DE2233788C3

DE2233788C3 - Schweissbarer naturharter betonstahl mit einer mindeststreckgrenze von 50kp/mm hoch 2

Info

Publication number: DE2233788C3
Application number: DE2233788A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Badische Stahlwerke AG; Korf Stahl AG
Current assignee: Badische Stahlwerke AG; Korf Stahl AG
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1984-09-13
Also published as: LU67966A1; IL42672A; IT989802B; DE2233788B2; CH606462A5; IL42672A0; DE2233788A1; FR2192186B1; ES417071A1; FR2192186A1; GB1434236A; BE802150A; NL7309448A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schweißbaren Betonstahls, insbesondere Betonrippenstahls, mit einer Mindeststreckgrenze von kp/mm² und einer Bruchdehnung von mindestens 10% aus einem Stahl mit

0,15-0,24% C
0,30 - 0,60% Si
1,0- 1,5% Mn
0,005 - 0,02% N
maximal 0,05% P
maximal 0,05% S
maximal 0,5% Cr
maximal 0,005% Al
und 0,03 -0,1% V

Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen einschließlich Kupfer und Nickel.

Aus der österreichischen Patentschrift 1 93 914 ist ein Stahl für Bewehrungszwecke im Bauwesen bekannt, der 0,1 bis 1,2% Kohlenstoff, Mangan und Silicium in den in Baustählen üblichen Grenzen von etwa 0,1 bis 2,0%, bis 0,1% Stickstoff, bis 1,5% Chrom, bis 0,5% Aluminium, bis 0,5% Vanadium, bis 1,5% Kupfer, Rest Eisen, enthalten kann. Bei diesem bekannten Stahl kann der Höchstwert für die Summe von Mangan und Chrom bis zu 3,5% betragen; geht man davon aus, daß der

•10 bekannte Stahl die üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen an Nickel aufweist, so kann der Gesamtgehalt an Kupfer, Chrom und Nickel auf den Anteil an herstellungsbedingten Verunreinigungen abfallen, der erheblich unter 0,4% liegen kann. Zur Herstellung des bekannten Stahls ist stets eine oder mehrere Wärmebehandlungen vorgesehen.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 55 771 ein vergüteter schweißbarer Baustahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,25%, einem Mangangehalt bis 1,8%, einem Phosphor- und Schwefelgehalt von je maximal 55%, einem Vanadiumgehalt von 0,07 bis 0,2%, einem Stickstoffgehalt von 0,005 bis 0,02%, gegebenenfalls einem Siliciumgehalt bis 0,1% und einem Aluminiumzusatz von 0,01 bis 0,2% bekannt.

Dieser Stahl erreicht jedoch erst nach einem Vergüten eine Streckgrenze größer 50 kp/mm² und eine Bruchdehnung größer 10%. Jedoch sind Stähle mit einem so hohen Aluminiumgehalt, wie er für den bekannten Baustahl als erforderlich angesehen wird, nur unter Schwierigkeiten im Stranggußverfahren vergießbar.

Die angegebene chemische Zusammensetzng eignet sich somit nicht für eine wirtschaftliche Herstellung von Betonstählen im Stranggußverfahren.

Mit einem Beitrag in »Stahl und Eisen«, Band 65, (1945), S. 1. 2, 76, 77 wird über die Weiterentwicklung des bekannten Baustahls St 52 zu einem schweißbaren Hochbaustahl mit noch höherer Zugfestigkeit und Streckgrenze als St 52 berichtet; insbesondere wird über die Auswirkung von Zusätzen an Kupfer, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium und Titan auf die Gefügeausbildung und Festigkeitseigenschaften berichtet. Mit einem Zusatz von 0,1 bis 0,2% Vanadium oder Titan soll ein Stahl erhalten werden, der nach dem Normalglühen die angestrebte Streckgrenze und Zugfestigkeit bei guten Zähigkeitseigenschaften aufweist, während bei Zusätzen von Chrom, Kupfer oder Molybdän bereits mit stärkeren Härtungserscheinungen zu rechnen sei, so daß die angestrebte Mindeststreckgrenze vielfach nicht erreicht wird. Im Ergebnis wird damit vom Zusatz von Chrom, Kupfer oder Molybdän abgeraten.

Betonstähle werden üblicherweise in Walzwerken mit einfachen Fertigungseinrichtungen hergestellt. Die Stoßofen sind in der Höhe der Austenitisierungstemperaturen begrenzt, und auch die Haltezeit kann aus wirtschaftlichen Gründen nicht beliebig ausgedehnt werden. Meist folgt eine offene bzw. kontinuierliche Walzstraße, die keine gezielte Temperaturführung zuläßt. Da eine Nachbehandlung der Beton- bzw. der Betonrippenstähle nicht erforderlich und auch wirtschaftlich nicht tragbar ist, fehlen Vorrichtungen für eine geregelte Abkühlung des Walzgutes bzw. Wärmebehandlungseinrichtungen.

Mit diesen üblichen Walzwerkseinrichtungen kann bekanntlich auf der Basis der Legierungselemente Kohlenstoff, Silicium und Mangan ein schweißbarer naturharter Stahl der einleitend genannten Eigenschaften nicht gefertigt werden. Bei C-Gehalten um ca. 0,2% und höheren Mn- und Si-Gehalten werden, falls der

gewalzte Stahl in üblicher Weise an freier Luft abgekühlt wird, Härtegefüge gebildet, so daß der Stahl nicht die behördlich geforderten Kaltverformungseigenschaften aufweist.

Aufgabe dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Betonstahl der eingangs genannten Zusammensetzung und Eigenschaften, das mittels der erwähnten einfachen Walzwerkseinrichtungen für Betonstähle einschließlich der Möglichkeit zum Vergießen im Strangguß und ohne zusätzliche Vergütung durchführbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches wiedergegeben. Bevorzugte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch den eriindungsgemäß vorgesehenen Vanadiumzusatz in den angegebenen Grenzen kann bei den für Betonstähle üblichen Fertigungsbedingungen eine streckgrenzensteigernde Wirkung erreicht werden, da die Auflösung der Vanadiumkarbide bzw. der Vanadiumkarbonitride schon ab 900⁰C erfolgt, insbesondere bei einer Haltezeit von ca. 1 h bei 1100⁰C vollständig stattfindet. Mit den üblichen Walzwerkeinrichtungen kann somit ohne besondere zusätzliche Maßnahme ein naturharter und schweißbarer Betonrippenstahl mit einer Mindeststreckgrenze von 50 kp/mm² und einer Mindestbruchdehnung von 10% hergestellt werden. Dieser Stahl kann ohne Schwierigkeiten im Strang vergossen werden, da er maximal 0,005% Aluminium enthält.

Für die gewählte Stahlzusammensetzung ist die erfindungsgemäß vorgesehene Bemessung der Legierungszusätze so gewählt, daß einerseits eine möglichst hohe Streckgrenze erhalten wird, andererseits aber bei Abkühlung an freier Luft die Bildung von Härtegefügen verhindert wird. Wird die angegebene Summe der Prozentsätze von Mangan und Chrow überschritten, so treten Härtegefüge auf, und die geforderte Mindestbruchdehnung läßt sich nicht erreichen. Bei einem Unterschreiten der angegebenen Summe der Prozentsätze von Kupfer, Chrom und Nickel wird in der Regel der angestrebte Festigkeitswert nicht erreicht.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.

In einem Lichtbogenschmelzofen wird Stahl der jeweils angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Der erschmolzene Stahl wird im Strangguß zu einem Strang mit quadratischem Querschnitt von 100 cm² vergossen, und das vergossene Stranggußmaterial auf einem Wendekühlbett abgekühlt. Anschließend wird das Strangmaterial in einem bei 1300⁰C gehaltenen Stoßofen eingebracht, und dort etwa 1 Stunde lang belassen. Das Material wird hierbei auf etwa 1100⁰C aufgewärmt Danach wird das Material auf einer Stabstahlstraße zu gerippten Stäben mit einem Nenndurchmesser von 16 bis 28 mm bzw. auf einer Drahtstraße zu gerippten Drähten mit einem Nenndurchmesser von 6 bis 14 mm gewalzt. Die Walzendtemperatur beträgt etwa 1000° C. Das gewalzte Stabmaterial wird anschließend auf einem Rechenkühlbett an freier Luft abgekühlt, und daraufhin gebündelt abgelegt Das Drahtmaterial wird nach dem letzten Stich mittels eines Windungslegers in einzelne Windungen ausgefächert und an freier Luft abgekühlt anschließend in einer Ringsammeistation zu Ringen zusammengefügt, an freier Luft weiter abgekühlt und schließlich zu Stabmaterial gerichtet Nach der Abkühlung werden die Festigkeitseigenschaften und die Verformbarkeit bestimmt sowie die Schweißeignung geprüft.

Zur Bestimmung der Verformbarkeit wird ein Rückbiegeversuch für Betonrippenstahl nach DIN 488, Blatt 3, Abschnitt 3.3.1 durchgeführt.

Die Schweißeignung wird durch den Aufschweißbiegeversuch nach DIN 488, Blatt 3, Abschnitt 4.2.2 und den Zugversuch an einem lichtbogengeschweißten Übergreifungsstoß nach DIN 488, Blatt 3, Abschnitt 4.2.1 geprüft.

In der folgenden Tabelle l.ist für einige Schmelzen die chemische Zusammensetzung angegeben; in Tabelle 2 sind die mechanischen Eigenschaften der entsprechen den Stähle aufgeführt. Die Schmelzen 1, 2 und 5 sind nachgebrachte Beispiele.

Tabelle 1

40 Element Chemische Zusammensetzung in % Schmelze Nr.
12 3 4

Si
Mn
V
Cr

45 Cu Ni P S Al

0,23

0,40

1,30

0,060

0,13

0,23

0,07

0,022

0,024

0,002

0,0109

0,24

0,35

1,33

0,060

0,15

0,29

0,07

0,019

0,023

0,003

0,0110

0,18

0,50

1,68

0,045

0,13

0,23

0,10

0,020

0,025

0,002

n.b.

0,22

0,47

1,32

0,045

0,17

0,20

0,15

0,023

0,003

0,0112

0,18

0,50

1,36

0,065

0,14

0,24

0,07

0,016

0,023

0,004

0,0108

n.b. = nicht bestimmt

Tabelle 2

Schmelze 0

Streckgrenze

mm kp/mm²

Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit

kp/mm²

Bruchdehnung

Rückbiegeversuch Schweißeignung

Gefügebeurteilung

Bemerkung

22 50,6-51,7 66,5-67,7

22 51,7-52,0 67,5-67,8

25 55,7-56,3 72,5-73,1

26 55,5 74,0

17.5-18,7 5d;

bestanden 18,7-20,0 -

17,6-19.5 15,5

5d;

bestanden 5d; bestanden bestanden

Ferrit +
Perlit
Ferrit +
Perlit

Ferrit +
Perlit
Ferrit+
Perlit

an freier Luft abgekühlt an freier Luft abgekühlt an freier Luft abgekühlt an freier Luft abgekühlt

Fortsetzung

Schmelze 0

Sireckgrenze

mm kp/mm²

Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit

Bruchdehnung

kp/mm² %

Rückbiegeversuch Schweißeignung

Gefügebeurteilung

Bemerkung

8 55,5-56,1 81,1-833 K.7-15,3 5d;

8 60,7-63,0 82,5-84,8 i 1,1 -13,1

26 47,8

703

3d; bestanden

5d;7d;

nicht

bestanden

24 56^-57,0 73,9-743 15,8-17.9 5d;

bestanden

20 56,4-57,0 75,5-75,8 '5,5-17,5 3d;5d;

be 8 49,1-51,2 79,3-84,2 13,7-14,2 -

8 54,5-54,9 78,1-79,0 18,4-18,7 bestanden

Ferrit +
Perlit
Ferrit +
Perlit

Ferrit+
Perlit +
Zwischenstufengefüge

Ferrit +
Perlit

Ferrit +
Perlit
Ferrit +
Perlit
Ferrit +
Perlit

an freier Luft abgekühlt

an freier Luft abgekühlt und zu Stabmaterial gerichtet

an freier Luft abgekühlt

an freier Luft abgekühlt an freier Luft abgekühlt

an freier Luft abgekühlt und zu Stabmaterial gerichtet

Wie die Tabellen zeigen, erfüllt erfindungsgemäß hergestellter Stahl die Forderung nach einer Mindeststreckgrenze von 50 kp/mm² und einer Mindestbruchdehnung von 10%; solcher Stahl besteht den Rückbiegeversuch nach DiN 488, Blatt 3, Abschnitt 33.1 und ist schweißbar. Die Schweißeignung wurde an den Schmelzen 2 und 4 gemäß DIN 488, Blatt 3, Abschnitt 4.2.1 und 4.2.2 geprüft. In beiden Fällen genügt der Betonstahl den Anforderungen.

Um die Bedeutung der Maßgabe zu verifizieren, daß die Summe der Prozentsätze von Mangan und Chrom den Betrag von 1,5% nicht überschreiten darf, wird auf eine Vergleichsprobe verwiesen, nämlich die oben angegebene Probe 3, die dieser Vorschrift nicht genügt. Bei Abkühlung an freier Luft härtet sich dieses Material auf und wird spröder. Dieses Material weist somit nicht die geforderten mechanischen Eigenschaften auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines schweißbaren Betonstahls, insbesondre Betonrippenstahls, mit einer Mindeststreckgrenze von 50 kp/mm² und einer Bruchdehnung von mindestens 10%, aus einem Stahl mit

0,15 030 - 0,60% Si
1,0 - 1,5% Mn
0,005 - 0,02% N
maximal 0,05% P
maximal 0,05% S
maximal 0,5% Cr
maximal 0,005% AI
undO,03-0,l%V

Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen einschließlich Kupfer und Nickel,

dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Prozentsätze von Mn und Cr so eingestellt wird, daß der Betrag von 1,5% nicht überschritten wird, und die Summe der Prozentsätze von Cu, Cr und Ni so bemessen wird, daß der Betrag von 0,40% nicht unterschritten wird, und der Stahl aus der Walzhitze an freier Luft abgekühlt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt 0,17 bis 0,22% beträgt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl der in Anspruch 1 oder 2 genannten Zusammensetzung, jedoch mit einem Siliciumgehalt von 0,40 bis 0,60%.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl der in einem der Ansprüche 1,2 und 3 genannten Zusammensetzung, jedoch mit einem Mangangehalt von 1,20 bis 1,40%.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl der in einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4 genannten Zusammensetzung, jedoch mit einem Vanadiumgehalt von 0,04 bis 0,06%.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen stranggegossenen Stahl der in einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4 oder 5 genannten Zusammensetzung.