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Verfahren zur Wärmebehandlung von Betonstäben Von einem hochwertigen
Betonstab wird neben hohen Festigkeits- und Verformungskennwerten hohe Haftfestigkeit
im Beton verlangt. Außerdem muß der Stab die Eigenschaft besitzen, sich nach einer
Biegeverformung zurückbiegen zu lassen. Da sich die 5 Rückbiegefähigkeit in dem
Maße vermindert, wie die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöht werden, war die Herstellung
hochwertiger Betonstäbe bisher mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Dies gilt
besonders für solche Stäbe, die zwecks Verbesserung der Haftfestigkeit mit zusätzlichen
Oberflächenprofilierungen, wie Rippen, Nocken, Riegel, versehen worden sind, da
durch die von den Oberflächenprofilierungen verursachten Spannungsspitzen die Sprödbruchneigung
erhöht wird. 15 Nach der Erfindung werden die angegebenen Schwierigkeiten dadurch
weitgehend beseitigt, daß die aus unlegiertem oder schwach legiertem Stahl bestehenden
warmgewalzten Stäbe einer Glühbehandlung bei Temperaturen zwischen 500 und 2o 800°
C unterworfen werden. Die Abkühlung nach dem Glühen soll bei einem Durchmesser der
Stäbe bis zu 30 mm in ruhender oder schwach bewegtet Luft erfolgen und kann bei
Stäben mit größerem Durchmesser unter Anwendung von Kühlmitteln, 25 z. B. Preßluft,
Öl, Wasser, jedoch nicht mit höherer Geschwindigkeit als bei den dünneren Stäben
durchgeführt werden.
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Durch die Wärmebehandlung der Stäbe wird erreicht, daß die Rückbiegefähigkeit
erheblich ver- 3o bessert wird. Die Erfindung ermöglicht daher auch die Herstellung
von Betonstäben mit höherer Festigkeit und Streckgrenze ohne Verschlechterung der
Rückbiegefähigkeit. Ferner kann auch die Haftfestigkeit der Stäbe durch stärkeres
Tordieren oder durch 35 Oberflächenprofilierung verbessert werden, ohne die Rückbiegefähigkeit
auf ein unzulässiges Maß zu verschlechtern.
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Als günstigste Glühtemperaturen wurden solche von 700 bis 750° C festgestellt.
Bei Anwendung von 4.0 Temperaturen von 400 bis 500° C zeigt sich zwar bereits ein
gewisser Einfluß, jedoch ist dieser noch verhältnismäßig gering. Von praktischer
Bedeutung erscheinen die zwischen 500 und 800° C liegenden Temperaturen. Bei Glühtemperaturen
über 750° C 4.5 verringert sich der günstige Einfluß wieder, ist aber bis etwa 800°
C noch genügend groß, um von praktischer Bedeutung zu sein. Bei Anwendung der Normalglühtemperatur
von etwa 920° C ist keine oder keine wesentliche Verbesserung gegenüber dem 5o ungeglühten
Zustand festzustellen.
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Der Einfluß der Wärmebehandlung nach der Erfindung soll nachstehend
an einem Beispiel erläutert werden, wobei von warmgewalzten Stäben ausgegangen wurde,
die nach dem Warmwalzen in üblicher Weise erkaltet waren.
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Ein Rundstab mit einem Durchmesser d=16 mm mit zwei durchlaufenden,
diametral gegenüberliegenden Längsrippen, der aus Stahl mit folgender Zusammensetzung
bestand:
| 0,1811/o Kohlenstoff, |
| 0,01% Silizium, |
| 0,35°/o Mangan, |
| 0,069% Phosphor, |
| 0,01% Stickstoff, |
| Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, |
wurde nach dem Warmauswalzen einer Torsionsverformung bei Raumtemperatur und daran
anschließend einer Biege- und Rückbiegebeanspruchung ebenfalls bei Raumtemperatur
unterworfen. Das Biegen erfolgte mit einem Biegedom von 7 d Durchmesser, und der.
Biegewinkel betrug 90°. An das Biegen schloß sich zwecks künstlicher Ausalterung
ein '/2stündiges Anlassen bei 250° C an. Hierauf erfolgte die Rückbiegeverformung,
wobei angestrebt wurde, die Proben bis zur Geraden zurückzubiegen. Es zeigte sich,
daß diese Verformung lediglich von solchen Proben ohne jegliche Brucherscheinungen
ertragen wurde, die vor dem Biegen nur so stark tordiert worden waren, daß die Ganghöhe
der durch die Torsion auf der Staboberfläche entstandenen Schraubenlinie 12 d oder
mehr betrug. Die bis zu einer kleineren Ganghöhe als 12 d tordierten Proben gingen
bei der Rückbiegebeanspruchung teilweise oder alle zu Bruch, und zwar im allgemeinen
bei relativ geringen Rückbiegewinkeln von 5 bis 7°, also ohne nennenswerte Rückverformung,
d. h., sie zeigten Sprödbruch.
An weiteren Proben desselben Stahls,
die mit der im Hinblick auf das Rückbiegeverhalten als zulässig erachteten Ganghöhe
von 12 d tordiert und zwecks künstlicher Ausalterung bei 250-- C /-,Stunde angelassen
worden waren, wurden die Festigkeitskennwerte ermittelt. Die Streckgrenze betrug
dabei 48 kg/mm2 und die Zugfestigkeit 60 kg/mm-.
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Sodann wurden Proben desselben Stahls im nichttordierten Zustand bei
750° C 1,12 Stunde geglüht und anschließend an ruhiger Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es zeigte sich, daß die so behandelten Proben selbst nach einem Tordieren mit einer
Ganghöhe von 5 d und '/2stündigem Anlassen bei 250g C den Biege- und Rückbiegeversuch
mit einem Biegedorndurchmesser von 7 d und einem Biegewinkel von 90= ertrugen.
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Parallelproben desselben Stahls, die nach dem Glühen bei 750e C mit
der in diesem Fall zulässigen Ganghöhe von 5 d tordiert und danach bei 250e C künstlich
gealtert worden waren, wiesen eine Streckgrenze von 58 kg%mm' und eine Zugfestigkeit
von 70 kg/mm2 auf. Im Vergleich zu den ungeglühten, mit der für den ungeglühten
Zustand zulässigen Ganghöhe von 12 d tordierten Proben ergaben somit die bei 750°
C geglühten, mit der in diesem Fall zulässigen Ganghöhe von 5 d tordierten Proben
einen Anstieg der Festigkeitskennwerte von rund 20%.
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An Proben desselben Stahls, die vor dem Tordieren bei 920° C 11!2
Stunde geglüht und an ruhiger Luft abgekühlt worden waren, ergab die Rückbiegeprobe
mit einem Biegewinkel von 90° und einem Dorndurchmesser von 7 d nach Alterungsbehandlung
bei 2-50- C eine zulässige Ganghöhe von 10 d, die von derjenigen der ungeglühten
Proben nur unwesentlich verschieden ist. Entsprechend dem fast gleich großen Torsionsgrad
ließen die Festigkeitskennwerte der bei 920° C geglühten und danach mit 10 d Ganghöhe
tordierten Proben gegenüber denen der nicht geglühten, mit 12 d Ganghöhe tordierten
Proben keine eindeutige Abweichung erkennen. Die Zugfestigkeit war um nur 1,5 kg/mm2
angestiegen, während die Streckgrenze sogar eine Verminderung von 1 kg/mm2 aufwies.
Einer Glühtemperatur von 500° C entsprach eine zulässige Ganghöhe von 8 d, welcher
eine Streckgrenze von 52 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von 63 kg/mm2 zugeordnet
waren.
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Den höheren Festigkeitskennwerten entsprechend kann für den erfindungsgemäß
geglühten und danach bis zu der im Hinblick auf die Rückbiegeprobe zulässigen Grenze
kaltverformten Stahl eine wesentlich höhere Spannung in den Bauwerken zugelassen
werden als für den ungeglühten. Die Ausnutzung des Stahlquerschnittes ist also bedeutend
günstiger. Dabei erfordert der erfindungsgemäß geglühte Stahl trotz der höheren
Festigkeitskennwerte keineswegs eine größere Sorgfalt bei der Verarbeitung, wie
Biegen und Rückbiegen, und es besteht die gleiche Sicherheit gegen Sprödbrüche an
den Abbiegestellen wie bei dem ungeglühten, jedoch weniger stark kaltverfestigten
Stahl.
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Die nach der Erfindung mögliche Verminderung der zulässigen Ganghöhe
von 12 d auf 5 d wirkt sich zudem auf die Haftfestigkeit im Beton in außerordentlich
günstigem Sinne aus. Dies hat zur Folge, daß auf das Anbiegen von Endhaken, wie
sie der mit 12 d Ganghöhe tordierte Stahl erfordert, verzichtet werden kann, wodurch
wiederum eine erhebliche Ersparnis an Stahl und Arbeitsaufwand erzielt wird. Für
die Wärmebehandlung nach der Erfindung kommen vorzugsweise unlegierte und schwach
legierte Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,6% in Betracht. An Stelle
der nach dem vorstehenden Beispiel zwecks Steigerung der Festigkeitskennwerte erfolgenden
Torsionsverformung kann eine andere Art der Kaltverformung, wie Recken, Hin- und
Herbiegen, Ziehen, Walzen oder Drücken, treten.
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Der Einfluß der vorgeschlagenen Wärmebehandlung auf die Rückbiegefähigkeit
zeigt sich auch bei Stäben, die keiner Kaltverformung unterzogen werden, die also
im »naturharten« Zustand zur Verwendung gelangen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl bei Stäben mit glatter
oder walzrauher Oberfläche als auch bei solchen Stäben anwendbar, die vornehmlich
im Hinblick auf die Haftfestigkeit mit besonderen Oberflächenprofilierungen, wie
Rippen, Rillen, Kerben, Riegel, versehen worden sind. Diese werden entweder beim
Warmauswalzen der Stäbe im letzten Stich oder in einem besonderen Arbeitsgang während
oder nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung aufgepreßt, z. B. während des Abkühlens
der Stäbe von der Glühtemperatur oder auch nach Erkalten auf Raumtemperatur.