DD222044A1

DD222044A1 - METHOD FOR IMPROVING WARMING OF THERMALLY FIXED STEEL

Info

Publication number: DD222044A1
Application number: DD26118484A
Authority: DD
Inventors: Klaus Ouvrier
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1985-05-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Warmverformung von thermisch verfestigtem Stahl im Stahlbetonmontagebau bei der Bearbeitung von Stahlbetonbewehrungen grosser Durchmesser sowie im Stahlbau bei der Bearbeitung von Stahlbauteilen und -profilen. Bei nachtraeglichen Warmformungen an Bauteilen aus thermisch verfestigtem Stahl, insbesondere Beton- und Baustaehlen mit einem Durchmesser 18 mm bzw. bei Querschnitten, die nicht mehr kalt geformt werden koennen, sollen die durch die Waermeeinwirkung abgebauten Werkstoffeigenschaften des Stahls wieder regeneriert werden. Der warmverformte Stahl soll in seinem Querschnitt wieder den urspruenglichen Gefuegeaufbau, eine Randschicht mit Zwischenstufengefuege der Martensitstufe und einen Kern aus Ferrit/Perlit-Gefuege erhalten. Der im Verarbeitungsprozess oertlich durch konzentrierte Energiezufuhr schnell auf 1 000 bis 1 200 C erhitzte und danach mehrphasig abgekuehlte Stahl wird erfindungsgemaess waehrend der natuerlichen Abkuehlphase, bei der die Stahltemperatur von ueber 1 000 C bis unter die Ar3-Temperatur faellt, verformt. Anschliessend wird der Rand des geformten Stahlabschnitts auf Haertetemperaturen ueber die Ac3-Temperatur aufgeheizt, waehrend der Kern unter der Ac1-Temperatur verbleibt, und unmittelbar darauf durch Intensivkuehlung auf Temperaturen unter die Martensitbildungstemperatur abgeschreckt und nach einer weiteren natuerlichen Abkuehlung bis zum Temperaturausgleich zwischen Rand und Kern bekannterweise angelassen. Fig. 1The invention relates to the thermal deformation of thermally bonded steel in reinforced concrete assembly in the processing of reinforced concrete reinforcements large diameter and steel in the processing of steel components and profiles. In the case of subsequent thermoforming of components made of thermally bonded steel, in particular concrete and construction steel with a diameter of 18 mm or, in the case of cross sections, which can no longer be cold-formed, the material properties of the steel reduced by the heat should be regenerated. The hot-formed steel is to receive in its cross section again the original structure of the structure, an edge layer with intermediate stages of the martensite stage and a core of ferrite / pearlitic structure. The steel, which is heated rapidly to 1,000 to 1,200 C in the processing process and then cooled in several phases, is shaped in accordance with the invention during the natural quenching phase during which the steel temperature falls above 1000 C below the Ar 3 temperature. Subsequently, the edge of the formed steel section is heated to temperatures above the Ac3 temperature, while the core remains below the Ac1 temperature, and immediately quenched by intensive cooling to temperatures below the martensite formation temperature and after further natural cooling to temperature equilibration between the edge and core known to be tempered. Fig. 1

Description

a. Titel der Erfindung ·a. Title of the invention ·

Verfahren zur Verbesserung der Warmverformung thermisch verfestigten StahlsMethod of improving the hot working of thermally strengthened steel

b. Anwendungsgebiet der Erfindung b. Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Verbesserung eines Verfahrens zur Warmverformung von Stahl, das im Stahlbetonmontagebau bei der Bearbeitung von Stahlbetonbewehrungen großer Durchmesser sowie im Stahlbau bei der Bearbeitung von Stahlbauteilen und -profilen aus thermisch verfestigtem Stahl mit begrenztem Kohlenstoffgehalt angewendet werden kann.The invention relates to the improvement of a method of hot working steel which can be used in reinforced concrete assembly in the machining of large diameter reinforced concrete reinforcements and in steel construction in the machining of steel members and profiles from thermally strengthened limited carbon steel.

c. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen c. Characteristic of the known technical solutions

Es ist "ein Verfahren zur Durchführung nachträglicher Warmverformungen an Bauteilen aus thermisch verfestigtem Stahl, insbesondere bei Bau- und Betonstählen mit einem Durchmesser = 25 mm bzw. bei Querschnitten, die nicht mehr kalt geformt werden können, bekannt, bei dem der Stahl im Verarbeitungsprozeß örtlich begrenzt über eine Länge zwischen dem 1 bis 1,5 Fächern der mittleren Querschnittsabmessungen durch kon*- zentrierte Wärmezufuhr schnell auf etwa 1000 bis 1200⁰G erhitzt, während der natürlichen Abkühlphase auf 900 bis 800⁰C in einem Zeitintervall von 30 Sekunden, noch vor dem Erreichen der A ^-Temperatur an der erhitzten Stelle gebogen und/ oder gerichtet und danach für kurze Zeit intensiv gekühlt und gegebenenfalls wieder angelassen wird (WP C 21 D /241 ' 161.4). Bei Anwendung dieses Verfahrens entsteht an der Bearbeitungsstelle des Stahls ein veränderter Gefügeaufbau zu den nicht dem Verformungsprozeß unterworfenen. Steilem' Der im unbearbeiteten Teil vorliegende Gefügezustand, wie er aus dem ' Stahl- und Walzwerk kommt, besteht am Rand aus einem Zwi-It is "a method for carrying out subsequent hot deformation of components made of thermally bonded steel, in particular for construction and reinforcing steel with a diameter = 25 mm or in cross-sections that can not be cold formed, known in which the steel in the processing process locally over a length between the 1 to 1.5 compartments of the average cross-sectional dimensions by con * centered heat quickly heated to about 1000 to 1200 ⁰ G, during the natural cooling phase to 900 to 800 ⁰ C in a time interval of 30 seconds, before bent and / or straightened at the heated point and then intensively cooled for a short time and possibly restarted (WP C 21 D / 241 '161.4) altered structural composition to the non the deformation process unterworf enes. Steep 'the unprocessed part in vo The existing structural condition, as it comes from the steelworks and rolling mill, consists of an intermediate

schenstutengefüge des Martensits und im Kern aus einem Gefüge der Perri t/Per Ii t-Stufe. Die nach dem Verfahren behandelten Stellen des Stahls bzw. des Stahlteils zeigen über dem ganzen Querschnitt ein Zwischenstufengefüge des Martensits. Dieser Gefügeaufbau birgt die Gefahr der Versprödung in sich und führt bei eventuellem Kaltbiegen zum Sprödbruch. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß für die Ausführung der Verformung nur wenig Zeit zur Verfugung steht, weil bis zum Beginn der Intensivkühlung die Stahltemperatür nicht unter die A^t-Temperatur absinken darf.marshes of the martensite and in the core of a structure of Perri t / Per Ii t level. The treated by the method points of the steel or the steel part show over the entire cross section an intermediate structure of the martensite. This structural structure carries the risk of embrittlement in itself and leads to brittle fracture in any cold bending. A further disadvantage is that only little time is available for the execution of the deformation, because until the beginning of the intensive cooling the steel temperature must not fall below the A t-temperature.

d. Ziel der Erfindung d. Object of the invention

Bei nachträglichen Warmformungsarbeiten an.Bauteilen aus thermisch verfestigtem Stahl, insbesondere bei Bau- und Betonstählen mit einem Durchmesser = 18 mm bzw.' bei Querschnitten, die nicht mehr kalt geformt werden können, sollen die durch die Wärmeeinwirkung abgebauten Werkstoffeigenschaften , des Stahls wieder erreicht, und es soll die Gefahr der Versprödung sowie bei möglichem Kaltbiegen ein eventueller Sprödbruch vermieden v/erden. -For subsequent thermoforming work on components of thermally strengthened steel, in particular for construction and reinforcing steels with a diameter = 18 mm or ' For cross-sections that can no longer be cold-formed, the material properties of the steel degraded by the action of heat should be re-established, and the danger of embrittlement as well as possible brittle fracture should be avoided if cold-bending is possible. -

e. Wesen der Erfindung .e. W esen the invention .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Gefügeaufbau des thermisch verfestigten Stahls nach der Warmverformung" im Verarbeitungsprozeß, wie er vor der Warmverformung vorgelegen hat, wieder herzustellen, so daß der warmverformte Abschnitt wie bei den übrigen Teilen des Stahls aus einer Randschicht mit Zwischenstufengefüge der Martensitstufe und einem inneren Kern aus einem Ferrit/Perlit-Gefüge besteht.The object of the invention is to reconstitute the microstructure of the thermally strengthened steel after hot working in the processing as it was before the hot working so that the thermoformed section, like the other parts of the steel, consists of an intermediate layered martensite layer and an inner core of a ferrite / pearlite structure.

Bei einem Warmformungsverfahren im Verarbeitungsprozeß, bei dem der Stahl an der Bearbeitungtfsteile durch konzentrierte Wärmezufuhr schnell auf 1000 bis 1200⁰G über den ganzen Querschnitt erhitzt und danach mehrphasig abgekühlt wird, wobei während der ersten Phase, einer natürlichen Abkühlung aus dem Temperaturbereich über 1000⁰G, der Stahl an der erhitzten Stelle gebogen und/oder gerichtet und nach zwei weiteren Kühlphasen erforderlichenfalls wieder angelassen wird, erfolgt erfindungsgemäß die Verformung des Stahls während der erstep. natürlichen Abkühlphase, wobei die Stahltemperatur bis unter die A ^-Temperatur fällt. Anschließend wird nur eine Randschicht des verformten Stahls auf Härtetempera-turen überIn a thermoforming process in the processing process in which the steel is heated at the Bearbeitungstfsteile by concentrated heat quickly to 1000 to 1200 ⁰ G over the entire cross-section and then cooled in multi-phase, during the first phase, a natural cooling from the temperature range above 1000 ⁰ G. The steel is bent and / or straightened at the heated point and, if necessary, restarted after two further cooling phases, according to the invention, the deformation of the steel during Erstep. natural cooling phase, wherein the steel temperature falls below the A ^ temperature. Subsequently, only an edge layer of the deformed steel is transferred to hardening temperatures

die A ,-Temperatur "aufgeheizt, v.'ährend der Kern unter der A ..-Temperatur verbleibt« Unmittelbar nach der Aufheizung der Randschicht über die A --Temperatur wird diese durch Intensivkühlung auf Temperaturen unter die Martensitbildungstemperatur abgeschreckt. Hach einer weiteren natürlichen Abkühlung bis zum Temperaturausgleich über den gesamten Querschnitt des geformten Stahls erfolgt ein Anlassen der Randschicht.immediately after the core has been heated above the A temperature, it is quenched by intensive cooling to below the martensite temperature Cooling to temperature compensation over the entire cross-section of the formed steel takes place an annealing of the boundary layer.

Mt dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Umwandlungshärtung der Randschicht des örtlich entfestigten Stahlteils und eine Normalisierung des betroffenen Stahlteilkerns mit stetigem Gefügeübergang wieder herbeigeführt. Ss entsteht an der Bearbeitungsstelle wieder der gleiche' Gefügeaufbau yde an den unbearbeiteten Stahlstellen, nämlich eine Randschicht mit einem Zwischenstufengefüge der Martensitstufe und einem Kern aus einem Ferrit/Perlit-Gefüge.The process according to the invention brings about a conversion hardening of the surface layer of the locally softened steel part and a normalization of the affected steel sub-core with a continuous microstructure transition. At the processing point, the same structure of structure at the untreated steel points is again formed, namely an edge layer with an intermediate layer structure of the martensite stage and a core of a ferrite / pearlite structure.

f. Ausführungsbeispiel f. embodiment

Das. durch die Erfindung aufgezeigte-Verfahren soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigt Abb. 1 ein Temperatur-Zeit-Diagramm in Form einer schematischen Da-rstellung mit Angabe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bestehend aus mehreren Aufheiz- und Kühlphasen.The. method indicated by the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. For this purpose, Fig. 1 shows a temperature-time diagram in the form of a schematic Da-rstellung with indication of the inventive method steps consisting of several heating and cooling phases.

1. Stabglühen (1. Heizphase)1. Stab annealing (1st heating phase)

durch örtlich begrenztes Aufheizen über den ganzen Stabquerschnitt auf Temperaturen von 1000 bis 1200⁰G, d.h.? über die A --Temperatur im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm.by localized heating over the entire rod cross-section to temperatures of 1000 to 1200 ⁰ G, ie? about the A temperature in the iron-carbon diagram.

2; Natürliche Abkühlung (1, Kühlphase) . ^Λ auf Temperaturen unter die A --Temperatur, dabei biegen oder richten des Stahls. 2; Natural cooling (1, cooling phase). ^Λ to temperatures below the A - temperature, thereby bending or straightening the steel.

3. Randglühen (2. Heizphase) - '.· ' durch zeitlich und räumlich begrenzte Aufheizung einer Randschicht von 2 bis 4 mm Dicke auf Temperaturen über die A --Temperatur3. Edge annealing (2nd heating phase) - 'by temporally and spatially limited heating of an edge layer of 2 to 4 mm thickness to temperatures above the A temperature

4. Intensivkühlung (2, Kühlphase)4. Intensive cooling (2, cooling phase)

durch Abschrecken der Randschicht bis auf Tempera- ^: ' türen unter 30O⁰G mit Martensitbildung.by quenching the surface layer up to ^temperature: 'doors ⁰ G with formation of martensite under 30O.

5« Natürliche Abkühlung (3. Kühlphase) mit Temperaturausgleich über, den Stabquerschnitt auf Temperaturen zwischen 200 und 100⁰C.5 «Natural cooling (3rd cooling phase) with temperature compensation via, the rod cross-section to temperatures between 200 and 100 ⁰ C.

6, Anlassen (3. Heizphase) . ..6, tempering (3rd heating phase). ..

durch Aufheizen auf Temperaturen um 400 bis 600⁰G.by heating to temperatures around 400 to 600 ⁰ G.

7. Natürliche Abkühlung (4. Kühlphase) auf Raum- bzw. Umgbungstemperatur.7. Natural cooling (4th cooling phase) to room or ambient temperature.

Stäbe des thermisch verfestigten Betonstahls St T-IV von mm Durchmesser folgender chemischer Zusammensetzung 0,19%·.C 0,48% Si 0,96% Mn werden durch Induktion bei Benutzung; eines mittelfrequenten Wechselstromes von 2 bis 8 kHz örtlich über eine Länge von 30 bis 35 mm schnell bis auf Temperaturen von 1000 bis 1200⁰G (helle Rot- bis Weißglut) aufgeheizt undBars of thermally strengthened reinforcing steel St T-IV of mm Diameter of the following chemical composition 0.19% ·. C 0.48% Si 0.96% Mn are obtained by induction in use; a medium-frequency alternating current of 2 to 8 kHz locally over a length of 30 to 35 mm quickly heated to temperatures of 1000 to 1200 ⁰ G (bright red to white) and

a) sich, selbst überlassen, so daß natürliche Abkühlung durch Wärmeleitung im Stahl und Wärmeübergang an Luft bis auf Umgebungstemperatur erfolgt.a) left to itself, so that natural cooling takes place by heat conduction in the steel and heat transfer in air to ambient temperature.

b) nach einer Wartezeit von 50 Sekunden, während der an der erv/ärmten Stelle Verformungen (Rieht- oder Biegearbeiten) ausgeführt werden können, erneut durch Induktion, jetzt aber mit einem'Wechselstrom ^ 10 kHz nur der~ Rand innerhalb von 1 bis 2 Sekunden auf Temperaturen ca. 100 K über die A -.-Temperatur (900 bis 950 C) durch Wirksamwerden des Skineffektes über eine Breite von ca. 2 bis 4 mm aufgeheizt und unmittelbar danach durch Kühlwasser abgeschreckt. Zur Verbesserung · der Zähigkeitseigenschaften des Stahls wird nach kurzer Wartezeit und erfolgtem Temperaturausgleich zwischen dem stark gekühlten Stabrand und mäßig gekühltem Stabkern der Stababschnitt wieder mit. einem Wechsel-b) after a waiting period of 50 seconds during which deformation (directional or bending work) can be carried out on the excavated site, again by induction, but now with an alternating current of 10 kHz, only the margin within 1 to 2 Seconds to temperatures of about 100 K above the A -.- temperature (900 to 950 C) by effecting the skin effect over a width of about 2 to 4 mm heated and immediately quenched by cooling water. To improve · the toughness properties of the steel after a short waiting time and temperature equalization between the strongly cooled Stabrand and moderately cooled rod core of the rod section again with. a change

, strom von 2 bis 8 kHz örtlich aufgeheizt (angelassen) jedoch nur bis auf Temperaturen zwischen 400 und 600⁰C und danach sich selbst überlassen., locally heated from 2 to 8 kHz (tempered) but only up to temperatures between 400 and 600 ⁰ C and then left to themselves.

Durch diese lokale Y/ärmebehandlung erhält der zur Ausführung der Warmformung erhitzte und entfestigte Stababschnitt seine ursprüngliche Festigkeit und Zähigkeit durch die Ausbildung eines"Martensitzwischenstufengefüges am Rand und eines Perrit/Perlit-Zwischenstufengefüges im Stabkern mit kontinuierlichem Übergang zurück.By virtue of this localized heat treatment, the rod section heated and debonded to carry out the thermoforming retains its original strength and toughness through the formation of a marten interlayer at the edge and a perritic / perlite interstitial structure in the continuous transition rod core.

Ergebnisse der Festigkeitsprüfung:Results of the strength test:

Festigkeitswerte vor der WarmformungStrength values before thermoforming

R_m = 674 N/mm²; R_e = 569 N/mm²; A₅ = 19,5 % R _m = 674 N / mm ² ; R _e = 569 N / mm ² ; A ₅ = 19.5 %

Festigkeitswerte nach örtlicher Glühung und natürlicher AbkühlungStrength values after local annealing and natural cooling

R == 523 N/mm²} R₀ = 435 Wmm²; A^ = 13,5 % zn 6 \j R == 523 N / mm ² } R ₀ = 435 W mm ² ; A ^ = 13.5 % zn 6 \ j

Festigkeitsv/erte nach Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte mit Bruch im Grundwerkstoff' R_1n = 678 N/mm²; R₀ = 572 N/mm²; A^ = 16,6 % Strength values after application of the method steps according to the invention with fracture in the base material 'R _1n = 678 N / mm ² ; R ₀ = 572 N / mm ² ; A ^ = 16.6 %

Die Mindestforderungen gemäß TGL 12530/08 betragen: R_m Z 560 IT/mm²; R₀ ^ 490 N/mm²; A,- ^ 10,0 % The minimum requirements according to TGL 12530/08 are: R _m Z 560 IT / mm ² ; R ₀ ^ 490 N / mm ² ; A, - ^ 10.0 %

Unter den Bedingungen der Praxis sollen die Aufheiz- und Kühlphasen in vorher festgelegten Energiestufen und in bestimmter Zeitfolge abgestimmt auf den Durchmesser bzw* den gleichbleibenden Stabquerschnitt programmgesteuert ablaufen, so daß der Ausführende während der 1. Kühlphase nur die Formgebungsarbeiten auszuführen und,den Ablauf aller Verfahrensschritte abzuwarten hat.Under the conditions of practice, the heating and cooling phases in predetermined energy levels and in a specific time sequence coordinated with the diameter or the constant rod cross-section run programmatically, so that the performers perform during the first cooling phase only the shaping work and the sequence of all process steps has to wait.

Die wiederhergestellte Festigkeit des Stahls kann anschließend an Parallelproben im.*Zugversuch oder mittels Poldihammer überprüft und kontrolliert werden, indem Härteeindrücke des wärmeunbeeinflußten Stahls und solche des erfindungsgemäß behandelten Abschnitts miteinander verglichen werden. Stark überhöhte Festigkeitswerte (Härtewerte) können anschließend durch erneutes Aufheizen auf Temperaturen um 500⁰G abgebaut werden.The recovered strength of the steel can then be checked and controlled by parallel tests in a tensile test or by a mallet hammer by comparing hardness impressions of the heat-affected steel and those of the section treated according to the invention. Sharply increased strength properties (hardness values) can then be degraded by reheating to temperatures around 500 G ^0.

Claims

δ · Invention anapruch /

Process for hot forming thermally consolidated steel, wherein the steel is heated locally in the processing process by concentrated energy supply rapidly to 1000 to 1200 ⁰ C and then cooled in multi-phase, during the first phase, a natural cooling from temperatures above 1000 ° 0, at the heated is bent instead of steel and / or directed and optionally annealed again after the cooling down, characterized in that the hot working of the steel during the natural cooling phase, in which the steel temperature to below the A falls --Temperatur of over 1000 ⁰ G, takes place, then an edge layer of the deformed steel is heated to hardening temperatures above the A 1 temperature, the core remaining below the A temperature, immediately after which the boundary layer is quenched by intensive cooling to temperatures below the martensite final temperature and after a further natural cooling to room temperature temper Aturausgleich between edge and core of the deformed steel, the surface layer is annealed in a known manner.

For this 1 page drawing