1 Abkühlungsvariante2Cooling variant 1 Cooling variant2
Aus Tafel 2 geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Behandlung ein Walzdraht mit sehr hoher Festigkeit (Re > 550 N/mm2) bei guten plastischen Eigenschaften (A5 > 28%) erzeugt wurde.From Table 2 it can be seen that the treatment according to the invention produced a wire rod with very high strength (Re> 550 N / mm 2 ) with good plastic properties (A 5 > 28%).
Claims (1)
entspricht.Ig ν g 0.97-1.02 exp. - - ^ - - 1.95 exp. - -J ^ -
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Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (1)
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1980
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