DD287735A5 - Waermebehandelter stahl mit verbesserten mechanisch-technologischen werkstoffeigenschaften - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen waermebehandelten Stahl mit verbesserten mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, vorrangig im Abmessungsbereich von Draht- und Feinstahlsortimenten, der insbesondere als Baustahlteil vorteilhaft anwendbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stahl zu entwickeln, dessen mechanisch-technologische Werkstoffeigenschaften dadurch verbessert werden, dasz hinsichtlich des Gefueges von Betonstaehlen ein vorteilhafter Zwischenzustand fuer die nachfolgende thermische Verfestigung oder hinsichtlich des Gefueges von rein ferritisch-perlitischen Baustaehlen ein guenstiger Einsatzzustand eingestellt wird, wobei diese Gefuegezustaende in direkter Kombination mit der thermischen Verfestigung oder als alleinige Waermebehandlung des Stahls im Walzflusz zu realisieren sind. Erfindungsgemaesz wird diese Aufgabe dadurch geloest, dasz der Stahl einen heterogenen Gefuege- und Festigkeitsaufbau ueber den Querschnitt besitzt, bei dem sich allein die Randzone im normalisierten Zustand befindet. Der Gefuegeaufbau dieses Stahls ist dadurch gekennzeichnet, dasz er als Baustahl aus einem nicht normalisierten, ferritisch-perlitischen Kernbereich besteht, der von einer normalisierten, ferritisch-perlitischen Randzone umschlossen wird. Andererseits ist der Gefuegeaufbau dieses Stahls dadurch gekennzeichnet, dasz er als thermisch verfestigter Betonstahl aus einem nicht normalisierten, ferritisch-perlitischem Kernbereich besteht, der von einer normalisierten und anschlieszend vergueteten Randzone umschlossen wird.{Baustahl; Betonstahl; Gefuegeaufbau; Werkstoffeigenschaften; Randzone; Kernbereich; Normalisierung; Anlasztemperatur; Ms-Temperatur; Austenitisierung; Ferrit; Perlit; Martensit; Verfestigung; Streckgrenze}
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betritt. dinen Stahl mit verbesserten Werkstoffeigenschaften, vorrangig im Abmessungsbereich vnn Draht- und Feinstahlsortimenten, der insbesondere als Baustahl vorteilhaft anwendbar ist.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Die spezielle Verfahrens- und Erzeugnisentwicklung auf dem Gebiet der thermischen und umformungsthermischem Behandlung von Stählen hat dazu geführt, daß nunmehr eine Reihe von Stählen mit abgestimmtem, heterogenem Gefüge- und Festigkeitsaufbau über den Querschnitt, entsprechend den in der Praxis vorherrschenden Einsatz- und Verarbeitungsbedingungen, hergestellt und eingesetzt werden. Dazu gehören z. B. gerippte Betonstähle für schlaffe Bewehrung, insbesondere für Bewehrungsmatten (DD-PS 106661). Derartige, durch Intensivkühlung aus der Umformwärme thermisch verfestigte Betonstähle bestehen in Abhängigkeit von der Kühlintensität aus einer mehr oder weniger breiten, hoch angelassenen vergüteten, Randzone und einem nahezu unbeeinflußten ferritisch-porlitischen Kern. Es handelt sich somit um einen partiell vergüteten Stahl mit günstigen mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, der sich u. a. auch durch eine gute Schweißeignung auszeichnet.
Ein gleichfalls im Randbereich partiell vergüteter höherfester Stahl, insbesondere Betonstahl bzw. Ziehereivormaterial mit verbesserten Werkstoffeigenschaften ist dadurch gekonnzeichnet, daß der Stahl eine inhomogene Verteilung der Festigkeit über don Querschnitt aufweist, bei der sich eine hochfeste martensitische Schicht im Übergangsbereich zwischen der äußeren Randschicht mit verminderter Festigkeit und dem weicheren Kernbereich befindet. (DD-PS 268258) Der Gefügeaufbau dieses Stahls ist dadurch gegeben, daß die äußere Randschicht, ebenso wie die Schicht des hochfesten Übergangsbereiches vorrangig üus unterschiedlich angelassenem Martensit besteht, während der Kernbereich aus Perlit bzw. Ferrit und Perlit mit definierten Anteilen von Zwischenstufungefüge gebildet wird.
Des weiteren ist ein hochfester Stahl, insbesondere Spannbetonstahl, mit verbesserter Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion und verzögerten Brüchen bekannt (DD-PS 267513). Bei technisch homogener chemischer Zusammensetzung und durchgehender Vergütung über den Querschnitt (einschließlich des Kerns) ist der Stahl dadurch gekennzeichnet, daß er im Kernbereich eine um 50 bis 450MPa höhere Festigkeit als in der Randzone besitzt und das Verhältnis der Elastizitätsgrenze Rpo.oi zur Zugfestigkeit Rm 0,70 bis 0,85 beträgt. Die Randschicht besitzt demgegenüber hinsichtlich des Verhältnisses Rpo.oi zu Rm einen um 0,05 höheren Wert. Eine vorteilhafte Weiterentwicklung dieses hochfesten Stahls mit einem über den Querschnitt durchgehend martensitischen Gefüge ist dadurch gegeben, daß dieser Stahl in seinem Randbereich mehrschichtig aufgebaut ist, wobei die Festigkeit des Stahls in Richtung des Kerns stufenweise zu nimmt und im Kern ihr Maximum erreicht (C21 D/316556.8). Dabei sind die Anzahl der Schichten im Randbereich sowie doren Ausdehnung in Verbindung mit dem Flächenanteil des Kernquerschnitts und dem abgestuften Anlaßtemperaturniveau in Grenzen frei wählbar. Da die vorstehend erläuterten Stähle mit ihrem heterogenen Gefügeaufbau aus der Umformwärme herstellbar sind, ist damit gleichzeitig die im Fachschrifttum wiederholt vertretene Auffassung, wonach die klassische hochtemperaturthermomer' anische Behandlung von Stählen, trotz überzeugender ökonomischer Vorteile gegenüber der konventionellen Vergütung offensichtlich nicht anwendbar sei (Randak, A. u.a., Stahl und Eisen 85 (1965122, S. 1452), widerlegt. Nachteilig ist dabei jodoch, daß, speziell bei hohen Endwalztemperaturen, das Ausgangsgefüge für die Härtung der Stähle, in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung, nicht in jedem Fall optimal ist. Im Hinblick auf die Austenitkorngröße und •homogenität wäre es günstig, den zur Vergütung vorgesehenen Walzstahl einer vorhergehenden Normalisierung zu unterziehen. Der dabei erzielbare definierte Gefüge^ustand der Perlitstufe wäre sowohl als Zwischenstadium für folgende thermische Behandlungen (z.B. 'Or das Vergüten) anzustreben, als auch als Einsatzzustand (z. 8. für Baustähle) günstig, da mit der Kornfeinung, entsprechend der Hall-Petch-Bc/zi' .'lung, u. a. ein nicht unerheblicher Streckengrenzenzuwachs verbunden ist. Dem steht jedoch die objektiv begündete Auffassung entgegen, daß ein aus der Walzhitze im Sinne der Begriffsbestimmung normalgeglühter Stahl nicht herstellbar ist. (Randak, A. u.a., Stahl und Eisen 85 (1965] 22, S. 1457)
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, insbesondere von thermisch verfestigten Betonstählen und Baustählen, zu verbessern, die werkstofftechnisch, technologisch und ökonomisch begründeten Einsatzmöglichkeiten derartiger Stähle zu erweitern und deren Produktion an Draht· und Feinstahlstraßen zu ermöglichen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl zu entwickeln, dessen mechanisch-technologische Werkstoffeigenschaften dadurch verbessert werden, daß hinsichtlich des Gefüges von Betonstählen ein vorteilhafter Zwischenzustand für die nachfolgende thermische Verfestigung oder hinsichtlich des Gefüges von rein ferritisch-perlitischen Baustählen ein günstiger Einsatzzustand eingestellt wird, wobei diese Gefügezustände in direkter Kombination mit der thermischfin Verfestigung oder als alleinige Wärmebehandlung des Stahls im Walzfluß zu realisieren sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stahl einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitsaufbau über den Querschnitt besitzt, bei dem sie** allein die Randzone im normalisierten Zustand befindet. Der Gefügeaufbau dieses Stahls ist dadurch gekennzeichnet, daß er als Baustahl aus einem nicht normalisierten, ferritisch-perlitischen Kernbereich besteht, der von einer normalisierten, ferritisch-perlitischen Randzone umschlossen wird. Andererseits ist der Gefügeaufbau dieses Stahls dadurch gekennzeichnet, daß er als thermisch verfestigter Betonstahl aus einem nicht normalisierten, ferritisch-perlitischen Kernbereich besteht, der von einer normalisierten und anschließend vergüteten Randzone umschlossen wird. Die Stärke dieser Randschicht wird außer von den technologischen Einflußgrößen, werkstofftechnisch insbesondere von der Relation des M,-Punktes zur Aca-Temperatur bestimmt. Zwar nimmt dio A3-Temperatur mit zunehmendem C-Gehalt der Stähle ab, da dies gleichermaßen jedoch auch für die M,-Temperatur zutrifft, sind die werkstofftechnischen Möglichkeiten der Einstellung der Schichtstärke dann begrenzt, wenn allein auf die Martonsitumwandlung orientiert wird. Der maximal realisierbare Flächenanteil der normalisierten Schicht liegt dann bei etwa 15 bis 20%.
Ausführungsbeispiel
Die erfindungsgemäßen werkstofftechnischen Möglichkeiten und Grenzen werden nachfolgend am Beispiel eines unlegierten, schweißbaren Stahls mit einem C-Gehalt von 0,23%, einer Ac3-Temperatur von 840°C, einer M,-Ternperatur von 4300C und einem Durchmesser von 25mm verdeutlicht.
Die Ausbildung der normalisierten Randschicht wurde an diesem Stahl direkt im Walzfluß dadurch realisiert, daß der Walzstahl kurzzeitig mit großer Intensität oberflächlich abkühlt, wodurch es, ausgehend von einer Endwalztemperatur von 10800C im Randbereich zu einer definierten y"-o-y-Umwandlung mit anschließendem Temperaturausgleich von Rand und Kern bei 870°C kommt. Nach der darauffolgenden Luftabkühlung ist der Gefügeaufbau dieses Stahls durch eine ca. 1 mm sterke normalisierte, ferritisch-perlitische Randschicht und einen nicht normalisierten ferritisch-perlitischen Kernbereich gegeben.
Eine andere Probe dieses Stahls wurde nach dem Temperaturausgleich bei 87O0C erneut kurzzeitig oberflächlich intensiv abgeschreckt, wobei die Ausgleichstemperatur nunmehr einen Wert von 6000C erreicht. Die ursprünglich bereits normalisierte Randschicht besteht danach aus feinstrukturiertem angelassenem Martonsit.
Claims (3)
1. Wärmebehandelter Stahl mit verbesserten mechanisch-technologischen Wrrkstoffeigenschaften im Äbmessunßsbereich von Draht- und Feinstahlsortimenten, der insbesondere als Baustahl vorteilhaft anwendbar Ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Stahl einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitdaufbau über den Querschnitt besitzt, bei dem sich allein die Randzone im normalisierten Zustand befindet.
2. Wärmebehandelter Stahl gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß er aus einem nicht normalisierten, ferritisch-perlitischen Kornbereich besteht, der von einer normalisierten, ferritischperlitischen Randzone umschlossen wird.
3. Wärmebehandelter Stahl gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß er als thermisch verfestigter Betonstahl aus einem nicht normalisierten, ferritisch perlitischen Kernbereich besteht, der von einer normalisierten und anschließend vergüteten Randzone umschlossen wird.
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