DE19528671C1 - Steel for linear construction profiles for underground pit mining - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls für Streckenausbauprofile für Grubenbetriebe und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to the use of a low-alloy high-strength fine-grain structural steel for Line expansion profiles for mines and a Process for its manufacture.
Ein für den Grubenausbau geeigneter Stahl soll nach DIN 21544 in vergütetem Zustand folgende garantierte Mindest- Festigkeitseigenschaften aufweisen:According to DIN, a suitable steel for the pit expansion 21544 in tempered condition following guaranteed minimum Have strength properties:
Streckgrenze: Re = 520 N/mm²
Zugfestigkeit: Rm = 650 N/mm²
Dehnung: A₅ = 18%
Kerbschlagarbeit: Av (DVM)*) = 48 J (bei + 20°C)Yield strength: R e = 520 N / mm²
Tensile strength: R m = 650 N / mm²
Elongation: A₅ = 18%
Notched impact energy: A v (DVM) * ) = 48 J (at + 20 ° C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L (nach DIN 2544: künstlich gealtert).*) 10% cold worked + 250 ° C / 30 ′ / L (according to DIN 2544: artificially aged).
In der DIN 21544 wird die Stahlsorte 31 Mn 4 mit 0,28 bis 0,36% C, 0,2 bis 0,5% Si, 0,8 bis 1,1% Mn, max. 0,045% P und S, min. 0,02% Al angegeben. Dieser Stahl mit der deutschen Werkstoff-Nr. 1.0520 wird in den Lieferzuständen warmgewalzt, normalgeglüht oder vergütet angeboten. Die Vergütungsbehandlung besteht aus einem Abschrecken von Härtetemperatur (im Austenitgebiet) in Wasser oder Öl mit anschließendem Anlassen. Die Härtetemperatur liegt im Bereich von 850 bis 920°C und die Anlaßtemperatur beträgt mindestens 400°C. In DIN 21544, the steel grade 31 Mn 4 is 0.28 up to 0.36% C, 0.2 to 0.5% Si, 0.8 to 1.1% Mn, max. 0.045% P and S, min. 0.02% Al specified. That steel with the German material no. 1.0520 is used in the Delivery conditions hot-rolled, normalized or tempered offered. The remuneration treatment consists of one Quenching hardening temperature (in the austenite area) in Water or oil followed by tempering. The Hardening temperature is in the range of 850 to 920 ° C and the tempering temperature is at least 400 ° C.
Für den Streckenausbau von Grubenbetrieben werden u. a. Rinnenprofile (DIN 21544) eingesetzt, die unterschiedliche Maße und Metergewichte aufweisen, um die an sie gestellten statischen Anforderungen zu erfüllen. Das Profil TH 34 (34 kg Metergewicht) gilt beispielsweise als leichtes Profil, während TH 40 als schweres Profil bezeichnet wird. Für die Handhabung der Profile unter Tage ist es von großer Bedeutung, daß der Streckenausbau mit möglichst leichten Profilen ausgeführt werden kann. Wenn nun der Ausbau einer Strecke aufgrund der vorliegenden Gebirgsverhältnisse das Profil TH 40 aus einem Stahl mit 520 N/mm² Mindeststreckgrenze erfordert, dann könnte ebenso gut das Profil TH 34 eingesetzt werden, wenn der Stahl eine dementsprechend höhere Streckgrenze aufweisen würde. Die Berechnung der statischen Werte von TH-Profilen ergibt in solch einem Fall, daß die Streckgrenze etwa 700 N/mm² betragen muß.For the route expansion of mines u. a. Channel profiles (DIN 21544) used, the have different dimensions and meter weights to the to meet the static requirements placed on them. The profile TH 34 (34 kg weight) applies for example as a light profile, while TH 40 as a heavy profile referred to as. For handling the profiles under Days it is of great importance that the route expansion can be carried out with the lightest possible profiles. If now the expansion of a route due to existing mountain conditions, the profile TH 40 a steel with 520 N / mm² minimum yield strength, then the TH 34 profile could be used as well if the steel is accordingly higher Would have yield strength. The calculation of the static values of TH profiles result in such a Case that the yield strength must be about 700 N / mm².
Für den Grubenausbau gibt es auch naturharte Stähle, siehe Stahl und Eisen, 104 (1984) Nr. 2, S. 95-96 und DE 36 28 712 C2. Diese unter dem Kurznamen 17 Mn V 7 bekanntgewordenen Stähle enthalten 0,1 bis 0,25% C, 0,25 bis 0,6% Si, 1,0 bis 1,8% Mn, 0,08 bis 0,18% V, 0,2 bis 1,3% Cr und max. 0,06% Nb sowie 0,01 bis 0,35% Ti, 0,25 bis 0,55% Cu, Rest Eisen. Die Stähle haben nach einer thermomechanischen Behandlung und eventueller nachfolgender Normalglühung ferritisch- perlitisches Gefüge. Nur in Seigerungsbereichen kann neben Ferrit und Perlit örtlich auch etwas Bainit auftreten. Diese bekannten Grubenausbaustähle leiten ihre mechanischen Eigenschaften im wesentlichen aus den hohen Gehalten an Kohlenstoff und Mangan ab, wobei die Zähigkeit durch feinste Ausscheidungen von Metallnitriden und Metallkarbiden verbessert wird. Mit solchen Stählen werden folgende Eigenschaften erzielt:There are also naturally hard steels for the pit expansion, see Stahl und Eisen, 104 (1984) No. 2, pp. 95-96 and DE 36 28 712 C2. This under the short name 17 Mn V 7 Steels that have become known contain 0.1 to 0.25% C, 0.25 to 0.6% Si, 1.0 to 1.8% Mn, 0.08 to 0.18% V, 0.2 up to 1.3% Cr and max. 0.06% Nb and 0.01 to 0.35% Ti, 0.25 to 0.55% Cu, balance iron. The steels have after a thermomechanical treatment and any subsequent normalizing ferritic-pearlitic Structure. In addition to ferrite and Perlite some bainite also occur locally. These well-known pit construction steels guide their mechanical Properties essentially from the high levels Carbon and manganese, the toughness through finest precipitates of metal nitrides and Metal carbides is improved. With such steels the following properties are achieved:
Re = 570 N/mm²
Rm = 724 N/mm²
A₅ = 22%
Av (DVM)*) = 58 J (bei + 20°C)R e = 570 N / mm²
R m = 724 N / mm²
A₅ = 22%
A v (DVM) * ) = 58 J (at + 20 ° C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.*) 10% cold worked + 250 ° C / 30 ′ / L.
Dieser 17 Mn V 7 gehört zu den naturharten Stählen, deren Festigkeitsspektrum wie gesagt durch höhere Kohlenstoff- und Mangangehalte bestimmt wird.This 17 Mn V 7 belongs to the naturally hard steels, whose Strength spectrum as I said through higher carbon and manganese levels are determined.
Ein Rinnenprofil für nachgiebigen Streckenausbau von Grubenbetrieben mit noch höherem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,25 bis 0,32% ist aus der DE 41 20 982 A1 bekannt, der eine Streckgrenze Re < 700 N/mm² im vergüteten Zustand gewährleistet. Stähle mit einem derart hohen Kohlenstoffgehalt erreichen zwar hohe Festigkeiten, nicht jedoch ausreichende Zähigkeit.A channel profile for flexible route expansion of mines with an even higher carbon content in the range from 0.25 to 0.32% is known from DE 41 20 982 A1, which ensures a yield strength R e <700 N / mm² in the tempered state. Steels with such a high carbon content achieve high strengths, but not sufficient toughness.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Stahl für Streckenausbauprofile, insbesondere Rinnenprofile, für Grubenbetriebe anzugeben, der folgendes Eigenschaftsspektrum garantiert:The invention is based on the object of a steel for section expansion profiles, in particular channel profiles, for mines to indicate the following Range of properties guaranteed:
Re < 700 N/mm²
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15%
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)R e <700 N / mm²
R m <800 N / mm²
A₅ <15%
A v (DVM) * ) <60 J (at + 20 ° C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L*) 10% cold worked + 250 ° C / 30 ′ / L
und der ferner dieses Eigenschaftsspektrum auch durch eine vereinfachte Vergütungsbehandlung erreichen kann.and also this range of properties can achieve simplified remuneration treatment.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verwendung eines niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls, bestehend ausThis object is achieved according to the invention by Use a low alloy high strength Fine grain steel, consisting of
0,05 bis 0,10% Kohlenstoff
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% Stickstoff0.05 to 0.10% carbon
0.05 to 1.5% silicon
1.5 to 2.3% manganese
0.01 to 0.05% aluminum
0.01 to 0.07% niobium
0.01 to 0.04% titanium
0.001 to 0.005% boron
0.1 to 0.4% molybdenum
0.004 to 0.012% nitrogen
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen einschl. max. 0,04% Phosphor und max. 0,02% Schwefel mit bainitischem Gefüge als Werkstoff für die Herstellung von warmgewalzten Streckenausbauprofilen für Grubenbetriebe, die im vergüteten Zustand das vorgenannte Eigenschaftsspektrum aufweisen müssen.Balance iron and unavoidable impurities incl. Max. 0.04% phosphorus and max. 0.02% sulfur with bainitic structure as material for the production of hot-rolled section expansion profiles for mine operations, which in the tempered state the aforementioned Must have a range of properties.
Zusätzlich kann der Stahl bis 0,05% Vanadium und bis 1,2% Chrom enthalten.In addition, the steel can contain up to 0.05% vanadium and Contain 1.2% chromium.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls ist dadurch gekennzeichnet, daß die Profile aus dem Austenitgebiet mit 5 bis 50 K/s auf eine Temperatur im oberen oder mittleren Bainitgebiet abgeschreckt und dann durch die Restwärme unter quasi-isothermer Umwandlung in bainitisches Gefüge an ruhender Luft auf Raumtemperatur abkühlen gelassen werden. The inventive method for producing the Steel to be used according to the invention is thereby characterized that the profiles from the austenite area at 5 to 50 K / s to a temperature in the upper or quenched middle bainite area and then through the Residual heat under quasi-isothermal conversion to bainitic structure in still air at room temperature be allowed to cool.
Die Abstimmung der Stahlzusammensetzung auf diese Wärmebehandlung ist von erfindungswesentlicher Bedeutung.The coordination of the steel composition to this Heat treatment is essential to the invention.
Die aus Härten und Selbstanlassen bestehende Vergütungsbehandlung nach Anspruch 3 ist an sich aus der DE 25 01 175 C3 bekannt. Sie unterscheidet sich vom konventionellen Vergüten, bestehend aus Härten durch Abschrecken von Härtetemperatur auf Raumtemperatur, und nachfolgendem Anlassen auf eine Temperatur über 400°C im wesentlichen dadurch, daß die Anlaßbehandlung nach dem Härten nicht in einem gesonderten Anlaßofen durchgeführt wird, sondern direkt im Anschluß an das Härten erfolgt. Dazu wird der Härtungsvorgang so gesteuert, daß eine bestimmte im Streckenausbauprofil verbleibende Restwärme zum Anlassen des Gefüges ausreicht. Dazu wird der Härtungsvorgang im Bainitbereich (unterhalb 500°C) unterbrochen, d. h. die Abschreckbehandlung wird bei dieser Temperatur beendet. Die dann im Streckenausbauprofil noch vorhandene Wärme führt zum Anlassen des gebildeten Bainits, üblicherweise als Selbstanlassen bezeichnet. Der weitere Abkühlvorgang nach Beendigung des Abschreckens von Härtetemperatur erfolgt an ruhender Luft. Diese Vergütungsbehandlung hat eine Reihe von Vorteilen. Hervorzuheben ist die kürzere Zeit für die gesamte Vergütungsbehandlung sowie der geringere apparative und energetische Aufwand.The one consisting of hardness and self-tempering Remuneration treatment according to claim 3 is in itself from the DE 25 01 175 C3 known. It differs from conventional tempering, consisting of hardening through Quenching from hardening temperature to room temperature, and subsequent tempering to a temperature above 400 ° C in essentially in that the tempering treatment after Hardening is not carried out in a separate tempering furnace is, but takes place immediately after hardening. For this purpose, the curing process is controlled so that a certain residual heat remaining in the route expansion profile sufficient to temper the structure. For this the Hardening process in the bainite range (below 500 ° C) interrupted, d. H. the quenching treatment is at this temperature ended. Then in Section expansion profile still existing heat leads to Tempering the bainite formed, usually as Called self-starting. The further cooling process after Quenching of hardening temperature is completed in still air. This remuneration treatment has one Number of advantages. The shorter time should be emphasized for the entire remuneration treatment as well as the lower apparatus and energy expenditure.
Grubenausbauprofile können wie folgt vergütet werden:Pit expansion profiles can be remunerated as follows:
Zum Härten werden die Profile wie üblich auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt, die etwa 20 bis 50 K oberhalb der Ac3-Temperatur des verwendeten Stahls liegt, das ist etwa 900°C. Das Abschrecken erfolgt mit einem beliebigen Kühlmedium, das die Profile mit 5 bis 50 K/s kühlt. Der Abschreckvorgang wird während der Gefügeumwandlung in Bainit, d. h. bei einer Temperatur von 500°C oder niedriger, beendet. Danach bleibt das Profil mit der Restwärme sich selbst überlassen. Es erfolgt die Umwandlung in bainitisches Gefüge, gefolgt von einem Selbstanlassen.For hardening, the profiles are, as usual, on a Austenitization temperature warmed, which is about 20 to 50 K above the Ac3 temperature of the steel used is around 900 ° C. The quenching is done with any cooling medium that the profiles with 5 to Cools 50 K / s. The quenching process is carried out during the Structural transformation into bainite, d. H. at a temperature of 500 ° C or lower, finished. After that, the profile remains left to itself with the residual heat. It takes place Transformation into bainitic structure followed by one Start yourself.
Ein TH 34-Rinnenprofil aus einem Stahl mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%) wurde gefertigt:A TH 34 channel profile made of steel with the following Composition (% by weight) was made:
Der Stahl wurde in einem Oxygenkonverter erschmolzen auf einer Stranggießanlage vergossen und in einem Kaliberwalzwerk zum Profil TH 34 warmgewalzt. Das warmgewalzte Profil wurde nach dem Erkalten wiedererwärmt und mittels Härten und Selbstanlassen vergütet. Dabei betrug die Härtetemperatur 900°C. Das Abschrecken wurde bei Erreichen einer Temperatur im Kern des Profiles von 400°C beendet, so daß das bei der Gefügeumwandlung gebildete Härtungsgefüge durch die Restwärme des Profils angelassen wurde. Die Prüfung des Profiles ergab folgende Werte der mechanischen Eigenschaften:The steel was melted up in an oxygen converter cast in a continuous caster and in one Caliber rolling mill to profile TH 34 hot rolled. The hot-rolled profile was reheated after cooling and remunerated by hardening and self-tempering. Here the hardening temperature was 900 ° C. The deterrent has been when reaching a temperature in the core of the profile of 400 ° C ended, so that the structural change hardening structure formed by the residual heat of the profile was started. Examination of the profile revealed the following Mechanical property values:
Re = 752 N/mm²
Rm = 907 N/mm²
A₅ = 17,0%
Z = 72,0%
Av (DVM)*) 75 J, 93 J, 84 J (+ 20°C)R e = 752 N / mm²
R m = 907 N / mm²
A₅ = 17.0%
Z = 72.0%
A v (DVM) * ) 75 J, 93 J, 84 J (+ 20 ° C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.*) 10% cold worked + 250 ° C / 30 ′ / L.
Zum Vergleich erreicht ein TH 34-Rinnenprofil aus dem bekannten Stahl 17 Mn V 7 im thermomechanisch gewalzten Zustand die verlangte Streckgrenze von mehr als 520 N/mm². Im konventionell vergüteten Zustand steigt die Streckgrenze auf mehr als 700 N/mm². Nach einem Härten und nachfolgendem Selbstanlassen liegt sie aber nur bei 550 N/mm². Daraus geht hervor, daß nicht jeder Stahl dazu geeignet ist, die geforderten hohen mechanischen Eigenschaften durch unterbrochenes Härten mit nachfolgendem Selbstanlassen in der Restwärme zu erreichen.For comparison, a TH 34 channel profile from the known steel 17 Mn V 7 in thermomechanically rolled Condition the required yield strength of more than 520 N / mm². This increases in the conventionally tempered state Yield strength to more than 700 N / mm². After a hardening and subsequent self-starting is only included 550 N / mm². It follows that not every steel comes with it is suitable, the required high mechanical Properties by interrupted hardening with subsequent self-starting in the residual heat to reach.
Claims (3)
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% StickstoffRest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen einschl. max. 0,04% Phosphor und max. 0,02% Schwefel mit bainitischem Gefüge als Werkstoff für die Herstellung von warmgewalzten Streckenausbauprofilen für Grubenbetriebe, die im vergüteten Zustand folgende mechanische Eigenschaften aufweisen müssen:Re < 700 N/mm²
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15% (DVM)
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.1. Use of a low-alloy, high-strength fine-grain structural steel consisting of 0.05 to 0.10% carbon
0.05 to 1.5% silicon
1.5 to 2.3% manganese
0.01 to 0.05% aluminum
0.01 to 0.07% niobium
0.01 to 0.04% titanium
0.001 to 0.005% boron
0.1 to 0.4% molybdenum
0.004 to 0.012% nitrogen residual iron and unavoidable impurities including max. 0.04% phosphorus and max. 0.02% sulfur with a bainitic structure as a material for the production of hot-rolled section expansion profiles for mines, which must have the following mechanical properties in tempered condition: R e <700 N / mm²
R m <800 N / mm²
A₅ <15% (DVM)
A v (DVM) * ) <60 J (at + 20 ° C) *) 10% cold worked + 250 ° C / 30 ′ / L.
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CN110129682A (en) * | 2019-04-25 | 2019-08-16 | 首钢集团有限公司 | A kind of 950MPa grades of TWIP steel and preparation method thereof |
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---|---|---|---|---|
EP0168038A2 (en) * | 1984-07-10 | 1986-01-15 | Nippon Steel Corporation | High tensile-high toughness steel |
DE3628712C2 (en) * | 1986-08-23 | 1989-04-13 | Kloeckner Stahl Gmbh, 4100 Duisburg, De |
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- 1995-08-04 DE DE1995128671 patent/DE19528671C1/en not_active Expired - Fee Related
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