DE2139934A1

DE2139934A1 - Steels - self hardening steels for - welding applications

Info

Publication number: DE2139934A1
Application number: DE19712139934
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-10
Filing date: 1971-08-10
Publication date: 1973-02-22

Abstract

Self hardening concrete reinforcement steels with high strength and excellent weldability can be made from steels with alloying additions of Al, Nb and V which produce nitrides, carbides and carbonitrides resulting in fine gram size and precipitation hardening. Typical compositions are : 0.18% C, 0.3-0.4% Si, 0.8-1.4% Mn, max 0.05% P, max. 0.05% S, 0.03% Al, max. 0.02% N, 0.06-0.1% Nb, 0.1-0.15% V, balance Fe. They are conventionally melted, cast and rolled such that the finish rolling temp. ensures max. solubility of minor alloying elements, and allowed to air cool with resulting precipitation hardening. These steels have strength and are fairly ductile, they are however very good for welding by electric arc and other conventional means.

Description

Schweissbarer naturharter Betonstahl hoher Festigkeit Die Erfindung betrifft einen schweissbaren naturharten Betonstahl hoher Festigkeit, insbesondere der Festigkeitsgruppe B St 42/50 oder B St 50/55.Weldable, naturally hard reinforcing steel of high strength The invention relates to a weldable, naturally hard reinforcing steel of high strength, in particular of strength group B St 42/50 or B St 50/55.

Naturharter Betonstahl IIIa hat gegenüber kaltverfestigtem Betonstahl IIIb den Nachteil, dass er nicht oder nur schwer schweissbar ist. Dieser Nachteil fällt deshalb sehr ins Gewicht, weil im Bauwesen immer mehr die tendenz besteht, die einzelnen Bauelemente vorzufertigen und an der Baustelle kraft schlüssig zusammenzuführen. Die Bewehrungsstähle der einzelnen Bauelemente lassen sich aber nach wie vor am einfachsten durch Schweissen miteinander verbinden. Die Schweisseignung ist deshalb eine wichtige Voraussetzung für Bewehrungsstähle der modernen Bautechnik.Naturally hard reinforcing steel IIIa has compared to cold-hardened reinforcing steel IIIb has the disadvantage that it is difficult or impossible to weld. This disadvantage is very important because there is an increasing tendency in the construction industry to prefabricate the individual components and bring them together in a non-positive manner at the construction site. However, the reinforcing steel of the individual components can still be used on the simplest way to connect them to one another by welding. The suitability for welding is therefore an important prerequisite for reinforcing steel in modern construction technology.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Naterialzusainmensetzung eines schweissbaren naturharten Betonstahls anzugeben.The object of this invention is to improve the composition of a material Specify weldable, naturally hard reinforcing steel.

Der erfindungsgemässe Betonstahl ist gekennzeichnet durch einen Gehalt von maximal 0,18 % Kohlenstoff, 00 - 0,40 % Silizium, 0,80.- 1,40 % Mangan, maximal 0,05 % Phosphor, maximal 0,05 % Schwefel, etwa 0,03 % Aluminium, maximal 0,02 % Stickstoff, 0,06 -0,10 % Niob, gegebenenfalls 0,10 - 0,15 % Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.The reinforcing steel according to the invention is characterized by a salary of a maximum of 0.18% carbon, 00 - 0.40% silicon, 0.80 - 1.40% manganese, maximum 0.05% phosphorus, maximum 0.05% sulfur, about 0.03% aluminum, maximum 0.02% Nitrogen, 0.06-0.10% niobium, optionally 0.10-0.15% vanadium, the remainder iron and impurities.

Wird ein Stahl dieser Zusammensetzung in der üblichen Weise erschmolzen, ausgewalzt und auf einem Kühlbett abgekühlt, dann erhält man einen naturharten Betonstahl hoher Bestigkeit, der im Gegensatz zu den bisherigen naturharten Betonstählen schweissbar ist. Im Vergleich zu den bekannten naturharten Betonstählen ist beim erfindungsgemässen Betonstahl der Perlitanteil verringert.If a steel of this composition is melted in the usual way, rolled out and cooled on a cooling bed, then a naturally hard reinforcing steel is obtained high resistance, which, in contrast to the previous naturally hard reinforcing steels, can be welded is. In comparison to the known naturally hard reinforcing steels according to the invention Reinforcing steel reduces the percentage of pearlite.

Der hierdurch bedingte Verlust an Streckgrenze und Festigkeit wird dadurch ausgeglichen, dass die Korngrösse verringert ist und ausserdem ein durch eine Ausscheidung von Niobkarbid und etwaigen Karbonitriden bewirkter Aushärtungseffekt ausgenutzt ist.The resulting loss of yield strength and strength is compensated by the fact that the grain size is reduced and also a through a precipitation of niobium carbide and any carbonitrides caused hardening effect is exploited.

Bekanntlich hängt die Korngrösse davon ab, wieviel Eristallisationskeime im Austenit vorhanden sind. Bei vielen Eristallisationskeimen bildet sich eine Vielzahl von kleinen Körnern. Als Kristallisationskeime wirken z. B. Aluminiumnitride, Niobkarbide und Kerbonitride. Im vorliegenden Fall wird der in der Stahizusammensetzung vorhandene Stickstoffanteil bewusst in die Analyse mit ein gebaut, um den Anteil an Kristallisationskeimen gross zu halten.It is well known that the grain size depends on how many crystallization nuclei are are present in austenite. With many crystallization nuclei, a large number forms of small grains. As nuclei act z. B. aluminum nitrides, niobium carbides and kerbonitrides. In the present case, the one that is present in the steel composition Nitrogen content is deliberately built into the analysis to determine the amount of crystal nuclei to keep it big.

Der Stickstoff wird hierbei durch Elemente, die zu Stickstoff eine grosse Affinität haben, wie Aluminium, Niob, Titan - im vorliegenden Fall ist es in der Hauptsache das Niob-, stabil abgebunden. Ist das Nitrid im Eisenkarbid gelöst, so spricht man von Karbonitriden. in kann mit diesen ein sehr feines Korn erzielen und damit die der Streckgrenze entsprechende Festigkeit anheben Der Aushärtungsenteil hängt davon ab, bei welcher Temperatur die maximale Löslichkeit des verwndetenMikrolegierungselemontes, wie Niob oder Vanadium, in der Matrix, d. h. in der Grundsubstanz vorliegt. Es hat sich gezeigt, dass bei der angegebenen Zusemmensetzung mit der üblichen Walzendtemperatur, d. h. ohne zusätzlich-en verfahrensmässigen Aufwand, bereits ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden können. Ausserdem hat sich gezeigt, dass zufällig auftretende legierungselemente, wie Chrom, Nickel, Kupfer und Arsen, ohne Einfluss auf den angestrebten Effekt sind.The nitrogen is hereby replaced by elements that make nitrogen a have great affinity, such as aluminum, niobium, titanium - in the present case case it is mainly the niobium, stably bound. Is the nitride in iron carbide dissolved, one speaks of carbonitrides. a very fine grain can be obtained with these and thus increase the strength corresponding to the yield point. The curing part depends on the temperature at which the maximum solubility of the microalloy element used, like niobium or vanadium, in the matrix, d. H. is present in the basic substance. It has it has been shown that with the specified composition with the usual rolling end temperature, d. H. Without additional procedural effort, already excellent results can be achieved. In addition, it has been shown that randomly occurring alloying elements, such as chromium, nickel, copper and arsenic, have no influence on the desired effect.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel erläutert.The invention is illustrated by an exemplary embodiment.

Es wurde im Elektroofen aus Schrott unter Anwendung von Sauerstoff und durch Zulegieren von Silizium, Mangan und Niob, Material der folgenden Zusammensetzung erschmolzen : Kohlenstoff = 0,11 % Mangen = 1,12 % Silizium = 0,35 % Niob= 0,058 % Chrom = 0.10 °h = 0,10 % Kupfer = 0,26 % Eisen und Verunreinigungen = Rest Die Schmelze enthielt die bei Schrott üblichen unbeabsichtigten Beilegierungen an Chrom, Nickel, Kupfer, Arsen, etc. Das erschmolzene Material wurde im stehenden Guss zu Knüppeln abgegossen. Die Querschnittsabmessung der Kaüppel war 140 x 140 mm2.It was melted in an electric furnace from scrap using oxygen and adding silicon, manganese and niobium, material of the following composition: carbon = 0.11% manganese = 1.12% silicon = 0.35% niobium = 0.058% chromium = 0.10 ° h = 0.10% copper = 0.26% iron and impurities = remainder The melt contained the unintentional additions of chromium, nickel, copper, arsenic, etc. common to scrap metal. The melted material was poured into billets in a standing cast. The cross-sectional dimension of the choppers was 140 x 140 mm2.

Nach Erhitzung der Knüppel im Stossofen auf etwa 1150 0 C wurden diese in einer normalen Stabstahlstrasse zu einem gerippten Stahlstab von 16 mm ausgewalzt. Die Walzendtemperatur betrug 900 - 950 ° C. Das ausgewalzte Material wurde auf einem Rechenkühlbett vereinzelt und normal abkühlen gelassen. Der so hergestellte Betonrippenstahl hatte die folgenden Festigkeitseigenschaften: ausgeprägte Strsckgrenze ßb= 44,0 - 45,5 Zugestigkeit ßz= 55,2 - 56,8 Bruchdehnung @10 = 20,5 - 22,5 Der hergestellte Stahl genügte nicht nur den Vorschriften für Betonrippenstahl IIIa (B St 42/50 RU) nach DIN 488 E sondern bestand nach einer künstlichen Alterung von 1/2 Stunde bei 250 0 einen verschärften Rückbiegeversuch mit einem Dorn- D, der dem 2-fachen des Stab- d entsprach.After the billets had been heated to about 1150 ° C. in the pusher furnace, they became rolled into a ribbed steel bar of 16 mm in a normal steel bar mill. The final rolling temperature was 900 - 950 ° C. The rolled material was on a Separate rake cooling bed and allowed to cool down normally. The rebar made in this way had the following strength properties: pronounced yield strength βb = 44.0 - 45.5 tensile strength ßz = 55.2 - 56.8 elongation at break @ 10 = 20.5 - 22.5 The manufactured Steel not only met the regulations for rebar IIIa (B St 42/50 RU) according to DIN 488 E but existed after artificial aging of 1/2 hour 250 0 an intensified reverse bending test with a mandrel D that is twice the Staff d corresponded to.

Zum Nachweis der Schweisseignung wurden aus dem Stahl mehrere Schweissproben hergestellt, die durch a) Abbrennstumpfschweissung und b) Lichtbogenhandschweissung gewonnen worden waren.Several weld samples were taken from the steel to prove suitability for welding produced by a) flash butt welding and b) manual arc welding had been won.

Die durch AbbrennstumpBschweissq1ng hergestellten Proben zeigten keinerlei Entfestigung. Beim Zugversuch trat der Bruch nicht an der Schweissstelle sondern 60 - 70 mm ausserhalb der Schweissstelle auf. Ausserdem bestanden die Proben einen Biegeversuch mit einem Biegewinkel von 180 ° und einem Dorn D = 4 d.The samples produced by flash butt welding did not show any Softening. During the tensile test, the break did not occur at the welding point, but rather 60 - 70 mm outside the welding point. In addition, the rehearsals passed Bending test with a bending angle of 180 ° and a mandrel D = 4 d.

Mittels der lichtbogenhandschweissung wurden Aufschweissbiegeproben unter Verwendung einer Elektrode Ti VIIm hergestellto Es wurde auf einen Stab von 16 mm ein Stab von 10 mm % mittels Heftschweissung quer aufgeschweisst. Die Proben bestanden nicht nur einen Biegeversuch mit einem Biegewinkel von 90 ° und einem Dorn mit dem d - 4 d sondern sogar einen Biegeversuch mit einem Dorn- D 1 2 d.Weld-on bending tests were carried out by means of manual arc welding using a Ti VIIm electrode. It was applied to a rod of 16 mm a rod of 10 mm% is welded transversely by means of tack welding. Samples passed not only one bending test with a bending angle of 90 ° and one Mandrel with the d - 4 d but even a bending test with a mandrel D 1 2 d.

Die zum Nachweis der Schweisseignung geführten Versuche zeigten, dass der erfindungsgemässe Betonstahl für eine Lichtbogenschweissung, eine Abbrennstumpfschweissung und eine Widerstandspunktschweissung geeignet ist.The tests carried out to prove suitability for welding showed that the reinforcing steel according to the invention for an arc welding, a flash butt welding and a resistance spot weld suitable is.

Aufgrund der grossen Verformungsfähigkeit, die der erfindungsgemässe Betonrippenstahl besitzt, lassen sich mit ihm auch Bauwerke bewehren, die aufAnprallsicherheit berechnet werden müssen.Due to the great deformability that the invention Rebar, it can also be used to reinforce structures that are impact-resistant must be calculated.

Ausserdem könnte bei dieser Art von Stählen der ?riifumfang zur Feststellung der Güteeigenschaften vermindert werden. Es könnte z. 3. der bei üblichen Stählen erforderliche aufwendige Rückbiegeversuch entfallen.In addition, with this type of steel, the scope of the ring could be determined the quality properties are reduced. It could e.g. 3. that of common steels There is no need for a complex reverse bending test.

Wie bereits erwähnt, wird bei dem erfind;irngsgemässen Stahl ein durch eine Ausscheidung von lßiobkarbid und etwaigen Earbonitriden bewirkter Aushärtungseffekt ausgenutzt. Dieser wird nicht nur durch die Zusammensetzung beeinflusst, sondern auch durch das Herstellungsverfahren. Durch ein gezieltes Herstellungsverfahren lassen sich bei gleicher Zusammensetzung noch weitere Verbesserungen erzielen. Das Herstellungsverfahren soll zu diesem Zweck so gewählt werden, dass die Temperatur des Stahls am Ende der Walzperiode so eingestellt wird, dass sie der Temperatur entspricht, bei der die maximale Löslichkeit der Mikrolegierungselemente in der Matrix vorliegt, dann soll der Stahl zur Ankeimung der Aushärtung schnell um maximal 300 ° C abgekühlt und schliesslich auf einem Kühlbett normal abgelagert werden. Die Temperatur maximaler Löslichkeit der Mikrolegierungselemente und das Temperaturinterval der Abschreckung zur Erzielung des angestrebten Effekts lassen sich experimentell einfach ermitteln.As already mentioned, in the steel according to the invention, a through a precipitation of iobium carbide and any earbonitrides caused hardening effect exploited. This is not only influenced by the composition, but also by the manufacturing process. Through a targeted manufacturing process further improvements can be achieved with the same composition. That Manufacturing process should be chosen for this purpose so that the temperature of the steel at the end of the rolling period is adjusted to the temperature at which the maximum solubility of the micro-alloying elements in the If the matrix is present, the steel should rapidly increase by a maximum in order to germinate the hardening process 300 ° C and finally deposited on a cooling bed normally. The temperature of maximum solubility of the micro-alloy elements and the temperature interval The deterrent to achieve the desired effect can be experimental simply determine.

Claims

Expectations

1. Weldable, naturally hard reinforcing steel of high strength, in particular of strength group B St. 42/50 or B St 50/55, not shown a maximum content of 0.18% carbon, 0.30-0.40% silicon, 0.80-1.40 % Manganese, maximum 0.05% phosphorus, maximum 0.05% sulfur, about 0.03% aluminum, maximum 0.02% nitrogen, 0.06-0.10 0% niobium, optionally 0.10-0.15% vanadium, Remainder iron and impurities.

2. Process for the production of weldable, naturally hard reinforcing steel, in particular according to claim 1, d a d u r ch g e - indicates that the temperature of the steel at the end of the rolling period is adjusted to the temperature at which the maximum solubility of the micro-alloying elements in the Matrix is present that the steel to germinate the hardening then quickly by a maximum 300 O C, and that it is then normally deposited on a cooling bed.