DD270323A1 - Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft warmgewalzten thermisch verfestigten Betonstahl mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa und universeller Schweisseignung im Abmessungsbereich 6 bis 32 mm Nenndruchmesser. Ziel der Erfindung ist die Verarbeitung von mit Cr, Cu, Mo und Ni verunreinigtem Schrott zu hochwertigem Betonstahl. Aufgabe ist es, eine Legierungszusammensetzung anzugeben, die es gestattet, die Legierungsverunreinigungen zur Gebrauchswerterhoehung an Stelle der technologisch bislang vorgesehenen Si- und Mn-Zugabe zu nutzen. Geloest wird die Aufgabe, indem abweichend von der standardmaessigen Vorschrift einer Legierungstoleranz fuer Si und Mn und niedrigen zulaessigen Grenzwerten fuer Cr, Cu, Mo und Ni abgegangen wird und statt dessen der Gesamtlegierungseinfluss von Si, Mn, Cr, Cu, Mo und Ni gewichtet und begrenzt wird und fuer die einzelnen Elemente grosse Toleranzen zugelassen werden, wobei einzelne Elemente innerhalb der neuen Grenzwerte in beliebiger Menge und Komination enthalten sein duerfen, wenn der Wert fuer das Legierungsaequivalent und damit auch fuer den Gesamtlegierungseinfluss auf die Streckgrenze anspruchsgerecht eingehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft warmgewalzten thermisch verfestigten Betonstahl mit einer Mindeststreokgrenze von 500 MPa und universoxler Schweißeignung im Abmessungsbereioh 6 bis 32 mm ^Nenndurchmesser_t der erhöhte Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften erfüllt. Die Erfindung ist in der Metallurgie bei der Erschmelzung dieses Stahls, bevorzugt bei hohen Schrott zu Roheisenverhältnissen im Einsatz und überhöhten Legierungselementgehalten an Cr, Cu, Mo und Ni anwendbar und.berücksichtigt die speziellen Bedingungen von Strangguß«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Steigende Schrottverseuohung mit metallurgisch nicht oder nur schwer beeinflußbaren Elementen wie Cr, Cu, Mo und Ni führt zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Stählon, die diese Elemente nur bis zu einem bestimmten Maximalwert enthalten dürfen. Der Gebrauchswert von höherfesten Betonstählen wird im wesentlichen vom Festigkeitsniveau, der . Schweißeignung und den Elastizitätseigenschaften bestimmt.

Diese Eigenschaften besitzen die Stähle aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und des Herstellungsverfahrens.

Alle im Stahl enthaltenen Legierungselemente behindern bei Belastung in irgendeiner Form mehr oder weniger die Bewegung von Versetzungen und verschieben damit den Fließbeginn zu höheren Spannungen, wodurch die Festigkeit gesteigert wird und die Verformungsfähigkeit insgesamt abnimmt. In diesem Zusammenhang sind nicht nur die vex'fahrensmäßig vorgesehenen absichtlich zugegebenen Elemente, sondern auch Stahlbegleit-, Spuren- und unkontrollierbar zufällig aus bzw. mit dem Stahlschrott in die Schmelze gelangende Legierungselemente zu berücksichtigen, die zum Teil einen beachtlichen Einfluß auf die Eigenschaften ausüben. Je weniger sich von Schmelze zu Schmelze die Gehalte aller Elemente im Stahl verändern, um so geringer ist die Streubreite der Eigensohaften einer Stahlmcrke, deren Mindest- und Höchstwerte über die chemische Zusammensetzung eingestellt werden.

Um in den verschiedenen Verarbeitungs- und Beanspruohungszuständen die bestehenden technischen Forderungen an eine Stahlmarke zu erfüllen, werden beim gegenwärtigen Stand der Technik, z. B. bei dem Betonstahl St T-IV (TGL 12530/08) die Gehalte an C, Si, Mn durch eine Mindest- und Höohstgrenze und bei P, S, Cr, Cu, Mo und Ni durch Maximalgrenzen geregelt. Danach hat ein St T-IV mit 16 bis 32 mm Nenndurchmesser folgende chemische Zusammensetzung in der Schmelzanalyse aufzuweisen:

σ =	ο,	20 bis 0,26
Si =	ο,	25 bis 0,55
Mn =	ο,	80 bis 1,10
P £		0,050
S ί		0,050
Cr^		0,30
Cu ί		0,30
Mo ^		0,10
Ni ^		0,30

Nach der Definition der EURONORM 20-74 ist dieser Betonstahl dar Gruppe der unlegierten Stähle zuzuordnen. Die Legierungsbasis für seinen Gebrauchswert bilden die Elemente C, Si und Mn, während P und S als schädliche Stahlbegleitelemente und Cr, Cu, Mo und Ni wegen ihrer zufälligen und unkontrollierten Anwesenheit als unerwünschte Legierung einzustufen sind, die obige Maximalgrenzen notwendig macht.

Bei Cr, Cu, Mo und Ni handelt es sich um Elemente, die im metallurgischen Herstellungsprozeß schwer oder praktisch nicht vermindert werden können. Dieser Umstand führt dazu, daß bei der Stahlersohmelzung aus vorwiegend Rücklaufschrott im ^Laufe der Jahre der Pegel von Cr, Cu, Mo und Ni kontinuierlich ansteigt und durch zusätzliche Schrottverunreinigung mit wachsender Häufigkeit Schmelzen anfallen, die bereits in der Einlaufanalyse die Maximalgrenzen überschreiten. Störungen im Schmelzbetrieb sind die Folge, in dem nach dem "Vorliegen der Einlaufanalyse evtl. Änderungen im Produktionsprogramm vorgenommen werden müssen, beim Strangguß der Sequenzguß mit Verlusten verbunden ist, auf Stahlmarken ohne bzw. mit verminderten Anforderungen an die Legierungseinheit ausgewichen werden muß und sogar vereinzelt die Schmelzen als Schrott eingestuft werden müssen.

Um diese Störungen im Produktionsprozeß zu vermeiden, wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stählen vorgeschlagen, das die Prinzipien für ein Verarbeiten von Flüssigstahl mit überhöhten Gehalten an Cr, Cu, Mo und Ni zu hochwertigen Stählen mit gleichmäßigen Eigenschaften darlegt, indem die unkontrollierbar in die flüssige Schmelze gelangten Spuren- und Legierungselemente entsprechend ihrem Legierungswirkwert auf die Festigkeitseigenschaften und die Schweißeignung zur Reduzierung der technologischen Legierungszugabe an Ferro-Si und -Ferro-Mn oder anderen Elementen genutzt werden, wobei nur die Differenz zwischen dem tatsächlichen Gehalt an Cr, Cu, Mo und Ni und dem statistischen Mittelwert des betreffenden Elements in den Einlaufanalysen, unter Beachtung weiterer

Randbedingungen, für die Legierungseinsparung genutzt wird. Konkrete Angaben zur Menge und Toleranzbreite der Gesamtlegierungssumme von Si, Mn, Cr, Cu, Mo und Ni sowie für die zulässige Schwankungsbreite desi Gehaltes der einzelnen Legierungselemente für eine bestimmte Stahlmarke sind nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verarbeitung von mit Cr, Cu, Mo und Ni verunreinigtem Stahlschrott zu thermisch verfestigtem Betonstahl im Abmessungsbereich 6 - 32 mm Nenndurchmesser mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa und universeller Schweißeignung, um Änderungen des laufenden Schmelzprogramms bei der Herstellung dieses Stahls durch Schrottverunreinigung weitgehend zu vermeiden, Ausfall- und Störzeiten im Schmelzbetrieb zu senken und wäh~ rend des Stranggießens den Sequenzguß beim Übergang von der standardisierten Betons"cahlmarke auf die erfindungsgemäße mit erhöhten Gehalten an Cr, Cu, Mo und Ni nicht zu unterbrechen.

Darlegung; des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen warmgewalzten und thermisch verfestigten Betonstahl mit gewährleisteter MiniastStreckgrenze von 500 MPa im Abmessungsbereich 6 bis 32 mm Nenndurchmesser und universeller Schweißeignung, der bisher auf der Basis der Legierungselemente C, Si und Mn mit Toleranzgrenzen für den prozentualen Gehalt dieser 3 Elemente und Maximalgrenzen für Cr, Cu, Mo und Ni hergestellt wurde, eine neue Legierungsmethode mit multivariabler Legierungskombination anzugeben, die es gestattet, ohne Einschränkungen des Gebrauchswertes die zufällig und unkontrollierbar aus dv>m Stahlsohrott in die flüssige Schmelze gelangten Legierungsverunreinigungen entsprechend ihrer Wirkung auf die wichtigsten Eigenschaften in die Gesamtlegierung einzubeziehen.

Erfindungsgemäß wird dio Aufgabe, eine technisch vertretbare Streuung der Eigenschaften bei der warmgewalzten thermisch verfestigten Betonstahlmarke zu gewährleisten, dadurch gelöst, daß als Legierungsbasis die Elemente C, Si, Mn, Gr, Cu, Mo und Ni gelten und der Gesamtlegierungseinfluß von SL, Mn, Cr, Cu, Mo und Ni auf die Streckgrenze über das Legierungsäquivalent

= Mn + 0,7/% Si + % Cr + % Cu/% + 2 /% Mo/ + 0,'l· /% Ni/)

ermittelt und begrenzt wird und auf die einzelnen Legierungselemente gegenüber dem Stand der Technik erheblich erhöhte Maximalwerte für Cr, Cu, Mo und Ni toleriert werdon.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung beisteht darin, daß bei Einhaltung der im Anspruch für das ^Legierungsäquivalent angegebenen Grenzen die einzelnen Elemente innerhalb ihrer Grenzen in beliebiger Menge und Kombination enthalten sein können, oi\ne den Gebrauchswert des Stahles zu beeinflussen.

Für einen thermisch verfestigten Betonstahl mit 500 MPa Mindeststreckgrenze sind für die Legierung bevorzugt folgende Grenzen einzuhalten:

1,25	- H -	-- 2,25
Si	* 0,50	%
Mn	* 1,55	%
Cr	ίΤ 0,60	%
Cu	^ 0,60	%
Mo	* 0,25	%
Ni	^ 0,80	%

Mit Hilfe der Erfindung entfallen größtenteils Abwertungen der programmgemäßen Betonstahlmarke auf Stahlmarken mit herabgesetzten Anforderungen bezüglich der Maximalgehalte an Legierungselementen aus dem Stahlschrott bzw. auf Stahle marken mit vermindertem Gebrauchswert und in bestimmten Umfang treten Ferro-Si- und Ferro-Mn-Einsparungen ein.

Ausführungsbeispiel

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre, die die Möglichkeiten der Begrenzung des Gesamtlegierungseinflusses nutzt, ergeben sich überraschende Legierungsvariationen für thermisch verfestigten Betonstahl mit definierten Gebrauchseigenschaften (Tafel 1).

Die Beispiele voranschaulichen die Kombinationsmöglichkeiten der Elemente Cr, Cu, Mo und Ni und die erfindungsgemäße Kompensation ihres Einflusses durch Absenkung der Si- und Mn-Gehalte, deren Einstellung.im Schmelzbetrieb ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.

Die angegebenen Lv-Werte für das Legierungsäquivalent, das praktisch den auf Mn bezogenen Einfluß der Elemente auf die Streckgrenze enthält, zeigen das Erreichen des Zieles der Erfindung. Der Legierungseinfluß auf das Kohlenstoffäquivalent Cv wird ebenfalls in engen Grenzen und auf niedrigem Niveau mit Cv = 0,4-50 bis 0,559 gehalten. Das maximale Kohlenstoffäquivalent kann nach der gültigen TGL 12530/08 Cv = 0,60 betragen.

Tafel 1: Beispiele für chemische Zusammensetzung von erfindungsgemäßen thermisch verfestigten Betonstählen mit Mindeststreckgrenzen von 500 MPa

Nr. C Si Mn Cr Cu Mo Ni L_x Cv Bemerkungen

1 0,24 0,32

2 0,24 0,35

3 0,24 0,27

4 0,24 0,33

5 0,24 0,28

6 0,24 0,26

7 0,24 9,28

8 0,24 0,26

9 0,24 0,26 0,24 0,26

0,15	0,00	0,08	1,53	0,493	nach	Anspruch	1
0,40	0,00 ·	0,08	1,54	0,451	tt	M	1
0,15	0.20	0,08	1,54	0,453	tt	tt	1
0,15	otoö	0.50	1,53	0,450	tt	tt	1
0.40	0,00	0,08	1,55	O,4Q1	tt	tt	1
0,15	0.20	0,08	1,72	0,514		tt	1
0,15 0.40	0,00 0.20	0.50 ÜTöS	1,55 1,89	0,496 0,534	tt tt	tt tt	1 1
0.40	οΤοδ	0I50	1|66	0,509	tt	tt	1
0.40	0.20	0.50	2,06	0,559	tt	tt	1

Claims (1)

1, Betonstahl warmgewalzt und thermisoh verfestigt mit einer MindestStreckgrenze von 500 MPa im Abmessungsbereiob. 6 bis 32 mm Nenndurchmesser und universeller Schweißeignung, daduroh gekennzeichnet, daß die Legierungsbasis die Elemente Si, Mn und/oder Cr und/oder Cu und/oder Mo und/oder Ni bilden und der Gesamtlegierungseinfluß auf die Streckgrenze über das Legierungsäquivalent Ii£

£ = Mn + 0,7 /% Si + % Or + % Cu/ + 2 /% Mo/ + 0,4 /% Ni/) begrenzt wird, wodurch bevorzugt 1,25 - I»jc ^ 2,25

einzuhalten ist und für die einzelnen Legierungselemente folgende Grenzen gelten:

und innerhalb dieser Grenzen die Elemente in beliebiger Menge und Kombination enthalten sein können.