DE19828785C2 - Process for straightening rolled section steel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten von gewalztem Profilstahl. Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 03 62 122 A1 bekannt.The invention relates to a method for straightening rolled section steel. Such a method is known from EP 03 62 122 A1.
Das Kühlen von gewalztem Profilstahl, zum Beispiel Doppel-T und U-Profil, Winkel erfolgt üblicherweise auf einem Kühlbett. Infolge der ungleichmäßigen Abkühlung verziehen sich die Profile. Dieser Verzug wirkt sich nachteilig auf deren Gerad heits- und Eigenspannungszustand aus. Diese beiden genannten Qualitätskriteri en gemeinsam genommen, lassen sich mit dem Qualitätskriterium Planheit beim Bandwalzen vergleichen. Eine reduzierte Geradheit (Profilkrümmung, Drall und Biegekrümmung) geht häufig mit hohen Eigenspannungen einher. Gekrümmte Profile müssen nachbearbeitet werden. Eigenspannungen vermindern die Profil tragfähigkeit.The cooling of rolled section steel, for example double T and U section, angle usually takes place on a cooling bed. As a result of the uneven cooling the profiles warp. This delay affects their straight line state of stress and residual stress. These two quality criteria mentioned Taken together, the flatness quality criterion at Compare belt rollers. Reduced straightness (profile curvature, swirl and Bending curvature) is often accompanied by high internal stresses. Crooked Profiles have to be reworked. Residual stresses reduce the profile Load capacity.
Die auftretenden Krümmungen werden nach dem Stand der Technik bei niedrigen Profiltemperaturen durch einen oder mehrere Richtvorgänge auf ein tolerables Maß zurückgeführt. Hierzu kommen Rollenrichtmaschinen und Richtpressen zum Einsatz.The curvatures that occur are low according to the prior art Profile temperatures through one or more straightening processes to a tolerable Measure returned. Roll straightening machines and straightening presses are also used Commitment.
Rollenrichtmaschinen, die Profile kontinuierlich richten, bewirken dabei zunächst eine erneute Krümmung des Profils auf ein definiertes Maß. Dabei werden die vorhandenen Eigenspannungen durch neue definierte Eigenspannungen beseitigt. Prinzipbedingt ist dies jedoch nicht über den gesamten Profilquerschnitt möglich. Im Bereich der neutralen Faser verbleibt während des gesamten Richtvorgangs ein unbeeinflußter Materialbereich. Nach der ersten Biegung wird das Produkt einer definierten Wechselbiegung (mehrere Krümmungswechsel) unterzogen. Da bei werden die Eigenspannungen so verändert, daß das Profil nach dem Richtvor gang gerade ist. Resteigenspannungen bleiben prinzipbedingt erhalten. Nachteilig sind die im Profilstahl verbleibenden Eigenspannungen mit den bereits erwähnten Problemen bei der Tragfähigkeit der Profile. Stark gekrümmte Profile bereiten au ßerdem Probleme während des Richtvorganges (z. B. Einfädeln in die Maschine).Roll straightening machines, which straighten profiles continuously, initially have an effect a new curvature of the profile to a defined dimension. The existing residual stresses are eliminated by new defined residual stresses. In principle, however, this is not possible across the entire profile cross-section. The neutral fiber remains in place during the entire straightening process an unaffected area of material. After the first bend, the product subjected to a defined alternating bend (several changes in curvature). There at the residual stresses are changed so that the profile after straightening gear is straight. Residual residual stresses are retained in principle. Disadvantageous are the residual stresses in the section steel with those already mentioned Problems with the load-bearing capacity of the profiles. Heavily curved profiles prepare problems during the straightening process (e.g. threading into the machine).
Bei der diskontinuierlich arbeitenden Richtpresse werden nach und nach einzelne unzulässig stark gekrümmte Abschnitte des Profilstahles durch eine möglichst ex akt entgegengesetzte Biegung kompensiert. Ein Einfluß auf den Eigenspan nungszustand kann in der Richtpresse nicht genommen werden. Nachteilig wirkt sich der diskontinuierliche und unbekannte Eigenspannungszustand nach dem Richtvorgang auf die Profiltragfähigkeit aus. Dieses Verfahren stört den Material fluß in der Profilstahlherstellung und erfordert viel Zeit.With the discontinuous straightening press, little by little, individual impermissibly strongly curved sections of the section steel due to an ex as possible opposite bend compensated. An influence on the own chip The condition of the straightening press cannot be checked. Has a disadvantage the discontinuous and unknown residual stress state after the Straightening process based on the load-bearing capacity. This process disrupts the material flow in the profile steel production and requires a lot of time.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen zum selekti ven Kühlen von Profilstählen während des Walzens bekannt (vgl. WEBER, Franz; STELZER, Reiner: Entwicklungen und Fortschritte in der Kaltwalztechnik. In: Stahl und Eisen 109 (1989) S. 171-176). Bedingt durch eine heterogene Stahlmassen verteilung kühlt das Profil ungleichmäßig ab. Durch selektives Kühlen läßt sich eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt des Profils erzielen. Hierdurch verbessern sich die Materialeigenschaften des Produk tes. Zum selektiven Kühlen sind an der Walzstraße Kühleinrichtungen vorgese hen, die ein walzen mit normaler Walzgeschwindigkeit ermöglichen. Die Kühlein richtungen sind verstellbar, so daß Profile mit unterschiedlichen Abmessungen gekühlt werden können. Schließlich ist es aus dieser Veröffentlichung ebenfalls bekannt, eine im Walzfluß stattfindende Wärmebehandlung für ein Profil vorzuse hen, wobei die Walzhitze ausgenutzt wird.Furthermore, methods and devices for the selective are from the prior art known cooling of profile steels during rolling (cf. WEBER, Franz; STELZER, Reiner: Developments and advances in cold rolling technology. In: steel and Eisen 109 (1989) pp. 171-176). Due to a heterogeneous mass of steel distribution cools the profile unevenly. By selective cooling, a largely uniform temperature distribution over the cross section of the Profile. This improves the material properties of the product tes. Cooling devices are provided on the rolling mill for selective cooling hen that allow rolling at normal rolling speed. The cool woman directions are adjustable so that profiles with different dimensions can be cooled. After all, it is from this publication as well known to vorzuse a heat treatment taking place in the rolling flow for a profile hen, taking advantage of the rolling heat.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Richten von gewalztem Profilstahl zu schaffen, das den Materi alfluß in der Herstellung von Profilstählen nicht beeinträchtigt und einen qualitativ hochwertigen, krümmungs- und eigenspannungsarmen Profilstahl liefert.Starting from the prior art, the invention is based on the object to create a process for straightening rolled section steel that the materi alfluss not affected in the production of profile steels and a qualitative supplies high-quality, low-curvature and low-stress profile steel.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, daß die Form des abgekühlten Profilstahles im wesentlichen von der Form und der Temperaturverteilung über den Querschnitt des Profilstahles zu dem Zeitpunkt abhängt, wenn dessen heiße ste Bereiche die Temperatur Ar1 (Umwandlungsende) gerade unterschreiten. Bei streng homogener Temperaturverteilung nach der vollständigen Umwandlung des Profils bleibt die zu diesem Zeitpunkt eingenommene Form des Profilstahls erhal ten.The invention takes advantage of the knowledge that the shape of the cooled Profile steel essentially of shape and temperature distribution the cross section of the section steel depends on when it is hot areas just below the temperature Ar1 (end of conversion). At strictly homogeneous temperature distribution after the complete conversion of the The shape of the profile steel that was in use at the time remains ten.
Die Erfindung basiert nun auf dem Gedanken, diesen Zeitpunkt bei im technischen Sinne homogener Temperaturverteilung über den Querschnitt des Profilstahls zu nutzen, um das Stahlprofil zu richten. Dabei kommen gemäß der Erfindung bei weitgehend homogener Temperaturverteilung sämtliche Temperaturen im Gefü geumstrukturierungsbereich Ar1-Ar3 in Frage.The invention is based on the idea of this point in time in the technical Meaning homogeneous temperature distribution over the cross section of the section steel use to straighten the steel profile. Here come according to the invention largely homogeneous temperature distribution all temperatures in the structure restructuring area Ar1-Ar3 in question.
Das Richten des Profilstahles kann durch Recken oder Stauchen erfolgen. Infolge der homogenen Temperaturverteilung sowie der erfindungsgemäßen Wahl der Richttemperatur und damit des Richtzeitpunktes geht der Profilstahl gerade, ei genspannungsfrei und thermisch homogen in das Alpha-Gebiet über. Dies hat zur Folge, daß dieser Zustand auch nach vollständiger Abkühlung bis auf Umgebung stemperatur erhalten bleibt, selbst dann, wenn der Profilstahl sich bis zum voll ständigen Abkühlen aufgrund inhomogener Abkühlung vorübergehend wieder krümmt und/oder elastische Spannungen aufbaut.The profile steel can be straightened by stretching or upsetting. As a result the homogeneous temperature distribution and the choice according to the invention The target temperature and thus the target time of the profile steel goes straight, egg gene-free and thermally homogeneous in the alpha area. This has to Consequence that this state even after complete cooling down to the environment temperature is maintained, even if the section steel is full constant cooling temporarily due to inhomogeneous cooling bends and / or builds up elastic tension.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Profilstahl bei einer Tempe ratur nahe der unteren Grenze Ar1 des Gefügeumstrukturierungsbereichs gerich tet, da in Phase der Gefü geumstrukturierung (Ar1-Ar3) des Stahls eventuelle Eigen spannungen sofort abgebaut werden.In an advantageous embodiment of the invention, the profile steel is at a temperature rature near the lower limit Ar1 of the structural restructuring area tet, because in the phase of the Restructuring (Ar1-Ar3) of the steel possible own tensions are reduced immediately.
Wird der Profilstahl bei einer höheren Temperatur im Umwand lungsbereich Ar1-Ar3 gerichtet, wird vorzugsweise ebenfalls diejenige Temperatur gewählt, bei der die Eigenspannung des Profilstahls minimal sind.If the section steel is transformed at a higher temperature Ar1-Ar3 direction is preferably also selected the temperature at which the internal stress of the Profile steel are minimal.
Eine weitgehend, d. h. im technischen Sinne homogene Tempera turverteilung des Profilstahls läßt sich durch selektive Küh lung und/oder Erwärmung während und/oder nach dem Walzen er zielen.A largely, d. H. technically homogeneous tempera distribution of the section steel can be achieved by selective cooling development and / or heating during and / or after rolling aim.
Alternativ kann eine homogene Temperaturverteilung über den Querschnitt dadurch erzielt werden, daß die Temperaturführung während des Walzens des Stahles gezielt beeinflußt wird.Alternatively, a homogeneous temperature distribution over the Cross section can be achieved in that the temperature control is specifically influenced during the rolling of the steel.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ver
fahrens anhand zweier Beispiele des näheren erläutert:
The mode of operation of the method according to the invention is explained below using two examples:
- 1. Reckrichten eines Profiles HEB 140 (vgl. hierzu die Fig. 1 und 2).1. Straightening a profile HEB 140 (cf. FIGS . 1 and 2).
- 2. Reckrichten eines Profiles C 240 (vgl. hierzu die Fig. 3 und 4).2. Straightening a profile C 240 (cf. FIGS . 3 and 4).
Ein Profilstahl HEB 140 weist eine angenommene Anfangs krümmung mit einem Radius von 200 m auf. Mit Hilfe selektiver Wasserkühlung wurde eine über dessen Querschnitt weitgehend homogene Temperaturverteilung bei ca. 700°C erzielt.A profile steel HEB 140 has an assumed start curvature with a radius of 200 m. With the help of selective Water cooling became largely over its cross section homogeneous temperature distribution achieved at approx. 700 ° C.
Fig. 1 zeigt die nach Abkühlung auf die Umgebungstemperatur zu erwartende Restkrümmung des Profilstahls in Abhängigkeit von der Temperatur zum Zeitpunkt des Richtens durch Recken. Gut erkennbar ist, daß bei einer Recktemperatur von 700°C keine Restkrümmung zu erwarten ist. Fig. 1 shows the following cooling to the ambient temperature to be expected residual curvature of the profile as a function of the temperature at the time of judging by stretching. It can be clearly seen that no residual curvature is to be expected at a stretching temperature of 700 ° C.
Fig. 2 zeigt die zu erwartenden bezogenen Maximalwerte der Druck- und Zugeigenspannung des Profilstahls in Abhängigkeit von der Recktemperatur. Die obere Kurve zeigt jeweils den zu erwartenden bezogenen Maximalwert der Druckeigenspannung, während die untere Kurve den jeweiligen Maximalwert der Zug eigenspannung des Profilstahles zeigt. Fig. 2 verdeutlicht, daß bei einer Recktemperatur von 715°C sowohl geringe Druck- als auch Zugeigenspannungen auftreten und gleichzeitig die zu erwartende Restkrümmung praktisch Null ist (vgl. hierzu Fig. 1). Fig. 2, the related expected maximum values of the pressure and residual tensile stress of the profile is a function of the stretching temperature. The upper curve shows the expected maximum value of the internal compressive stress, while the lower curve shows the respective maximum value of the internal tensile stress of the section steel. Fig. 2 illustrates that at a stretching temperature of 715 ° C both low compressive and tensile residual stresses occur and at the same time the expected residual curvature is practically zero (cf. Fig. 1).
Fig. 3 zeigt ein der Fig. 1 entsprechendes Diagramm für einen Profilstahl C 240, der allerdings aufgrund seines Ei gengewichtes zunächst gerade war. Auch hier wurde mittels se lektiver Wasserkühlung an der Außenseite des Flansches eine homogene Temperaturverteilung über den Querschnitt des Profi les bei einer Temperatur von ca. 700°C erreicht. Fig. 3 shows a diagram corresponding to FIG. 1 for a profile steel C 240, which was initially straight due to its egg weight. Here, too, homogeneous temperature distribution over the cross-section of the profile was achieved at a temperature of approx. 700 ° C by means of selective water cooling on the outside of the flange.
Keine Krümmung weist dieses Profil bei Recktemperaturen von 712°, 702° und 570°C auf. Fig. 4, die ein für das Profil C 240 entsprechend der Fig. 2 aufgebautes Diagramm zeigt, läßt sich jedoch entnehmen, daß wenn die Restkrümmung verschwinden soll, lediglich bei 570°C auch relativ niedrige Druck- und Zugeigenspannungen des Profilstahls zu erwarten sind. Gerin gere Eigenspannungen - allerdings unter Inkaufnahme einer ge ringen Restkrümmung - erhielte man, wenn man das Profil C 240 bei einer Temperatur oberhalb von 720°C reckt.This profile has no curvature at stretching temperatures of 712 °, 702 ° and 570 ° C. Fig. 4, which shows a diagram constructed for the profile C 240 in accordance with FIG. 2, can be seen, however, that if the residual curvature is to disappear, only relatively low compressive and tensile residual stresses of the profile steel can be expected only at 570 ° C. Lower internal stresses - albeit with a slight residual curvature - would be obtained if the profile C 240 was stretched at a temperature above 720 ° C.
Für beide Ausführungsbeispiele gilt, daß bei der Wahl einer anderen Homogenisierungstemperatur als 700°C sich andere Kombinationen von Restkrümmungen und Eigenspannungen ergeben.For both embodiments applies that when choosing one homogenization temperature other than 700 ° C Combinations of residual curvatures and residual stresses result.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Richtverfahrens ist auch dann möglich, wenn die Temperaturverteilung über den Quer schnitt homogen ist, jedoch in Längsrichtung des Profilstah les variiert. Die aufgrund des inhomogenen Temperaturverlaufs über die Längsachse des Profilstahls unterschiedlichen Fließ spannungen gleichen sich infolge der unterschiedlichen Form änderungsgeschwindigkeiten einander an, so daß längs des ge samten Profilstahls mit plastischem Fließen zu rechnen ist und nicht nur am Ort der geringsten Grundfestigkeit.The application of the straightening method according to the invention is also then possible if the temperature distribution across the cross cut is homogeneous, but in the longitudinal direction of the profile steel les varies. The due to the inhomogeneous temperature curve different flow along the longitudinal axis of the section steel tensions are alike due to the different shape rates of change to each other, so that along the ge plastic flow is to be expected with the entire section steel and not just at the lowest basic strength.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SMS DEMAG AG, 40237 DUESSELDORF, DE |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |