DE2426920A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING REINFORCEMENT STEELS - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING REINFORCEMENT STEELSInfo
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Description
Bei der Verwendung von Beton-Armierungsstahl ergab sich ein stetig steigender Bedarf an Betonstahl hoher Qualitätsgrade mit einer Streckgrenze von 40 kg/mm und mehr sowie mit guten (Heft-) Schweißeigenschaften·The use of concrete reinforcing steel resulted a steadily increasing need for high-quality reinforcing steel with a yield strength of 40 kg / mm and more as well as with good (tack) welding properties
Diese Kombination an notwendigen Materialeigenschaften führte zwangsläufig ssu Herstellungsverfahren mit fastigkeitserhöhenden Verfahrensschritten, und zwar entweder durch Ausscheidungshärtung über die Zugabe von gesonderten Legierungselementen, wie z«B. Niob (Nb) und/oder Vanadin (V), oder aufgrund von Kaltverformung, d.h. Kaltziehen bzw* -strecken oder -drillen. Hauptnachteil dieser zwei bekannten Methoden ist, daß sie vergleichsweise für einen normalerweise benutzten Betonstahl, wie z.B. FeB 40-42, verhältnismäßig teuer sind· Im Fall von Stählen höherer Festigkeit, wi© ζβB. FeB 50-60, ergibt sich eine unvermeidliche Verschlechterung der Heft-Schweißbarkeit und/oder der Zähigkeit, weil bei diesen Qualitäten ein verhältnismäßig hoher Gehalt an Kohlenstoff, Mangan und/ oder zusätzlichen Legierungselementen vorhanden sein muß oder andererseits ein recht hoher Prozentsatz an Kaltverformung durchzuführen ist·This combination of necessary material properties inevitably led to manufacturing processes with fastness-increasing process steps, either through precipitation hardening through the addition of separate alloying elements, such as e.g. Niobium (Nb) and / or vanadium (V), or due to cold deformation, ie cold drawing or stretching or twisting. These two methods known main disadvantage is that they are comparatively for a normally used reinforcing steel, such as FeB 40-42, are relatively expensive · In the case of steels of higher strength, wi © ζ β as FeB 50-60, results in an inevitable deterioration the tack weldability and / or the toughness, because with these qualities a relatively high content of carbon, manganese and / or additional alloy elements must be present or, on the other hand, a very high percentage of cold forming must be carried out
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Ein drittes bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften bei gleichbleibend guter Heft-Schweißbarkeit und Zähigkeit besteht darin, das aus der Walzhitze kommende Draht- oder Stabmaterial einer forcierten Kühlung zu unterwerfen· Durch die verstärkte Kühlung direkt nach dem letzten Walzen zielt dieses Verfahren auf die Umwandlung zu einer festeren Metall-Mikrostruktur ab, als diese durch normale Abkühlung, z.B. innerhalb des Bundes und statischer Luftkühlung oder auf einem Kühlbett, erfolgen kann·A third known method of increasing strength properties while maintaining good tack weldability and toughness, this consists of the heat generated by the rolling To subject incoming wire or rod material to forced cooling · Directly through the increased cooling after the last rolling, this process aims at the conversion to a stronger metal microstructure, than this through normal cooling, e.g. within the federal government and static air cooling or on a cooling bed, can take place
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stabstahl aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch kontrollierte Abkühlung unmittelbar aus der letzten Walzhitze·The present invention relates to a method of manufacture of steel bars made from a steel with a low carbon content directly through controlled cooling from the last rolling heat
Ein Verfahren dieser Art ist in der holländischen Patentanmeldung Nr. 69.05308 beschrieben, wobei ganz allgemein Beton-Armierungsstähle mit hoher Elastizitätsgrenze imä verbesserter Schweißbarkeit angesprochen sind« Gemäß dem hierbei vorgeschlagenen Verfahren können diese Eigenschaften durch intermittierende Wasserkühlung innerhalb geneigter Ebenen erreicht werden, indem die mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit des Materials höher als die kritische Abschreckgeschwindigkeit für Bainit und niedriger ist als die kritische Martensit-Abschreckgesehwindlgkeit für die verwendete Stahlzusammensetzung· Durch Halten del» Stabtemperatur zwischen der Starttamperatur ά@τ Umwandlung von Martensit bzw. Bainit wird dabei auf eine vollständige isotherme Transformation zu Bainit abgestellt· Dabei wird einer Hartensit-Abschreckung des Stabrands bei diesen Bedingungen vorgebeugt und der Temperaturgradient zwischen dem Stabrand bzw· der Staboberfläche und dem Stabkem wird auf dem niedrigstmöglichen Wert gehalten·A method of this type is described in Dutch patent application No. 69.05308, which generally addresses concrete reinforcing steels with high elastic limit and improved weldability the material is higher than the critical quenching for bainite and lower than the critical martensite Abschreckgesehwindlgkeit for the used steel composition · persevere del »rod temperature between the Starttamperatur ά @ τ transformation from martensite and bainite is then placed on a complete isothermal transformation to bainite A hardensite quenching of the rod edge is prevented under these conditions and the temperature gradient between the rod edge or the rod surface and the rod core is kept at the lowest possible value lten
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Es 1st davon auszugehen, daß ein derartiges intermittierendes Abkühlen zur befriedigenden Einstellung von T-Martensit < T-Stab < T-Bainit, bevor die isotherme Umwandlung von Austenit in Bainit beginnt, metallurgisch kaum durchführbar ist, weil die zur Verfügung stehende Abkühlzeit von der Ag-3-Temperatur, unterhalb der der Austenit bis zum Beginn der Umwandlung während der wirklichen Kühlung instabil wird, zu kurz ist. Dies trifft gewiß für Stabdurchmesser oberhalb 12 bis 14 mm zu, weil die Martensit-Bildung im äußeren Rand des Stabs so gut wie möglich vermieden werden soll. Wie aus der vorstehenden holländischen Patentanmeldung Nr, 69.05308 hervorgeht, wurde dies erreicht, wobei bei etwa 1 mm unter der Oberfläche des Stabs nur eine geringe vorübergehende instabile Martensit-Blldung zugelassen wurde. Dieses Verfahren benötigt ein verhältnismäßig langes Abkühlungsstadium, wodurch es einerseits teuer ist und andererseits bei Durchführung mit wirtschaftlichen Walzgeschwindigkeiten nicht mehr einsetzbar sein dürfte. Auch ist die vollständige isothermische Bainit-Umwandlung beispielsweise für einen Stabdurchmesser von 14 mm und einer Endwalzgeschwindigkeit von 7 m/sec (wie in der vorgenannten holländischen Anmeldung angegeben) unwahrscheinlich und das Verfahren wird gewiß mit moderneren Endwalzgeschwindigkeiten von etwa 15 m/sec nicht mehr ausführbar sein. Die Verwendung dieses Verfahrens wird voraussichtlich zu einem verfeinerten Ferrit-Perlit-Gefüge mit einigen Bainit-Gefügebestandteilen lediglich im Randbereich des Stabs führen, wobei bei Stabdurchmessern von mehr als 12 mm die maximal erreichbaren Festigkeitseigenschaften nicht erreicht werden.Such intermittent cooling is believed to be necessary for satisfactory adjustment of T-martensite <T-bar <T-bainite, before the isothermal transformation of austenite into bainite begins, hardly metallurgically is feasible because the available cooling time from the Ag-3 temperature, below that of the austenite until the conversion begins to become unstable during the actual cooling is too short. This certainly applies to Rod diameters above 12 to 14 mm, because the martensite formation in the outer edge of the rod should be avoided as much as possible. As can be seen from the above Dutch patent application No. 69.05308 achieves this, with only a slight temporary unstable martensite formation being allowed at about 1 mm below the surface of the rod. This procedure needed a comparatively long cooling phase, causing it on the one hand it is expensive and on the other hand it should no longer be usable if it is carried out at economical rolling speeds. Also is full isothermal Bainite conversion, for example, for a bar diameter of 14 mm and a final rolling speed of 7 m / sec (as stated in the aforementioned Dutch application) unlikely and the process will certainly not work with more modern final rolling speeds of about 15 m / sec be more executable. The use of this process is expected to result in a refined ferrite-pearlite structure with only a few bainite structure components lead in the edge area of the rod, whereby the maximum achievable strength properties are not achieved with rod diameters of more than 12 mm.
Gemäß der holländischen Patentanmeldung Nr. 71.04985 wird ein Verfahren zum Herstellen profilierter Stäbe zur Ver-According to the Dutch patent application No. 71.04985 a method for producing profiled bars for
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wendung für ßetonstahlmatten vorgeschlagen, bei dem eine kontrollierte Walzstab-Abkühlung im Bund verwendet wird. Bei diesem Verfahren ist das profilierte Material unmittelbar von der Walzhitze einer teilweisen Verbesserung des Mikrogefüges unterworfen, und zwar durch intermittierende Wasserabkühlung in wenigstens drei, vorzugsweise aber vier Stadien einer abwechselnden Wasser/statische Luft-Kühlstrecke von jeweils 0,05 bis 0,06 see, wobei die letzte Kühlstrecke in statischer Luft 0,5 bis 3 see, etwa 1 see im Mittel, dauert, bevor der Draht bei 530 bis 7000C aufgehaspelt wird. Als verwendete Stahlqualität wird vorzugsweise ein Si-halbberuhjfeber Stahl mit 0,16 bis 0,22 Gew.-% C, 0,30 bis 0,60 Gew.-96 Mn vorgeschlagen, der mit diesem Verfahren zu einem Profil-Beton-Armierungsstahl mit stark feinkörnigem Ferrit-Mikrogefüge und einer Mischung von Perlit und Bainit führt, der eine Streckgrenze von bis zu 75 kg/mm und eine Zugfestigkeit von bis zu 110 kg/mm , kombiniert mit einer Bruchdehnung von bis zu 2096, besitzen kann.Proposed application for concrete steel mesh, in which a controlled roll bar cooling is used in the federal government. In this process, the profiled material is subjected to a partial improvement of the microstructure directly from the rolling heat, namely by intermittent water cooling in at least three, but preferably four stages of an alternating water / static air cooling section of 0.05 to 0.06 seconds each, wherein the last cooling stretch see in static air 0.5 to 3, about 1 lake on average, takes before the wire is coiled at 530-700 0 C. The steel quality used is preferably a Si semi-calorific steel with 0.16 to 0.22 wt.% C, 0.30 to 0.60 wt very fine-grain ferrite microstructure and a mixture of pearlite and bainite, which can have a yield point of up to 75 kg / mm and a tensile strength of up to 110 kg / mm, combined with an elongation at break of up to 2096.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Stabstahl aus einem Stahl mit niedrigem C-Gehalt durch kontrollierte Abkühlung unmittelbar aus der letzten Walzhitze, wobei dieses Verfahren sehr einfach und kostensparend durchgeführt werden kann sowie insbesondere zu einer profilierten Stabstahlqualität mit teilweise verbesserter hochqualitativer Heft-Schweißbarkeit führt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll zudem aus einem Produkt niedrigerer Qualität ein hochqualitatives Erzeugnis hergestellt werden, wobei insbesondere bei einem Profilmaterial mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm eine teilweise Gefügeverbesserung unmittelbar aus der Walzhitze und vor dem Aufhaspeln erzielt werden soll, so daß ein hochgradigThe object of the invention is a method for producing Bars made from a steel with a low carbon content by controlled Cooling immediately from the last rolling heat, this process being very simple and cost-saving can be carried out and in particular to a profiled steel bar quality with partially improved high quality tack weldability. With the method according to the invention, a lower product is also intended Quality a high-quality product can be produced, in particular with a profile material a diameter of less than 20 mm a partial structural improvement directly from the rolling heat and before the reeling should be achieved, so that a highly
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heft-schweißbarer Beton-Armierungsstahl hoher Festigkeit und guter Zähigkeit aus einem Betonstahl niedrigerer Qualität hergestellt wird. Mit der Erfindung soll ferner Beton-Armierungsstabstahl mit einem Stab-Durchmesser von bis zu 20 bis 30 mm bei Walzung mit modernen Walzgeschwindigkeiten unmittelbar aus der Walzhitze eine teilweise Gefügeverbesserung bei gleichzeitig optimaler Gefügekontrolle erhalten, so daß maximal erreichbare Festigkeitseigenschaften unter Beibehaltung adäquater Zähigkeitseigenschaften erhalten werden.Tack-weldable concrete reinforcement steel of high strength and good toughness is made from a lower quality reinforcing steel. The invention is also intended to reinforce concrete steel with a rod diameter of up to 20 to 30 mm when rolled at modern rolling speeds A partial structural improvement directly from the rolling heat while at the same time providing optimal structural control obtained so that maximum achievable strength properties while maintaining adequate toughness properties can be obtained.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stabmaterial vor Erreichen der Endscheren und vorzugsweise so nahe wie möglich nach dem letzten Walzgerüst ein oder mehrere sehr intensive Wasserkühlstadien durchläuft und cabei um den Stabumfang eine Ringzone mit sehr feinem Martensit-Feingefüge in einer Dicke von mindestens 0,2 mm in der Stabstahl-Randzone gebildet wird, und diese sehr feine Martensit-Feinstruktur unmittelbar nach der Wasser-Kühlstrecke während einer anschließenden Phase der Abkühlung In statischer Luft unter natürlichem Temperaturausgleich über den Stabquerschnitt ausreichend angelassen WlTa9 indem imter diesen Bedingungen Wärme vom Stabkern zu seiner Handgone gelangte Nach d©a Anlassen der Stab-Randsone wird das Stabmaterial dann mindestens einer weiteren^ weniger intensiven Wasser-Abkühlung, gefolgt durch Abkühlung in ruhender Luft, unterworfen, wobei diese weniger intensiv® istei^ittierende Wasser-Abkühlung nach dem Diarchlaufan der Scheren auf dem Ausl^uftisch zum Kühlbett erfolgt.The method according to the invention is characterized in that the rod material passes through one or more very intensive water cooling stages before reaching the end shears and preferably as close as possible after the last roll stand and around the rod circumference an annular zone with a very fine martensite structure with a thickness of at least 0 , 2 mm is formed in the steel bar edge zone, and this very fine martensite fine structure immediately after the water cooling section during a subsequent cooling phase In static air with natural temperature equalization over the bar cross-section sufficiently tempered WlTa 9 by imter these conditions heat from the bar core came to his handgone After the stick edge zone has been tempered, the stick material is then subjected to at least one further less intensive water cooling, followed by cooling in still air, this less intensive water cooling after the diarch run the scissors on d The discharge table to the cooling bed takes place.
Ia Vergleich - zu d@r diireh zusätzliche Legierungselemente und/odsr kaltverformung (natürlich gehärteter bzw. gedrill-Ia comparison - to the diireh additional alloying elements and / or cold deformation (naturally hardened or twisted
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ter Armierungsstahl) bietet die erfindungsgemäße, kontrollierte Stabstahlabkühlung unmittelbar nach dem letzten Walzen zahlreiche neue Möglichkeiten für die Herstellung von heft-schweißbaren Armierungsstahlrohrqualitäten. Die unter Beibehaltung guter Zähigkeit benötigte Festigkeit wird durch direkte Kontrolle des Metall-Mikrogefüges aus der Walzhitze erreicht, wobei auf eine Verbesserung des Mikrogefüges in der Randzone des Stabstahls und eine Umwandlung zu einem Mikrogefüge mit höherer Festigkeit im Stabstahlkern abgezielt wird.ter reinforcing steel) offers the inventive, controlled Bar cooling immediately after the last rolling numerous new possibilities for the production of tack-weldable reinforcing steel pipe qualities. The strength needed while maintaining good toughness is achieved by direct control of the metal microstructure from the rolling heat, with an improvement in the Microstructure in the edge zone of the steel bars and a transformation to a microstructure with higher strength in the Steel bar core is targeted.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bei Anwendung auf kostengünstige, halbberuhigte Si- und Mn-haltige Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt vorteilhaft, z.B. bei einem Stahl mit etwa 0,25 Gew.-% C und 0,50 Gew.-96 Mti, bei dem eine Festigkeit von 15 bis 25 kg/mm möglich erscheint im Vergleich zu einer normalen vollständigen Abkühlung auf dem Kühlbett, wobei die Bruchdehnung (Adp-5) besser als 25 bis 1596 bleibt.The method according to the invention is particularly useful when applied to inexpensive, semi-killed steels containing Si and Mn with a low carbon content is advantageous, e.g. in the case of a steel with about 0.25 wt.% C and 0.50 wt. at which a strength of 15 to 25 kg / mm appears possible compared to a normal complete cooling on the cooling bed, the elongation at break (Adp-5) remaining better than 25 to 1596.
Da das Stabmaterial einer hohen mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit ausgesetzt wird, kann die notwendige Kühl-Auslauflänge auch bei hohen Walzendgeschwindigkeiten verhältnismäßig kurz gehalten werden. Speziell vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bei einer kontrollierten Abkühlung eines profilierten Stabstahlmaterials mit einem Stab-Durchmesser über δ bis 10 mm, wobei dieses Material nach dem Walzen in Stablängen geschnitten und über einen Auslauftisch auf ein Kühlbett gebracht wird.Because the rod material has a high mean cooling rate exposed, the necessary cooling outlet length can be kept relatively short even at high end rolling speeds. This is particularly advantageous Method according to the invention with a controlled cooling of a profiled steel bar material with a Rod diameter over δ to 10 mm, this material being cut into rod lengths after rolling and over a The discharge table is placed on a cooling bed.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher beschrieben.The invention is below in one embodiment described in more detail with reference to drawings.
Es zeigt:It shows:
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Fig. 1 eine diagrammartige Wiedergabe eines Auslauftisches eines Stabstahl- bzw. Drahtwalzwerks,Fig. 1 is a diagrammatic representation of an outfeed table a bar mill or wire rod mill,
Fig. 2 eine Grafik, in der die erfindungsgemäße kontinuierliche Abkühlungskurve bei einem mit Silizium halb= beruhigten Beton-Armierungsstahl mit einem Durchmesser von 16 mm und 0,25 Gew.-% C und 0,50 Gew.-% Mn dargestellt ist, sowieFig. 2 is a graph in which the continuous cooling curve according to the invention for a half with silicon = killed concrete reinforcing steel with a diameter of 16 mm and 0.25% by weight of C and 0.50% by weight of Mn is shown, as well
Fig. 3 eine Anzahl von Mikrogefüge-Fhotographien.Figure 3 is a number of microstructure photographs.
Gemäß Figur 1 ist eine Kühleinrichtung 40 unmittelbar hinter dem letzten Walzgerüst 20 eines Stabstahl- bzw. Drahtwalzwerks angeordnet. Zum Zerschneiden des Walzstrangs in die benötigten Stabstahllängen sind Scheren 77 vorgesehen, auf die eine Anzahl von Kühleinrichtungen, wie z.B. die Einrichtungen 1 und 3, folgen, an die ein Auslauftisch 4 und ein (nicht gezeigtes) Kühlbett anschließen. Das Walzmaterial durchläuft die Kühleinrichtung 40 kontinuierlich unter verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit. Bei Durchlaufen des Materials durch dieses Stadium sehr intensiver Wasser-Abkühlung bildet sich ein sehr feines Martensit-Bainit-Mikrogefüge in der Randzone des Stabstahls, und zwar über eine homogene Dicke von mindestens 0,2 bis 0,3 mm, vorzugsweise von mehr als 0,5 bis 1 mm, um den Umfang des Stabs. Unmittelbar nach Verlassen der Kühleinrichtung 40 wird dieser martensitisch-bainitische Kühlring sehr schnell während einer KUhlphase in ruhender Luft ausreichend unter Temperaturausgleich durch den Stab-Querschnitt als Ergebnis des Wärmeflusses vom Stabkern zum Stabrand angelassen. Bei einem Stab-Durchmesser von 10 bis 20 mm mit einer Endwalzgeschwindigkeit von 16 bis 12 m/sec wird mit üblichen halbberuhigten C-Mn-Stahlqualitäten bei normalerweise voll-According to Figure 1, a cooling device 40 is immediately behind the last roll stand 20 of a bar mill or wire mill arranged. Scissors 77 are provided for cutting the rolled strand into the required bar lengths. followed by a number of cooling devices, such as devices 1 and 3, to which a discharge table 4 and connect a cooling bed (not shown). The rolling material passes through the cooling device 40 continuously at relatively high speed. As the material goes through this stage, it becomes more intense When water cools down, a very fine martensite-bainite microstructure is formed in the edge zone of the steel bars over a homogeneous thickness of at least 0.2 to 0.3 mm, preferably greater than 0.5 to 1 mm around the circumference of the rod. Immediately after leaving the cooling device 40 this martensitic-bainitic cooling ring is sufficiently undercut very quickly during a cooling phase in still air Temperature equalization through the rod cross-section as a result of the heat flow from the rod core to the rod edge. With a rod diameter of 10 to 20 mm with a final rolling speed of 16 to 12 m / sec, the usual semi-killed C-Mn steel grades with normally full
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ständig nur in ruhender Luft erfolgender Abkühlung eine Streckgrenze von etwa 30 kg/mm erreicht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden mit nur einer Phase intensiver Wasserkühlung vcr Erreichen der Endscheren eine Streckgrenze von 45 bzw. 40 kg/mm erzielt, während die Adp-5-Bruchdehnung oberhalb 25% blieb. Diese günstigen mechanischen Eigenschaften sind das Ergebnis fester und zäher Härtungsstrukturen, einem stark angelassenen Martensit-Bainit, in der Randzone des Stabs sowie eines feinen Ferrit-Perlit-Gefüges im Stabkern. Die db -ASTM-Korngrenze liegt bei 11 im Vergleich zu 9 bis 10 bei einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft. Nach der sehr intensiven Wasser-Abkühlung zur Bildung eines martensitischbainitischen Kühlrings um den Stabumfang und der nachfolgenden Abkühlung in ruhender Luft zur Erzielung eines ausreichenden Anlassens dieses Härtungsgefüges wird das Stabmaterial wiederum einer oder mehreren weniger intensiven Wasser-Kühlungsstadien ausgesetzt, an die sich eine Abkühlung unter ruhender Inft anschließt. Dabei wird der angelassene martensitisch-bainitische Kühlring durch Ringe aus bainitischem bzw. ferritisch-bainitischem Mikrogefüge vergrößert, während gleichzeitig eine verhältnismäßig hohe Abkühlungsgeschwindigkeit des Stabkerns zur Verfügung steht, wodurch sich ein sehr feines ferritisches Mikrogefüge mit einem 0O-ASTM-Wert von mehr als 11 aus einem Mischgefüge von feinem Perlit mit Bainit ergibt, bei dem das Verhältnis des festeren Perlit-Bainit-Anteils vorzugsweise größer als der Prozentsatz des Ferrits ist.constant cooling, which only takes place in still air, reaches a yield point of about 30 kg / mm. According to the method according to the invention, with only one phase of intensive water cooling before reaching the end shear, a yield strength of 45 or 40 kg / mm was achieved, while the Adp-5 elongation at break remained above 25%. These favorable mechanical properties are the result of strong and tough hardening structures, a strongly tempered martensite-bainite in the edge zone of the rod and a fine ferrite-pearlite structure in the rod core. The db -ASTM grain boundary is 11 compared to 9 to 10 with normal complete cooling in still air. After the very intensive water cooling to form a martensitic bainitic cooling ring around the rod circumference and the subsequent cooling in still air to achieve sufficient tempering of this hardening structure, the rod material is in turn exposed to one or more less intensive water cooling stages, which are followed by cooling under resting Inft connects. The tempered martensitic-bainitic cooling ring is enlarged by rings made of bainitic or ferritic-bainitic microstructure, while at the same time a relatively high cooling rate of the rod core is available, resulting in a very fine ferritic microstructure with an 0O-ASTM value of more than 11 results from a mixed structure of fine pearlite with bainite, in which the ratio of the more solid pearlite-bainite content is preferably greater than the percentage of ferrite.
Diese weniger intensive und gleichzeitig intermittierende Wasser-Abkühlung wird im allgemeinen auf dem Auslaufrollgang nach den Endscheren durchgeführt und schließt zugleich die Kühlung der geschnittenen Stablängen ein.This less intensive and at the same time intermittent water cooling is generally carried out on the outfeed roller table carried out after the end scissors and also includes the cooling of the cut rod lengths.
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Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Kombination einer sehr intensiven Kühlung vor den Endscheren mit einer weniger intensiven Kühlung auf dem Auslaufrollgang den zum Kühlbett gelangten Stab einem Kühlverfahren aussetzt, das geeignet ist, ihm die benötigten mechanischen Eigenschaften zu verleihen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es, einen Bereich sehr feinkörniger Mikrogefüge zu erzielen, der beginnend vom Stabrand nacheinander aus stark angelassenem Martensit-Bainit, Ferrit-Bainit bis Ferrit-Perlit zuzüglich Bainit im Stabkern besteht, in dem vorzugsweise der Anteil Perlit mit Bainit prozentual größer ist als der Anteil an Ferrit. Diese Mikrogefüge werden alle über einen Bereich von Umwandlungstemperaturen gebildet, wobei dafür keine isotherme Umwandlung des gesamten Stabquerschnitts vorliegt, welche nicht nur vom angewendeten Kühlverfahren, sondern auch sehr stark von der verwendeten Stahlqualität abhängt, und zwar im Zusammenhang mit der Form und dem Verlauf des betroffenen speziellen kontinuierlichen Abkühlungsdiagramms.It has been shown that the described combination of a very intensive cooling in front of the end scissors with a less Intensive cooling on the outfeed roller table exposes the rod that has reached the cooling bed to a cooling process that is suitable to give it the required mechanical properties. The application of the method according to the invention makes it possible to achieve an area of very fine-grained microstructure, starting from the edge of the bar one after the other consists of strongly tempered martensite bainite, ferrite bainite to ferrite pearlite plus bainite in the rod core, in which the percentage of pearlite with bainite is preferably greater than the percentage of ferrite. This microstructure are all formed over a range of transition temperatures with no isothermal transition of the entire rod cross-section is available, which not only depends on the cooling method used, but also very much strongly depends on the steel quality used, in connection with the shape and the course of the affected special continuous cooling diagram.
Figur 2 zeigt ein kontinuierliches Abkühlungsdiagramm als Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Stabstahl von 16 mm Stabdurchmesser aus einem Si-halbberuhigten Stahl mit 0,25 Gew.-% C und 0,50 Gew.-% Mn. Die Abszisse dieses Diagramms gibt die Temperatur in 0C wieder» während die Ordinate die Zeit im logarithmischen Maßstab angibt. Die Kurve 11 gibt die Abkühlungsverhältnisse für diesen Stahl in ruhender Luft wieder. Die Kurve 12 zeigt die Temperatur im Stabkern, während die Kurve 13 den Kurvenverlauf der Temperatur 1 mm unter der Staboberfläche zeigt. Die Kurve 14 gibt den Temperaturverlauf bei etwa 0,5 mm unter der Staboberfläche wieder und die Linie 15 zeigt die Temperatur der Staboberfläche selbst.FIG. 2 shows a continuous cooling diagram as an example of the application of the method according to the invention for a steel bar with a bar diameter of 16 mm made from a Si semi-killed steel with 0.25% by weight of C and 0.50% by weight of Mn. The abscissa of this diagram shows the temperature in 0 C, while the ordinate shows the time on a logarithmic scale. Curve 11 shows the cooling conditions for this steel in still air. Curve 12 shows the temperature in the rod core, while curve 13 shows the curve profile of the temperature 1 mm below the rod surface. Curve 14 shows the temperature profile at about 0.5 mm below the rod surface and line 15 shows the temperature of the rod surface itself.
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Es ist aus Figur 2 offensichtlich, daß die erste sehr intensive Wasser-Abkühlung in der Kühleinrichtung 40 (Figur 1) die Randzone des Stabs auf eine Temperatur im Bereich martensitischen Mikrogefüges bringt, so daß auf dem Stabumfang über eine Dicke von mindestens 0,2 mm und vorzugsweise größer als 1 mm ein sehr feines martensitisches Mikrogefüge ausgebildet wird, welches zudem eine maximal mögliche Gleichmäßigkeit besitzt.It is evident from FIG. 2 that the first very intensive water cooling in the cooling device 40 (FIG 1) brings the edge zone of the rod to a temperature in the area of martensitic microstructure, so that on the rod circumference a very fine martensitic material over a thickness of at least 0.2 mm and preferably greater than 1 mm Microstructure is formed, which also has the maximum possible uniformity.
Unmittelbar nach dem Verlassen des Stadiums intensiver Kühlung wird der Stab in Luft angelassen, wobei Wärme vom Stabkern zu seiner Oberfläche fließt. Unter diesen Voraussetzungen, besteht ein sehr schneller natürlicher Temperatur-ausgleich über den Stabquerschnitt, so daß einerseits die gehärtete Randzone des Stabs ausreichend angelassen wird, während andererseits der Stabkern im Vergleich zu einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft einer laufend verstärkten Abkühlung unterworfen wird. Sobald die Wasserkühlung nach der Kühleinrichtung 40 beendet ist, erfolgt die weitere Abkühlung längs der gestrichelten Kurven 12af 13a, 14a und 15a in Figur Z9 wodurch das durchgeführte Kühlverfahren zu einer Verbesserung des Mikrogefüges in der Randzone des Stabs und zu einer entsprechenden Festigkeit/sowie zu einem zähen Härtungsgefüge (stark angelassener Martensit und Bainit) führt. Die unter diesen Bedingungen gemäß der Kurve 12a erfolgende beschleunigte Stabkernabkühlung ergibt ein Mikrogefüge des Stabkerns aus feinem Ferrit-Perlit-Mischgefüge mit einem Wert von 11 gemäß cL -ASTM, während bei der normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft gemäß Kurve 11 der gesamte Stabquerschnitt ein normales Ferrit-Perlit-Mikrogefüge gemäß <jC-ASTM gleich 9 bis 10 aufweist. Wenn ein üblicher Si-halbberuhigter Stahl mit etwa 0,25 Gew.-# CImmediately after exiting the intensive cooling stage, the rod is tempered in air with heat flowing from the rod core to its surface. Under these conditions, there is a very rapid natural temperature equalization across the rod cross-section, so that on the one hand the hardened edge zone of the rod is sufficiently tempered, while on the other hand the rod core is subjected to continuously increased cooling compared to normal complete cooling in still air. As soon as the water cooling after the cooling device 40 is finished, the further cooling takes place along the dashed curves 12a f 13a, 14a and 15a in Figure Z 9, whereby the cooling process carried out leads to an improvement of the microstructure in the edge zone of the rod and to a corresponding strength / as well leads to a tough hardening structure (strongly tempered martensite and bainite). The accelerated rod core cooling taking place under these conditions according to curve 12a results in a microstructure of the rod core made of fine ferrite-pearlite mixed structure with a value of 11 according to cL -ASTM, while with normal complete cooling in still air according to curve 11, the entire rod cross-section is normal Ferrite-pearlite microstructure according to <jC-ASTM equals 9 to 10. When a common Si semi-killed steel of about 0.25 wt. # C
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und 0,50 Gew.-% Mn auf bekannte Weise vollständig in ruhender Luft abgekühlt wird, dann besitzt er bei einem Stabdurchmesser von 10 bis 16 bis 20 mm und einer Endwalzgeschwindigkeit von 16 bis 12 m/sec eine Streckgrenze von etwa 30 kg/mm . Mit nur einer intensiven Wasser-Abkühlung vor den Endscheren 77 ist erfindungsgemäß eine Streckgrenze von 45 bis 40 kg/mm erreichbar, während die Adp-5-Bruchdehnung größer als 25% bleibt.and 0.50% by weight of Mn completely at rest in a known manner Air is cooled, then it has a rod diameter from 10 to 16 to 20 mm and a final rolling speed of 16 to 12 m / sec a yield strength of about 30 kg / mm. With just one intensive water cooling According to the invention, a yield strength of 45 to 40 kg / mm can be achieved before the end scissors 77, while the Adp-5 elongation at break remains greater than 25%.
Bei dieser spezifizierten Ausführungsform der Erfindung mit kontrollierter Abkühlung von profiliertem Stabmaterial mit einem Durchmesser von 16 mm wird der Stab einer oder mehreren Abkühlungs-Behandlungen unmittelbar nach der vorstehend beschriebenen Verbesserung der Stabrandzone unterworfen. Diese weiteren Abkühlungs-Behandlungen finden in den Wasser-Abkühlungseinrichtungen 1 und 3 statt, die gemäß Figur 1 nach der Schere 77 angeordnet sind. Diese kontinuierliche Abkühlung auf dem Auslauftisch 4 findet an den geschnittenen Stablängen statt, so daß auch praktische Gründe zu einer weniger intensiven Wasser-Abkühlung als in der ersten Kühleinrichtung 40 führen (vgl. Figur 2).In this specified embodiment of the invention with controlled cooling of profiled rod material with a diameter of 16 mm, the rod is subjected to one or more cooling treatments immediately after the above Subject to improvement of the rod edge zone described. These additional cool-down treatments can be found in the water cooling devices 1 and 3 instead, which are arranged according to Figure 1 after the scissors 77. This continuous Cooling on the run-out table 4 takes place at the cut rod lengths, so that also practical Reasons lead to less intensive water cooling than in the first cooling device 40 (see FIG. 2).
Die Verwendung der Wasser-Kühlstationen 1 und 3 unmittelbar nach der Verbesserung der Stabrandzone während und nach dem Durchlaufen der Kühleinrichtung 40 ermöglicht eine weitere Kontrolle des Mikrogefüges, bei der die adäquat stark angelassene martensitische Stabrandzone durch Kühlringe von Mikrogefügen aus Bainit bzw. Ferrit-Bainit weiter ausgedehnt werden kann. Ferner wird ebenfalls im Verhältnis dazu eine hohe Abkühlgeschwindigkeit für den Stabkern unter diesen Bedingungen erzielt, die zu einem Mikrogefüge des Stabkerns aus sehr feinem Ferrit mit einem *o ASTM-Wert von 11 bis 12 und einem Mischgefüge aus feinemThe use of the water cooling stations 1 and 3 immediately after the improvement of the rod edge zone during and after the passage through the cooling device 40 enables a further control of the microstructure, in which the adequate heavily tempered martensitic bar edge zone due to cooling rings microstructures made of bainite or ferrite-bainite can be expanded further. Furthermore, it is also in proportion to achieve a high cooling rate for the rod core under these conditions, which leads to a microstructure of the rod core made of very fine ferrite with an * o ASTM value from 11 to 12 and a mixed structure of fine
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Perlit, Troostit und Bainit führt, in dem der Anteil des festeren Perlit/Troostit/Bainit-Mikrogefüges vorzugsweise größer ist als der Prozentsatz an Ferrit. Es hat sich herausgestellt, daß die spezifische Verbindung von sehr intensiver Wasserkühlung vor den Endscheren und einer weniger intensiven, intermittierenden Wasserkühlung nach den Endscheren auf dem Auslauftisch 4 das profilierte Stabmaterial dem für seine benötigten mechanischen Eigenschaften bestmöglichen Kühlverfahren unterwirft. Bei dem vorstehend erwähnten Beispiel eines Si-halbberuhigten Stahls mit etwa 0,25 Gew.-% C und 0,50 Gew.-% Mn ermöglicht dieses optimierte Abkühlverfahren eine Streckgrenze von 55 bis 50 kg/mm bei 10 bis 20 mm Stabdurchmesser und einer Adp-5-Bruchdehnung von größer als 15 bisPerlite, troostite and bainite leads, in which the proportion of the more solid perlite / troostite / bainite microstructure is preferred is greater than the percentage of ferrite. It has been found that the specific connection of very intensive water cooling in front of the end scissors and a less intensive, intermittent water cooling after the end scissors on the run-out table 4 the profiled rod material for its required mechanical properties subject to the best possible cooling process. In the above-mentioned example of Si semi-killed steel with about 0.25 wt% C and 0.50 wt% Mn makes this possible optimized cooling process, a yield strength of 55 to 50 kg / mm with 10 to 20 mm rod diameter and an Adp-5 elongation at break from greater than 15 to
Die Photographie Nr, 1 (Figur 3) zeigt das Mikrogefüge eines Stabmaterials nach einer normalen vollständig unter ruhender Luft erfolgten Abkühlung auf einem Kühlbett, d.h. ein relativ grobes, ferritisch-perlitisches Mikrogefüge, welches über den gesamten Stabquerschnitt homogen verteilt ist und einen <& -ASTM-Wert von 9 bis 10 sowie einen Ferrit-Anteil von mehr als 7096 besitzt.Photograph No. 1 (Figure 3) shows the microstructure of a rod material after normal cooling on a cooling bed completely in still air, i. a relatively coarse, ferritic-pearlitic microstructure, which is homogeneously distributed over the entire rod cross-section and a <& -ASTM value of 9 to 10 and a ferrite content of more than 7096 owns.
Die Photographie Nr, 2 zeigt makrographisch einen Profil-Stabstahl nach Behandlung mit der erfindungsgemäßen kontrollierten Stababkühlung, bei jedoch nur einer intensiven Wasser-Abkühlung in der Kühleinrichtung 40 vor den Endscheren 77 (gemäß Figur 2). In dieser Photographie Nr. 2 ist die vorstehend beschriebene Verbesserung des Mikrogefüges der Stabrandzone sichtbar, während die beschleunigte Abkühlung im Stabkern gemäß detaillierter Photographie 2a ein feineres Ferrit-Perlit-Gefüge wiedergibt als bei einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft (Photographie Nr. 1).Photograph No. 2 shows a macrographic profile of steel bars after treatment with the controlled rod cooling according to the invention, but only with an intensive one Water cooling in the cooling device 40 in front of the end shears 77 (according to Figure 2). In this Photograph # 2 is the microstructure improvement described above of the rod edge zone visible, while the accelerated cooling in the rod core according to detailed photograph 2a reproduces a finer ferrite-pearlite structure than with normal complete cooling in still air (photography Number 1).
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Photographic Nr. 3 gibt ein makrographisches Bild eines Profilstabs wieder, der erfindungsgemäß einer kontrollierten StababkütüLuqg sowohl mit einer intensiven Wasser-Abkühlung vor den Endscheren als' auch einer intermittierenden und weniger intensiven Wasser-Abkühlung auf dem Auslauftisch zum Kühlbett gemäß Figur 2 (Kühleinrichtungen 40 bzw« 1, 3) ausgesetzt wurde. Zusätzlich zu der Verbesserung des Mikrogefüges 'in der Stabrandzone zeigt die' Photographie Nr. 3 auch die weitere kontrollierte Ausbildung des Mikrogefüges durch Vergrößerung der verbesserten Stabrandzone unter Ausbildung von Kühlringen aus einem Mikrogefüge von Bainit bzw. Ferrit-Bainit und zugleich von sehr feinem Ferrit und einem im Stabkern ausgebildeten Mischgefüge aus Perlit, Troostit und Bainit als Ergebnis der ebenfalls verhältnismäßig hohen Abkühlungsgeschwindigkeit des Stabkerns. Dies wird in Einzelheiten insbesondere aus Photographie 3a (stark angelassener Martensit), Pho1;ographie 3b (angelassener Bainit), sowie 3c (Ferrit-Bainit) und 3d (Ferrit mit C^-ASTM 11 bis 12 sowie Perlit + Troostit + Bainit mit mehr als 50 bis 70?0 ersichtlich.Photographic no. 3 reproduces a macrographic image of a profile bar which, according to the invention, is a controlled StababkütüLuqg both with an intensive water cooling before the end scissors as well as an intermittent and less intensive water cooling on the discharge table to the cooling bed according to Figure 2 (cooling devices 40 or «1, 3) was exposed. In addition to improving the The 'photograph No. 3 also the further controlled formation of the microstructure by enlarging the improved rod edge zone with the formation of cooling rings from a microstructure of bainite or ferrite-bainite and at the same time of very fine Ferrite and a mixed structure of pearlite, troostite and bainite formed in the rod core as a result of the same relatively high cooling rate of the rod core. This is shown in detail in particular from photography 3a (strongly tempered martensite), Pho1; ographie 3b (tempered bainite), as well as 3c (ferrite-bainite) and 3d (ferrite with C ^ -ASTM 11 to 12 as well as perlite + troostite + Bainite with more than 50 to 70? 0 can be seen.
Um die benötigte Festigkeit von Stählen, wie FeB 40 (42), FeB 50, FeB 60 etc., zu erhalten, gibt es eine große Auswahl bezüglich der Stahlzusammensetzung sowie des geeigneten Abkühlungsverfahrens oder der Abkühlungsintensität im Hinblick auf die erzielte Heft-Schweißbarkeit und den billigstmöglichen Preis für einen Armierungsstahl. Prinzipiell können sowohl beruhigte als auch halbberuhigfse Stahlqualitäten mit 0,10 bis 0,30 Gew.-^ C, 0,40 bis 1,60 Gew.-% Mn, 0,01 bis 1,2 Gew.-% Si, P, S, Al < 0,05, N < 0,01, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Grundlage verwendet werden. Es ist aber auch möglich, besonders günstige Wirkungen durch Zugabe von gesonderten Legierungsele-To achieve the required strength of steels such as FeB 40 (42), FeB 50, FeB 60, etc., there is a wide choice of steel composition as well as the appropriate one Cooling method or cooling intensity in view of the tack weldability achieved and the cheapest possible price for a reinforcing steel. In principle, both calm and semi-calm Steel grades with 0.10 to 0.30 wt .- ^ C, 0.40 to 1.60 Wt% Mn, 0.01 to 1.2 wt% Si, P, S, Al <0.05, N <0.01, remainder iron and common impurities used as basis will. However, it is also possible to achieve particularly favorable effects by adding separate alloy elements
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menten, wie z.B. Wb, V, Ti, B (<O,1O Gew.-%), und bzw. oder Legierungselementen, wie Cr und Mo (< 0,50 Gew.-%) zu erzielen.elements such as Wb, V, Ti, B (<0.1% by weight ), and / or alloying elements such as Cr and Mo (<0.50% by weight).
Als speziell geeigneter Stahl eignet sich ein Si-halbberuhigter Stahl mit 0,15 bis 0,30 Gew.-% C und 0,40 bis 1,00 Gew.-% Mn mit einer Analyse gemäß der Stahlqualität FeB 40 (42), während ein Si-halbberuhigter Stahl mit 0,20 bis 0,30 Gew.-# C und 0,80 bis 1,50 Gew.-% Mn mit oder ohne einem Extrazusatz von 0,02 bis 0,04 Gew.-^ Nb für die Stahlqualität PeB 50 zum Einsatz kommen kann. Das erfindungsgemäße spezielle Abkühlungsverfahren lenn mit oder ohne Zugabe gesonderter Legierungselemente mit einer Kaltverformung, beispielsweise einem Kaltziehen, mit einer Gesamtabnahme von 20 bis hO% oder durch ein Drillen von neun- bis elfmal je Stabdurchmesser kombiniert werden. Schließlich kann das spezielle Abkühlungsverfahren mit oder ohne Zusatz gesonderter Legierungselemente und/oder Kaltverformung auch mit einer Hochtemperaturalterung, beispielsweise einer gewünschten Temperatur von 200 bis 5000C, verbunden werden.A particularly suitable steel is a Si semi-killed steel with 0.15 to 0.30 wt.% C and 0.40 to 1.00 wt. % Mn with an analysis according to the steel quality FeB 40 (42), while a Si semi-killed steel with 0.20 to 0.30 wt .-% C and 0.80 to 1.50 wt .-% Mn with or without an extra addition of 0.02 to 0.04 wt .-% Nb for the steel quality PeB 50 can be used. The special cooling process according to the invention, with or without the addition of separate alloying elements, can be combined with cold deformation, for example cold drawing, with a total decrease of 20 to 100% or by twisting nine to eleven times per rod diameter. Finally, the special cooling process may with or without the addition of separate alloying elements and / or cold working with a high-temperature aging, for example, a desired temperature of 200 to 500 0 C, are connected.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ESTEL HOOGOVENS B.V., 1970 IJMUIDEN, NL |
|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: KERN, R., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8331 | Complete revocation |