DE1758582A1

DE1758582A1 - Waermebehandlung von Stahl

Info

Publication number: DE1758582A1
Application number: DE19681758582
Authority: DE
Inventors: Willy Tournoy
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1967-07-19
Filing date: 1968-07-01
Publication date: 1971-03-11
Also published as: NL6810228A; FR1579684A; GB1227803A

Description

Patentanwalt· DIpI. Ing. F. Weickmann,

[HpI. Ing. H. Weickmann, Qipl. Phys. Dr. K. Finde· 1758582

Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. Hufctr 8 MenchM 27. IKhittr. 22

IREPILERIES LEO» BEKAEHT P.V.B.A. Zwevegem, Belgien

Wärmebehandlung von Stahl

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Hit*- ä blick auf die tberoomechanisohe Behandlung von Stahlteile·::, wie Drähten, Strängen, Tauen, Kabeln, Bändern und dergleichen, und insbesondere die theroonechanische Behandlung derartiger Teile für die Verwendung bei der Herstellung ron vorgespannten Beton·

Bei der Herstellung von vorgespanntem Beton ist es in hohsia Maß -erwünscht, daß die Vorspannteile in derartigem Beton ·££

1 096 11/0643

ausreichend hohes Maß an Elastizität besitzen, d.h., daß sie zu ihren ursprünglichen Dimensionen zurückkehren, wenn eine auf diese Teile einwirkende Last entfernt wird. Dieser EIastizitätsgrad kann in Form der Spannung (in kg/m ) ausgedrückt werden, bei der eine gegebene Dehnung resultiert und soll in der Praxis für ein Verstärkungs- und Vorspannteil so hoch wie möglich sein, da die Dehnungsgrenze durch die proportionale plastische Restdehnung des Teiles bestimmt wird. Die plastische Restdehnung kann in herkötaalicher Weise für ein gegebenes Teil aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve berechnet werden, unter dem Namen von 0,05 oder 0,2 j5 Fließen oder Ausgleich.

Das Pließen wird berechnet, wie in Figur 1 der Zeichnungen gezeigt, indem eine Linie parallel zu dem elastischen Teil der Spannungs-Dehnungs-Kurve gezogen wird.

Der maximale Entspannüngsgrad eines vorgespannten Teils unter einer andauernden Spannung ist ebenfalls von besonderer Wichtigkeit bei der Herstellung von vorgespanntem Beton. Dabei ist die Entspannung eines Teiles die Spannungsabnahme, die stattfindet, wenn eine bestimmte Dehnung, entsprechend einer anfänglichen bestimmten Spannung, an das Teil angelegt und eine Zeitspanne aufrechterhalten wird. Diese Spannungsabnahme ist zu der an das !"eil angelegten anfanglichen Spannung proportional und umgekehrt proportional zu der

- 2 -109811/0643

Fließspannung, unter der Voraussetzung, daß die Zeitspanne, während der die Spannung angelegt wird, und die Temperatur des Teiles konstant sind. Der Entspannungsgrad ist wichtig, da die Belastungskapazität eines vorgespannten Teiles in gewissem Ausmaß von dem Grad der Vorspannung abhängt, der das Teil während der Herstellung des vorgespannten Produkts unterworfen wird. Wenn eine Spannungeabnahme des Vorspannungsteile durch Entspannung des Teile stattfindet, wird die Belastungsfähigkeit des vorgespannten Produkts demzufolge A vermindert.

Eine dritte wichtige Eigenschaft bei den Vorspannungsteilen bzw. -elementen vom vorgespannten Beton ist die Beständigkeit dieser Elemente gegen Spannungskorrosion. Während des Gebrauchs liegen diese Vorspannungsteile unter Spannung und sind deshalb für Spannungskorrosion empfänglich, die Brüche in den Teilen hervorrufen kann, insbesondere wenn sie zahlreichen Variationen in der daran angelegten Spannung unterworfen werden. Der Grad der Beständigkeit gegen Spannungs- ™ korrosion wird nun mit Hilfe des Wyzonirski-Pry-Tests gemessen, bei dem eine Drahtprobe in einem verdünnten sauren Medium und bei einer Temperatur von 105⁰G einer Biegespannung unterworfen wird, die 70 i» der Bruchspannung beträgt. Die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion wird in Form der Anzahl Stunden ausgedruckt, die verstreichen, bevor die Probe, bricht *

- 3 109811/Q6A3

Geeignete Materialien zur Verwendung bei der Herstellung von Teilen für die Verstärkung und Vorspannung von Betoja sind Kohlenstoffstahl und Kohlenstoffstahllegierungen mit einer Perlitetruktur. Derartige Materialien werden beispielsweise erhalten, wenn Kohlenstoffstahl oder -Stahllegierung mit einer hohen Temperatur mit einer geregelten Kühlgesohwindigkeit abgekühlt wird. Bei Kohlenstoffstählen, die weniger als 0,89 1* Kohlenstoff enthalten, enthält die Stahlstruktur sowohl Perlit als auoh Ferrit und es soll klar sein, daß die Bezugnahme auf "Kohlenstoffstahl und Kohlenstoffstahllegierungen mit einer Perlitstruktur" Stähle und Stahllegierungen umfaßt, die sowohl Perlit als auch Ferrit enthalten. Y/enn der Kohlenstoffgehalt bis zu 0,89 Gew.-£ zunimmt, nimmt der Anteil an Perlit zu, was mit einer entsprechenden Abnahme an freiem Ferrit verbunden ist. V/enn ein Kohlenstoffgehalt von 0,89 Gew.-^ erreicht ist, ist der Stahl gewöhnlich homogen und besteht vollständig aus Perlit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Behandlung für Stahl- und Stahllegierungsteile zu schaffen, die verwendet werden kann, um die Eigenschaften derartiger Teile für die Verwendung in verstärktem und vorgespanntem Beton zu verbessern.

Ss wurde nun gefunden, daß Stahl- und Stahllegierungsteile, wie Stahldrähte, -stränge, -taue, -kabel, -bänder und der-

- 4 -109811/0643

gleichen, die aus Kohlenstoffstahl mit einer Perlitstruktur hergestellt und für die Verwendung bei der Vorspannung von Beton bestimmt sind, vorteilhafterweise durch plastische Verformung bei erhöhten Temperaturen behandelt werden können.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung von aus Kohlenetoffstahl oder Koblenstoffotahllegierung mit einer Perlitstruktur hergestellten Teilen geschaffen, die für die Verwendung bei der Vorspannung von Beton bestimmt sind, gemäß dem man die Teile hintereinander bei einer Temperatur von 150 bis 35O⁰C zur Bewirkung von Verformung bearbeitet. Die Stahlteile können dann nach herkömmlichen Methoden in vorgespannten Beton eingearbeitet werden.

Die Stahlteile sind vorzugsweise aus Kohlenstoffstuhlen oder festen Legierungen hergestellt, die 0,20 bis 1,20 Gew.-'/i, vorteilhafterweise 0,60 bis 1,20 Gew.-Jj Kohlenstoff enthalten. Die Verwendung von Teilen, die aus Kohlenstoffstahl mit einer vollen Perlitstruktur hergestellt sind, ist besonders bevorzugt.

Die hintereinanderfolgende Bearbeitung wird vorzugsweise durch Querschnittaverminderung bewirkt, vorteilhafterweise, indem die Teile durch zwei oder mehrere Formen befördert werden. Bei einer derartigen Arbeitsweise werden die Teile

- 5 _
10981 1/0643

zweckmäßigerweise durch die Formen gezogen.

Ausser auf die Behandlung von Stahl- und Stahlleglerungsdraht ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf eine Viel· zahl von ähnlichen Stahl- und Stahllegierungsteilen anwendbar, beispielsweise Stränge, Taue, Kabel, Bänder und dergleichen, zur Verwendung bei der Vorspannung von Beton.

Pie Temperatur, bei der die Teile erfindungsgemäS behandelt werden, kann durch elektrische Verfahren erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung von zwei elektrischen Kontakten an den Teilen, um einen elektrischen Strom durch die Teile zwischen den elektrischen Kontakten zu schicken. Wenn zwei Formen verwendet werden, um die Größenverminderung zu bewirken, ao können die Formen selbst zur Schaffung der elektrischen Kontakte verwendet werden. Alternativ können die Teile zwischen zwei Sätze von Walzen geleitet werden, die als Kontakte dienen.

Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungeform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Querschnitteverminderung in zwei Stufen mit Hilfe von zwei Formen (Düeen) bewirkt, die beide als Kontakte für einen elektrischen Erhitzungekreis verwendet werden. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Querschnittsfläche des Teiles la allgemeinen bei jeder Form um 18 bis 25 # verringert. Das in die erste Form ein-

- 6 -109811/0643

tretende Teil befindet sich im allgemeinen bei Raumtemperatur, kann jedoch auf eine erwünschte Temperatur erhitzt werden, während eich beim Eintritt in die zweite Form die Temperatur des Teiles erhöht hat, vorzugsweise bis etwa 300⁰C, und die Temperatur beim Verlassen der zweiten Form noch weiter erhöht ist, vorzugsweise auf etwa 35O⁰C.

Gemäß einer Modifizierung der oben erwähnten bevorzugten Ausführungsfonn werden die Innendurchmesser der beiden For- M men derart eingestellt, daß eine beträchtliche Verminderung der Querschnittsfläche, beispielsvreise 30 bis 35 £» beim Durchlaufen des Teiles durch die erste Form, jedoch nur eine beschränkte Verringerung der QuerBchnittsflache, beispielsweise 1 bis 5 /»f insbesondere 2 #, beim Durchlaufen durch die zweite Form stattfindet. Bei diesem modifizierten Verfahren beträgt die Temperatur des Teiles beim Verlassen der zweiten Form vorzugsweise etwa 33O⁰C.

Eine Vorrichtung, die zur Durchführung dee erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, ist schematiach in Figur 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Der Stahldraht 1 wird auf eine Trommel 2 aufgewickelt, die durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben ist, nachdem er über ein Übertragungssystem 3 durch die beiden Formen 4 und 5 gezogen wor~ den ist. Die formen sind mit einem elektrischen System 6 verbunden, das dazu dient, den Draht beim Durchlauf durch

- 7 109811/0643

die Formen zu erhitzen. Die Formen sind etwa 20 cm voneinander getrennt.

Gemäß einer anderen zur Wahl stehenden bevorzugten Aueführungsform der Erfindung wird das Teil Über einen ersten elektrischen Kontakt zu einer Form geleitet, die den zweiten elektrischen Kontakt darstellt. Das !Feil wird bei der Ankunft bei der Form auf die gewünschte Temperatur erhitzt,

_ indem ein elektrischer Strom zwischen der Form und dem ersten elektrischen Kontakt geleitet wird. Gegebenenfalls kann der erste elektrische Kontakt durch eine Form geschaffen werden, die jedoch einen Innendurchmesser hat, der mit dem Durchmesser des hindurchtretenden Teiles vergleichbar ist, wodurch nur eine kleine Verminderung der Querschnittsfläche des Teiles stattfindet. Nach Durchleiten durch den ersten elektrischen Kontakt wird das Element elektrisch auf eine Temperatur von etwa 260⁰C erhitzt, bevor es durch die Form geleitet wird, die nicht nur als zweiter Kontakt für das

P elektrische Erhitzungssystem dient, sondern auch die Querschnittefläche des Teiles um beispielsweise zwischen 30 und 40 # verhindert. V/enn das Teil die Form verläßt, hat es vorzugsweise eine Temperatur von etwa 35O⁰C.

Wie oben bereits erwähnt, haben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelter Stahldraht und ähnliche Teile bestimmte vorteilhafte Eigenschaften, die sie als Yorspannungs-

- 8 - . 109811/0643

elemente in vorgespanntem Beton brauchbar machen.

Bezüglich des oben erwähnten Parameters von Dehnungsgrenze/ Zugfestigkeit werden die folgenden Werte (ausgedrückt in Prozent) bei verschiedenen plastischen Eestdehmmgen für erfindungsgemäß behandelten Stahldraht (A) erhalten, wobei der Stahldraht (B) nach dem bekannten Verfahren der künstlichen Alterung behandelt wird.

Plastische Restdehnung Streckgrenze /Zugfestigkeit (*) A B

0,01	82	75
0,05	92	86
0,2	97	92

Ausserdem hat der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren be- ä handelte Stahldraht einen niedrigeren Entspannungsgrad als bisher in vorgespanntem Beton verwendeter Stahldraht. Die iigur 3 der beigefügten Zeichnung zeigt eine grafische Darstellung der Entspannung in Prozent gegen die Zeit für Proben mit einer anfänglichen Belastung von 70 ύ der Bruch-BUgspannung bei verschiedenen Temperaturen. Zone 1 betrifft eine Probe aus kaltgezogenem Draht, behandelt durch künstliche Alterung, während Zone 2 eine Probe eines nach

- 9 109811/0643

dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Drahts betrifft.

In Hinblick auf die Beständigkeit gegenüber Spannungskorro sion liefern durch künstliche Alterung behandelte Produkte Werte von 50 bis 82 Stunden in den Wyzomirski-Pry-Teet, während erfindungsgemäß behandelte Produkte Werte von mindestens HO Stunden und in manchen Fällen mindestens 200 Stunden beim gleichen Test liefern«

Ausserdem können auch die Torsionaeigenflchaften von Stahldraht durch eine geeignete Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbessert werden·

- 10 -

10881170643

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Behandlung von aus Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahllegierung mit einer Perlitstruktur hergestellten Teilen für die Verwendung bei der Vorspannung von Beton, dadurch gekennzeichnet, daß man die Seile hintereinander bei einer Temperatur von 150 bis 35O⁰C unter Verformung bearbeitet, wobei diese Teile verbesserte Eigen- ^ schäften in Hinblick auf das Verhältnis von Streckgrenze und Zugfestigkeit, Entspannung und Beständigkeit gegen Spannungskorrosion erlangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Teile aus Kohlenetoffstahl oder Kohlenstoffstahllegierung mit einen Gehalt von 0,20 bis 1,20 Gew.-5$ Kohlenstoff hergestellt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile aus Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahllegierung mit 0,60 bis 1,20 Gew.-£ Kohlenstoff hergestellt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tei?e aus einen Kohlenstoffstahl mit einer vollständigen Perlitstruktur hergestellt sind.

- 11 109811/0643

5. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung Ton einer Quer-Bchnittsverminderung der Teile begleitet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverminderung bewirkt wird, indem die Teile durch zwei oder mehrere Formen befördert werden.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch zwei oder mehrere Formen gezogen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile über einen ersten elektrischen Kontakt zu einer Form geführt werden, die einen zweiten elektrischen Eontakt liefert, wobei die Teile vor dem Durchleiten durch die Form durch einen zwischen der Form und dem ersten elektrischen Kontakt fließenden elektrischen Strom auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden·

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Kontakt durch eine weitere Form geschaffen wird, die eine geringe Querschnittsverminderung dos Teiles bewirkt.

12 -

10 9 811/0643

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Form, die den zweiten elektrischen Kontakt darstellt» 30 bis 40 fi Querschnittsverminderung des Teileβ bewirkt.

11· Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile durch mindestens zwei Formen befördert werden, die als elektrische Kontakte dienen, wobei das Teil vor dem Durchleiten durch die zweite Form durch einen zv,±- schen den beiden Formen fließenden elektrischen Strom auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird.

12· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Form eine Querschnitteverminderung des Teiles um 30 bis 35 1» bewirkt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, daduroh gekennzeichnet, daS di· zweite Form eine Qutrsehnittsverminderung Seiles von 1 bis 5 # bewirkt«

14» Verfahren nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile die Form, die den zweiten elektrischen Kontakt liefert, mit einer Temperatur von mindestens 300°0 verlassen.

15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

- 13 -

109811/0643

dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile in Vorm von Drähten vorliegen.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in Form von Strängen, Tauen, Kabeln oder Bändern vorliegen.

17* Verfahren nach Anspruch 1, i» wesentlichen wie beschrieben.

18. Verfahren zur Behandlung von Teilen, die aus Kohlenstoffe tahl oder Kohlenstoffstahllegierung mit einer Perlitstruktur hergestellt sind, in wesentlichen wie unter Bezugnahme auf Pig.2 beschrieben.

19· Teile aus Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahllegierung mit einer Perlitstruktur, behandelt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche·

20. Vorgespannter Beton, der Elemente aus Kohlenstoffstabllegierung gemäß Anspruch 19 enthält.

-H-

109811/0643

Leerseite