DE1608736B1 - Process for the production of weldable rebar steel - Google Patents
Process for the production of weldable rebar steelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gut schweißbarem Betonrippenstahl mit einer Streckgrenze von mindestens 50 kg/mm2 und einer Bruchdehnung von mindestens 8 °/o.The invention relates to a method of making good weldable rebars with a yield strength of at least 50 kg / mm2 and an elongation at break of at least 8%.
Bei den Betonstählen bzw. Betonrippenstählen unterscheidet man zwischen den sogenannten naturharten Stählen, deren Festigkeitseigenschaften ohne Nachbehandlung nach dem Warmwalzen durch die chemische Zusammensetzung bestimmt sind, und den Sonderbetonstählen, die ihre Festigkeitseigenschaften erst nach dem Warmwalzen durch eine Kaltformung erhalten.A distinction is made between reinforcing steel and rebar steel the so-called naturally hard steels, their strength properties without post-treatment after hot rolling are determined by the chemical composition, and the special concrete steels, their strength properties only after hot rolling by cold forming obtain.
Für kaltverformte Sonderbetonstähle mit niedrigerer Mindeststreckgrenze werden überwiegend weiche, unberuhigte Stähle verwendet, während den naturharten Stählen und meist auch den kaltverformten Sonderbetonstählen mit der hohen Mindeststreckgrenze von 50 kg/mm2 beruhigte Stähle mit etwas höherem Kohlenstoffgehalt zugrunde liegen. Dies gilt auch für den kaltverformten Betonrippenstahl mit der genannten Streckgrenze. Der naturharte Stahl mit dieser Streckgrenze weist außerdem zumindest erhöhte Gehalte an Mangan und Silizium auf, der hochfeste kaltverformte Sonderbetonstahl ist nur in Form von Bewehrungsmatten mit unverschieblichen Knotenpunkten zugelassen. Nur die naturharten Betonstähle dürfen geschweißt werden.For cold-formed special concrete steels with a lower minimum yield strength Soft, unkilled steels are predominantly used, while naturally hard steels are used Steels and mostly also the cold-formed special concrete steels with the high minimum yield strength Steels killed by 50 kg / mm2 with a slightly higher carbon content are the basis. This also applies to cold-formed rebars with the stated yield strength. The naturally hard steel with this yield point also has at least higher contents of manganese and silicon, the high-strength cold-formed special concrete steel is only approved in the form of reinforcement meshes with immovable nodes. Just The naturally hard reinforcing steels can be welded.
Bei den kaltverformten Betonrippenstählen erfolgt vielfach ein Kaltverwinden mit einer Ganghöhe von ungefähr dem 10fachen Durchmesser des Stabes, wobei diese eine Streckgrenze von mindestens 40 kg/mm2, eine mindestens 10 °/o über diesem Streck grenzenwert liegende Zugfestigkeit und eine Mindestbruchdehnung von etwa 6 °/o aufweisen. Außerdem muß dieser Betonstahl beim Faltversuch (Biegewinkel 180°) um einen Dorn von doppeltem Durchmesser des Versuchsstabes frei von Rissen bleiben. Für die Berechnung von Stahlbetonkonstruktionen wird die zulässige Spannung eines solchen kaltverwundenen Betonrippenstahles auf sechs Zehntel der der Streckgrenze festgesetzt.Cold twisting often takes place in the case of cold-formed rebars with a pitch about 10 times the diameter of the rod, this being a yield point of at least 40 kg / mm2, at least 10% above this yield point have limit tensile strength and a minimum elongation at break of about 6%. In addition, this reinforcing steel must be around a mandrel when trying to fold it (bending angle 180 °) of twice the diameter of the test rod remain free of cracks. For the calculation of reinforced concrete structures, the allowable stress of such a cold-twisted one Rebar is set to six tenths of the yield strength.
Um die Ausführung leichterer und eleganterer Stahlbetonkonstruktionen durch beträchtliche Verringerung des Gesamtgewichtes des verwendeten Stahles zu ermöglichen, hat man die nach dem Verwinden vorhandene Streckgrenze durch Verwendung von Stählen zu erhöhen getrachtet, die schon im nichtverwundenen Walzzustand eine höhere Zugfestigkeit und auch eine höhere Streckgrenze haben. Es ergibt sich jedoch aus vielfachen Untersuchungen auf diesem Gebiet, daß eine wesentliche Steigerung der Streckgrenze über 40 kg/mm2z. B. auf 50 kg/mm2 bei unberuhigtem Stahl durch Kaltverwinden nicht in zufriedenstellender Weise erreichbar ist, ohne -andere Eigenschaften und namentlich die Zähigkeit und die SpröJbruchempfindlichkeit ungünstig zu beeinflussen.About the execution of lighter and more elegant reinforced concrete structures by significantly reducing the total weight of the steel used enable, you have the existing yield strength after twisting through use sought to increase steels that are already in the untwisted rolled state have higher tensile strength and also a higher yield point. It turns out, however from multiple studies in this area that a substantial increase the yield point over 40 kg / mm2z. B. to 50 kg / mm2 with unkilled steel Cold twisting cannot be satisfactorily achieved without other properties and in particular to have an unfavorable influence on the toughness and the sensitivity to cracking.
Um den kaltverformten Betonrippenstahl von höherer Festigkeit sprödbruchsicherer zu machen, ist es bekannt, diese Stähle nach der Kaltverformung einem Anlaßvorgang bei verschiedenen Temperaturen zu unterwerfen. Auf diese Weise läßt sich die Kerbschlagzähigkeit des kaltverformten Betonrippenstahles zwar verbessern, wobei die Streckgrenze etwas abnimmt, jedoch ist dies mit einer die Herstellung verteuernden Anlaßbehandlung verbunden, wobei eine Anlaßdauer bei Erwärmung im Salzbad bis etwa 10 Minuten und bei Behandlung im Luftumwälzofen bis etwa 60 Minuten notwendig ist. Weiterhin haben die Bemühungen zur Erhöhung der Zugfestigkeit und der Streckgrenze nach dem Kalt verwinden von Stahlbetonstäben zur Verwendung von beruhigten, unlcgierten Kohlenstoffstählen und von beruhigten, legierten Stählen mit Zusatzelementen, wie Mangan und Silizium, geführt, bei denen eine höhere Streckgrenze, z. B. eine solche von mindestens 50 kg/mm2, erreicht wird. Ferner ist es bekannt, einen Stahl für Bewehrungszwecke im Bauwesen - der übrigens in erster Linie als Spannstahl vorgesehen ist - aus einer komplexen Legierung auf der Basis mindestens eines Zusatzelementes Kupfer, Chrom, Molybdän, Vanadin, Tantal, Zirkonium, Niob, Aluminium, Titan, Bor, Stickstoff, Phosphor zu verwenden, bei dem die Kombination dieser Zusatzelemente derart gewählt ist, daß der Stab im Temperaturbereich von 650 und 800'C aushärtbar ist. Dadurch wird eine Erhöhung der mechanischen Festigkeitseigenschaften, vor allem der Kriechgrenze durch einen Vorgang erzielt, welcher bei Temperaturen vor sich geht, die möglichst weit von den später im Bauwerk auftretenden Normaltemperaturen entfernt liegen. Wenn es sich hierbei um einen kaltverformten Stahl handelt, ist es erforderlich, daß die Kaltverformung vor der Aushärtungsbehandlung durchgeführt wird. Bei einem solchen Betonstahl mit einer komplexen Legierung erreicht man die höheren Festigkeitswerte ebenfalls nicht ohne eine Wärmebehandlung nach dem Vorgang der Kaltverformung.In order to make the cold-worked rebar steel of higher strength more resistant to brittle fracture, it is known to subject these steels to a tempering process at different temperatures after the cold-working. In this way, the notched impact strength of the cold-formed rebar steel can be improved, the yield strength decreasing somewhat, but this is associated with a tempering treatment which makes production more expensive, with a tempering period of up to about 10 minutes when heated in a salt bath and up to about 60 minutes when treated in a circulating air furnace necessary is. Furthermore, efforts to increase the tensile strength and yield strength after cold twisting of reinforced concrete rods have led to the use of killed, unalloyed carbon steels and killed, alloyed steels with additional elements such as manganese and silicon, in which a higher yield strength, e.g. B. one of at least 50 kg / mm2 is achieved. It is also known to use a steel for reinforcement purposes in construction - which, incidentally, is primarily intended as prestressing steel - from a complex alloy based on at least one additional element copper, chromium, molybdenum, vanadium, tantalum, zirconium, niobium, aluminum, titanium, To use boron, nitrogen, phosphorus, in which the combination of these additional elements is chosen so that the rod can be hardened in the temperature range of 650 and 800 ° C. This increases the mechanical strength properties, especially the creep limit, through a process that takes place at temperatures that are as far away as possible from the normal temperatures that will later occur in the building. If it is a cold-worked steel, it is necessary that the cold-working be carried out before the aging treatment. In the case of such a reinforcing steel with a complex alloy, the higher strength values cannot be achieved without a heat treatment after the process of cold deformation.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Betonrippenstahl herzustellen, bei dem die für diesen erforderliche Kombination von Eigenschaften, wie hohe Streckgrenze und zugleich Sprödbruchsicherheit mit wesentlich geringerem Aufwand als bei den Herstellungsweisen der genannten Stähle zu erreichen sind. Das Verfahren zur Herstellung von gut schweißbarem Betonrippenstahl mit einer Streckgrenze von mindestens 50 kg/mm2 und einer Bruchdehnung von mindestem 8 °/o zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß ein halbberuhigter Stahl aus 0,10 bis 0,20 °/o Kohlenstoff; 0,50 bis 1,20 °/o Mangan, 0,02 bis 0,10 °/o Silizium, 0,015 bis 0,10 °/0 Niob, Rest Eisen, durchWalzen zumBetonrippenstahl mitrundemKernquerschnitt verformt und abschließend durch Kaltverwinden verfestigt wird.The object of the invention is to produce a rebar at the combination of properties required for this, such as high yield strength and at the same time protection against brittle fracture with significantly less effort than with the Manufacturing methods of the steels mentioned are to be achieved. The method of manufacture of easily weldable rebar steel with a yield point of at least 50 kg / mm2 and an elongation at break of at least 8% is characterized according to the invention from that a semi-killed steel of 0.10 to 0.20% carbon; 0.50 to 1.20 % Manganese, 0.02 to 0.10% silicon, 0.015 to 0.10% niobium, remainder iron, by rolling Deformed into ribbed concrete steel with a round core cross-section and finally by cold twisting is solidified.
Dieses Verfahren ermöglicht, einen Betonrippenstahl von hoher Festigkeit, ausgehend von weniger aufwendigem halbberuhigtem Stahl, mit den gerade für solchen Betonstahl benötigten Eigenschaften herzustellen. Es wird zwar seit mehreren Jahren der Zusatz geringer Niobmengen zu halbberuhigten und beruhigten Konstruktionsstählen für andere Zwecke und mit entsprechend anderen Eigenschaften angewendet, wobei sich die härtende Wirkung eines solchen Zusatzes infolge der Gegenwart feiner Ausscheidungen von Niobkarbonitriden ergibt. Diese Härtewirkung auf den Stahl hebt dessen Streckgrenze um 4 bis 5 kg/mm2, wobei ihm eine zufriedenstellende Dehnbarkeit gewahrt bleibt. Diese Konstruktionsstähle unterliegen jedoch keinem Kaltverformungsvorgang, durch den das Steigen der Zugfestigkeit mit einem Fallen der Bruchdehnung verbunden ist, was man bisher nur durch Anwendung einer Wärmebehandlung zu kompensieren versuchte.This process enables a rebar of high strength, starting from less expensive semi-killed steel, with the one especially for such Reinforcing steel to produce required properties. It has been for several years the addition of small amounts of niobium to semi-killed and killed structural steels applied for other purposes and with correspondingly different properties, whereby the hardening effect of such an additive due to the presence of fine precipitates of niobium carbonitrides. This hardening effect on the steel increases its yield point by 4 to 5 kg / mm2, while maintaining a satisfactory ductility. However, these structural steels are not subject to any cold deformation process that the increase in tensile strength is associated with a decrease in elongation at break, what up to now one tried to compensate only by applying a heat treatment.
Durch die erfindungsgemäße Herstellungsweise wird somit eine Vereinigung von Vorteilen erzielt, die sowohl das Herstellungsverfahren als auch die Eigenschaften des verwundenen Bctonrippenstahles ber reffen. Durch die Verwendung eines halbberuhigten niobhaltigen Stahles mit den vorstehend angegebenen, verhältnismäßig niedrigen Mengen der Zusatzelemente Mangan und Silizium erhält man einen verwundenen Betonrippenstahl von hoher Streckgrenze und Zähigkeit, d. h. Sprödbruchsicherheit, ohne daß es erforderlich ist, den Stahl bei der Herstellung einem Anlaßvorgang oder einer Vergütungs- bzw. Aushärtungsmaßnahme zu unterwerfen. Der Stahl höherer Festigkeit weist nicht nur eine hohe Biegefähigkeit, sondern auch eine gute Schweißbarkeit auf. Im Vergleich zu den allgemeinen, für die Herstellung verwundener Stäbe mit einer Streckgrenze von mindestens 50 kg/mm2 bekannten beruhigten Stählen hat der halbberuhigte niobhaltige Stahl den Vorteil eines für die Biegefähigkeit und das Schweißen günstigen niedrigeren Kohlenstoffgehaltes und der Möglichkeit einer höheren Ausbeute eines guten Erzeugnisses wegen der Abwesenheit irgendwelcher bedeutender Lunker. Er ist in Form von Einzel-Bewehrungsstäben für die Betonarmierung auch in dickeren Abmessungen verwendbar. Vor dem Verwinden wird der Stahl zu Rundstangen mit an sich bekannten rippenartigen Erhebungen gewalzt, wobei das Kaltverwinden in den Grenzen einer Ganghöhe des 8- bis 12fachen des Stabäurchmessers vorzunehmen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt gegenüber d°,n bekannten Maßnahmen eine vereinfachte und preiswerte Herstellungsweise von Betonrippenstahl hoher Streckgrenze und hoher Zähigkeit dar.The production method according to the invention thus results in a union of advantages achieved both in the manufacturing process and the properties of twisted carbon steel rebar over reefing. By using of a semi-killed niobium-containing steel with those specified above, proportionally low amounts of the additional elements manganese and silicon result in a twisted one Rebars of high yield strength and toughness, d. H. Brittle fracture resistance, without the need to temper the steel during manufacture or subject to a remuneration or hardening measure. The steel of higher strength not only exhibits high flexibility, but also good weldability on. Compared to the general, for the production of twisted bars with the killed steels known to have a yield strength of at least 50 kg / mm2 Semi-killed steel containing niobium has the advantage of one for the flexibility and that Welding of favorable lower carbon content and the possibility of higher Yield of a good product because of the absence of any significant ones Blowholes. It is also available in the form of single reinforcing bars for concrete reinforcement thicker dimensions can be used. Before being twisted, the steel becomes round bars rolled with rib-like elevations known per se, the cold twisting to be carried out within the limits of a pitch of 8 to 12 times the rod diameter is. The method according to the invention represents one of the known measures compared to d °, n Simplified and inexpensive production of rebars with high yield strength and high toughness.
Beispiel Es wurde eine Schmelze hergestellt, die nach Zusatz von Ferroniob in der Pfanne die folgende Zusammensetzung im Gußblock ergab: 0,16 °/o C; 0,78 0/0 Mn; 0,07 0/0 Si; 0,030 0/0 S ; 0,049 0/0P; 0,078 0/0 Nb.Example A melt was produced which, after the addition of Ferroniob in the ladle the following composition resulted in the ingot: 0.16 ° / o C; 0.78 0/0 Mn; 0.07% Si; 0.030 0/0 S; 0.049 0/0 P; 0.078 0/0 Nb.
Nach dem Walzen zu Rundstangen von 18, 25, 32 mm Durchmesser mit schrägen
Vorsprüngen und Längsrippen und nach dem Verwinden mit der üblichen Ganghöhe von
ungefähr dem 10fachen Durchmesser waren die Ergebnisse der mechanischen Eigenschaften
wie folgt:
Alterung während 1 Stunde in kochendem Wasser, dann Rückbiegen auf 221/2°. Die sechs Stäbe von jedem Durchmesser (18, 25 und 32 mm) haben keinen Versprödungsbruch gezeigt.Aging for 1 hour in boiling water, then bending back up 221/2 °. The six rods of each diameter (18, 25 and 32 mm) have no brittleness fracture shown.
2. Genaue Bestimmung des kritischen Durchmessers; d. h. des kleinsten
Biegedurchmessers, der keinen Versprödungsbruch beim Rückbiegen ergibt.
Die sechs Stäbe von jedem Durchmesser wurden um 90° mit in der Dehnungszone liegender Schweißnaht über einen Dorn von 3,5fachem Stabdurchmesser gebogen. Es gab keinen Stabbruch.The six rods of each diameter were at 90 ° with in the elongation zone Horizontal weld seam bent over a mandrel 3.5 times the rod diameter. It there was no broken rod.
d) Versuche mit Lichtbogen und mit Abbrennschweißen Es wurden Zugversuche an nach den beiden Verfahren geschweißten Stäben von 18 mm Durchmesser gemacht. Die Zugfestigkeit der geschweißten Stäbe ist ungefähr gleich wie die der unzeschweißten Stäbe. D.e Brüche entstehen außerhalb der Schweißstellen. Bei Faltversuchen (Biegewinkel 180°) um einen Dorn vom 2fachen Stabdurchmesser hat sich kein Bruch ergeben.d) Experiments with electric arc and with flash-off welding Tensile tests were carried out made on rods 18 mm in diameter welded using the two methods. The tensile strength of the welded bars is roughly the same as that of the unwelded ones Bars. The breaks occur outside of the welds. During folding tests (bending angle 180 °) around a mandrel twice the rod diameter, there was no breakage.
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