DE1069169B

DE1069169B - Die Verwendung eines Stahles als Werkstoff für Grubenausbausegmente

Info

Publication number: DE1069169B
Application number: DENDAT1069169D
Authority: DE
Inventors: Dortmund und' Dr.-Ing. Georg Fischer Schwe-rte Dr.-Ing. Hubert Hoff
Original assignee: Hoesch-Westfalenhütte Aktiengesellllschiaifit, Dortmund
Publication date: 1959-11-19

Description

DEUTSCHES

Die Grubenausbauteii erfahren durch den Gebirgsdruck eine Beanspruchung, die sich nicht allein häufig ändert, sondern auch von vornherein nahezu unbestimmbar ist. Unter dieser Beanspruchung werden die einzelnen Grubenausbausegmente verbogen oder sogar in sich verwunden und müssen kalt oder warm gerichtet werden, um wieder verwendbar zu sein.

Es wird daher für Grubenausbauten üblicherweise ein Stahl höherer Festigkeit von 50 bis 70 kg/mm² angewandt, der außerdem eine in bezug auf die überelastischen Beanspruchungen ausreichende Formänderungsfähigkeit und Sprödbruchsicherheit aufweisen muß.

An sich ist es noch durchaus zweifelhaft und ungeklärt, ob die Kerbzähigkeit überhaupt ein Maß für die Beurteilung von Grubenausbaustählen darstellt. In den seltensten Fällen findet eine dynamische Beanspruchung in Verbindung mit Kerbwirkung statt. Meist handelt es sich, wie schon eingangs gesagt, um Verbiegungen oder Verdrehungen, die durch Richten wieder ausgeglichen werden müssen.

Um diesen Forderungen zu genügen, ist man zu vergüteten Stählen übergegangen. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und teuer, denn es erfordert ein Erhitzen auf über A₃, ein Abschrecken und ein Anlassen.

„Das Ziel aller Bestrebungen muß ein Stahl sein, der unvergütet, also ohne dieses umständliche Arbeitsverfahren, zum Ausbausegment verarbeitet werden kann. Zudem muß aber auch dieser Stahl wieder ohne Schwierigkeiten gerichtet werden können.

Um eine einfache Prüfung zu schaffen, wurden Hin- und Herbiegeversuche durchgeführt, und zwar derart, daß das Profil des Stahls hierbei aus dem geraden Zustand bis zu einem Winkel von 20° nach beiden Seiten um einen Biegedorn oder eine Rolle mit etwa der zweifachen Profilhöhe als Halbmesser hin- und hergebogen wurde, insgesamt also um einen Winkel von 40°. Ferner sind von dem Biegedorn in einem Abstand von jeweils etwa dem fünffachen Betrag der Profilhöhe zwei Stützrollen vorgesehen, die etwa einzeln oider auch zusammen bzw. unabhängig voneinander in senkrechter Ebene verstellbar sind. Zur Beurteilung der Kaltrichtbarkeit wird die beim Bruch bzw. Einreißen erreichte Biegezahl festgestellt. Um ' ein vorzeitiges Ausweichen des Trägers zu vermeiden, d. h. um den Versuch bis zum Bruch bz\v. Einreißen des Trägers einwandfrei durchzuführen, ist dem Biegedorn gegenüber eine weitere Gegendruckralle vorgesehen, die an der Biegestelle gegen das Profil drückt und dadurch ein Ausweichen verhindert.

Die A^erformung des eingebauten Profils geht unter Tage meist sehr langsam vor sich, so daß inzwischen eine Alterung eintreten kann.. Dieser A^organg wird Die Verwendung eines Stahles
als Werkstoff für Grubenausbausegmente

Anmelder: _;

Ho es cn -Westfalenhütte

Aktiengesellschaft,
Dortmund, Eberhardstr. 12

Dr.-Ing. Hubert Hoff, Dortmund,

und Dr.-Ing. Georg Fischer, Schwerte,

sind als Erfinder genannt worden

beim Versuch in der Weise berücksichtigt, daß man den Probeabschnitt zunächst um 20° abbiegt und den Versuch erst nach V2- bis lstündiger Erwärmung auf 250° C fortsetzt. Hält der Stahl alsdann ein fünf- oder mehrfaches Biegen aus, so kann man ihn als für den Grubenausbau gut geeignet bezeichnen.

Um den gekennzeichneten Forderungen zu entsprechen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein bezüglich seiner Zusammensetzung an sich bekannter Stahl mit 0,32 bis 0,38% C,

0,10 bis 0,30% Si,
1,00 bis 1,20% Mn,
bis 0,060% P,
bis 0,040% S,
bis 0,009% N,
0,03 bis 0,08% Al,
Rest Eisen

als Werkstoff für Grubenausbausegmente verwendet, der so heiß gewalzt wird, daß er nach der letzten Walzung noch eine Temperatur von über 880° C aufweist, und der alsdann als Einzelstab an der Luft, gegebenenfalls unter Verwendung von Ventilatoren, derart abgekühlt wird, daß er im gealterten Zustand in Hin- und Herbiegeversuchen nach Biegeversuchen in Anlehnung an DIN 51 211 eine Biegezahl von mehr als fünf Biegungen bei einem Biegewinkel von, ± 20° aus dem geraden Zustand aushält.

Das Maß der Abkühlungsgeschwindigkeit kann dabei durch Versuche ohne weiteres und sicher ermittelt werden. Eine zu rasche Abkühlung, die einer Abschreckung gleichkommt, führt zu vorzeitigem Bruch. Eine zu langsame Abkühlung führt ebenfalls wieder zu geringen Biegezahlen, wahrscheinlich, weil es alsdann zur Ausscheidung von Eisennitriden kommt.

909 649/273

Es ist bereits die Verwendung eines Stahles mit bis zu 0,5% C, bis l°/oSi, 0,2 bis 1,4% Mn, mindestens 0,02% Al und 0,1 bis 0,2% Cu für solche Konstruktionsteile des ■ Eisenhochbau■; und Grubenausbaus bekanntgeworden, die einer Wasserablöschung mit anschließendem Anlassen, einer Stufenhärtung im Salzbad, eitler Ablöschung in wäßriger Salzlösung oder einer Doppelhärtung kurz oberhalb und unterhalb der Ä₃-Umwandlung unterworfen sind. Diese Konstruktionsteile weisen auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung und Wärmebehandlung neben hoher Festigkeit eine hohe Zähigkeit und Dehnung auf und finden für Bauteile, z. B. im Grubenausbau, Verwendung, die plötzlich auftretenden hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Zustand ausgehalten. Dieser Stahl würde bei 900° C fertig gewalzt, und man hat ihn als Einzelstab an der Luft abkühlen lassen, wobei in 3 Minuten eine Abkühlung hinter der Säge von 770° C auf 380° C erreicht wurde.

Muß bei starken Verwindungen ein Warmrichten vorgenommen werden, so ist dieses in der Weise durchzuführen, daß wiederum eine Einzelabkühlung von etwa 900° C stattfindet.

In der Abbildung ist beispielsweise die Anordnung der PiOttlvorrichtung schematisch dargestellt. Ein Profilstab 1 wird über zwei Stützrollen 2, 3 und eine dem Biegedorn 4 gegenüber angeordnete Gegendruckrolle 5 geführt und ist beispielsweise mittels der Stützrolle 3 aus seinem geraden Zustand mit einem

Diesem bekannten Stahl gegenüber weist der er- Winkel α abgebogen.

findungsgemäße Stahl ganz bestimmte, enge Grenzen an C, Si, Mn usw. auf und erfährt auch keine Härtung oder Vergütung wie der bekannte Stahl. Wenn der bekannte Stahl vergütet wird, so hat dieser ein entsprechendes Vergütungsgefüge.

Der erfindungsgemäße Stahl hat ein ausgesprochenes Walz- oder Normalisierungsgefüge, also nur Perlit und Ferrit. Gerade durch die engen Analysengrenzen und die geregelte Abkühlung lassen sich die gewünschten Festigkeitswerte erreichen.

Ein ebenfalls bekannter Stahl enthält als Koiistruktionsstahl 0,05 bis 0,30% C, 0,05 bis 0,5% Si, 0,25 bis 1,2% Mn. Diesem Stahl wird vor dem Guß noch Aluminium bzw. eine Aluminiumvorlegierung zugesetzt, um bereits im Walzzustand und auch im gealterten Zustand eine hohe Dehnung und Kerbzähigkeit zu erreichen. Von diesem Stahl unterscheidet sich der erfindungsgemäße Stahl dadurch, daß der Kohlenstoffgehalt des bekannten Stahles bei 0,30% endet, während der erfindungsgemäße Stahl erst bei 0,32% beginnt. Auch ist für den bekannten Stahl keine Vorschrift über die Wärmebehandlung gegeben.

Die mit dem erfindungsgemäßen Stahl erhaltenen Festigkeitswerte seien an einem Beispiel wiedergegeben :

Ein Stahl mit 0,35% C,

0,19% Si, 1,06% Mn, 0,048% P, 0,028% S, 0,009% N, 0,08% Al, Rest Eisen

hat, zu Profil GT 120 ausgewalzt, folgende mechanischen Werte:

Streckgrenze 41,6 kg/mm²

Zugfestigkeit 65,9 kg/mm²

Bruchdehnung # 5 23,6%

Kerbschlagzähigkeit ... 7,1 mkg/cm², ungealtert

3,5 mkg/cm², gealtert

Der Stahl hat acht Biegungen im gealterten Zustand mit einem Biegewinke.l ± 20° aus dem geraden Diese Biegeprobe ist genormt. Es handelt sich um die bekanmte Biegeprobe DTN 51 211, wie sie ausführlich im DTN-Taschenbuch 19, Materialprüfnormeu für metallische Werkstoffe, März 1953, beschrieben ist.

Eine Biegung ist also jeweils eine Abbiegung, z. B. nach rechts um 20° unter Einschluß des Rückbiegens in die Gerade. Die nächste Biegung erfolgt nach der anderen Seite, ebenfalls wieder um 20° unter Einschluß des Rückbiegens. Zur \^erdeutlichung muß also gesagt werden: Fünf Biegungen einschließlich Rückbiegung bei einem Winkel von 20° abwechselnd nach beiden Seiten.

Claims

Patentanspruch:

Die Verwendung eines an sich bekannten Stahles

^mit 0,32 bis 0,38% C,

0,10 bis 0,30% Si,
1,00 bis 1,20% Mn,

bis 0,060% P,

bis 0,040% S,

bis 0,009% N,
0,03 bis 0,08% Al,
Rest Eisen

für Grubenausbausegmente, der so heiiß gewalzt wird, daß er nach der letzten Walzung noch eine Temperatur von über 880° C aufweist und der alsdann als Einzelstab an der Luft, gegebenenfalls unter Verwendung von A^entilatoren, derart abgekühlt wird, daß er im gealterten Zustand in Hin- und Herbiegeversuohen nach Biegeversuchen in Anlehnung DIN 51 211 eine Biegezahl von mehr als fünf Biegungen bei einem Biegewinkel von ± 20° aus dem geraden Zustand aushält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen K 264 VI/18 d,

kanntgemacht 21. 12. 1950), K 1725 VT/18d.

kanntgemacht 20. 9. 1951);

österreichische Patentschrift Nr. 150 000;
französische Patentschrift Nr. 876 683.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen