DE2428995B2 - Verwendung eines naturharten Stahles für schweißgeeigneten Betonstahl mit hoher Dauerschwingfertigkeit - Google Patents
Verwendung eines naturharten Stahles für schweißgeeigneten Betonstahl mit hoher DauerschwingfertigkeitInfo
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Description
als Werkstoff für die Herstellung von schweißgeeignetem Betonstahl der Festigkeitssorten BSt 42/50
und BSt 50/55 mit einer Dauerschwingfestigkeit 2aa
von mindestens 20,0 kp/mm2 bezogen auf die Bruchlastspielzahl von 2,0 χ 106 N.
20
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines naturharten Stahles mit geringen Anteilen Mangan, Silicium
und Vanadium, wobei letzteres durch Niob und Titan 2r>
ergänzt oder ersetzt sein kann.
Herkömmlicherweise wird für hochfeste Betonstähle ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35 bis
0,45%, einem Mangangehalt von etwa 1,3%, einem Siliciumgehalt von 0,2 bis 0,3% und zufälligen durch das jo
Ausgangsinaterial bedingten Legierungselementen verwendet. Derartige Stähle sind preiswert herstellbar, da
als Festigkeitsbildner hauptsächlich Kohlenstoff, Mangan und Silicium Verwendung finden, weisen hohe
Festigkeit und ausreichende Dauerschwingfestigkeit r> auf; das Verformungsvermögen solcher Stähle ist
jedoch verhältnismäßig niedrig und eine Schweißeignung ist nicht gegeben.
Im Hinblick auf eine gute Schweißeignung ist ein naturharter Betonstahl bekanntgeworden, der maximal
0,20% Kohlenstoff, bis zu 0,5% Silicium, bis zu 1,5% Mangan und neben üblichen Verunreinigungen als
zusätzliches Legierungselement Vanadium enthält, das eine Ausscheidungshärtung bewirkt. Dieser Stahl weist
neben einer guten Schweißeignung auch ein gutes Verformungsvermögen auf. Diesem Stahl fehlt jedoch
die nach DIN 488 vorgeschriebene Dauerschwingfestigkeit für Betonstähle. Hinzu kommt, daß die Herstellung
eines derartigen Stahles durch die Verringerung des Kohlenstoffgehaltes auf weniger als 0,20% verhältnis- w
mäßig teuer ist.
Mit der österreichischen Patentschrift 1 93 914 sind Stähle für Bewehrungszwecke im Bauwesen bekanntgeworden,
die neben 0,1 bis 1,2% Kohlenstoff und jeweils 0,1 bis 2% Mangan und Silicium eine Reihe von
Wahlkomponenten wie Chrom, Molybdän, Aluminium, Titan, Bor, Stickstoff, Tantal, Zirkon, Niob, Phosphor,
Vanadium und/oder Kupfer enthalten können. Mit jenen Stählen sollen hohe Anforderungen an Festigkeit
und Kriechgrenze erreicht werden. Diese Stähle sollen nach der Herstellung im Temperaturbereich von 650 bis
8000C ausgehärtet werden, wodurch die angestrebten Festigkeitseigenschaften erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen preiswerten Werkstoff für die Herstellung von naturhartem br>
Betonstahl anzugeben, der die Festigkeitsanforderungen für die Sorten BSt 42/50 und BSt 50/55 aus
DIN 488 erfüllt, Schweißeignung besitzt und eine Dauerschwingfestigkeit 2aA von mindestens 20,0 kp/
mm3, bezogen auf die Bruchlastspielzahl von 2,0 χ 106 N,
aufweist.
Nach DIN 488, Blatt 1, Seite (April 1972) müssen die Festigkeitsjorten BSt 42/50 RU und BSt 50/55 RU eine
Streckgrenze ßs von mindestens 4200 bzw. 5000 kp/cm2, eine Zugfestigkeit ßz von mindestens 5000 bzw.
5500 kp/cm2 und eine Bruchdehnung <5io von mindestens
10% aufweisen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stahles, bestehend aus
0,24 bis 0,29 Gew.-% Kohlenstoff,
0,8 bis 1,4 Gew.-% Mangan,
0,3 bis 0,6 Gew.-% Silicium,
0,03 bis 0,06 Gew.-% Vanadium und/oder Niob und/oder Titan,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen
als Werkstoff für die Herstellung von schweißgeeignetem, naturhartem Betonstahl der Festigkeitssorten
BSt 42/50 und BSt 50/55 mit einer Dauerschwingfestigkeit 2oα von mindestens 20,0 kp/mm2 bezogen auf die
Bruchlastspielzahl von 2,0 χ 106 N.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Betonstahl zeichnet sich durch eine überraschend hohe Dauerschwingfestigkeit
aus. Die Werte liegen weit über den bisher für hochfeste Betonstähle bekanntgewordenen Werten.
Die Verformbarkeit des Stahles ist sehr gut und die Herstellung wesentlich billiger als die des bekannten
Betonstahls mit einem Kohlenstoffgehalt unterhalb 0,20%, da bei dem erfindungsgemäßen Stahl der
Kohlenstoffgehalt zur Festigkeitsbildung herangezogen werden kann, so daß teure Legierungselemente
eingespart werden und gleichzeitig nicht so weit heruntergefrischt werden muß.
Es wird angenommen, daß die wesentliche Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit gegenüber Stählen
unterhalb 0,20% Kohlenstoffgehalt und die Verbesserung gegenüber Stählen oberhalb 0,33% Kohlenstoffgehalt
darauf zurückzuführen ist, daß das Verhältnis zwischen Perlit und Ferrit in Stahl günstiger als bei den
beiden bekannten Stählen ist. Bei dem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,2% liegen sehr viele
Volumenanteile an Ferrit vor, die eine maximale Ausscheidungshärte erfahren haben. Daher ist die
Matrix selbst relativ spröde. Die gute Verformbarkeit des Stahles scheint im wesentlichen durch die
Feinkörnigkeit bedingt zu sein. Durch das günstigere Verhältnis von Ferrit zu Perlit bei dem erfindungsgemäß
vorgesehenen Stahl ist eine so extreme Aushärtung des Ferrits nicht gegeben.
Auch die Art der Ausscheidungen spielt bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Stahl eine wesentliche
Rolle. Metallografische Untersuchungen haben gezeigt, daß im Ferrit dieses Stahls relativ grobe Ausscheidungen
vorhanden sind. Diese sind selbst lichtoptisch zu erkennen. Es kann angenommen werden, daß es sich
dabei um Karbide aus Vanadium bzw. Niob oder Titan, Kohlenstoff und Stickstoff handelt. Wesentlich daran ist,
daß sehr viel Kohlenstoff angelagert ist, der fest gebunden bleibt und bei Schweißvorgängen des Stahles
für die Martensitbildung nicht zur Verfügung steht. Dies dürfte der Grund dafür sein, daß bei erfindungsgemäß
vorgesehenen Stählen eine Schweißeignung vorliegt.
Die Erfindung wird an Hand von zwei Beispielen näher erläutert.
Es wurden im Elektroofen aus Schrott durch Zulegieren von Mangan, Silicium und Vanadium ein
3 4
Stahl der nachfolgend angegebenen Zusammensetzun- erschmolzen und daraus die Probe 2 entnommen. Die
gen erschmolzen und eine Probe entnommen. Ferner angegebenen Werte für die Stahlzusammensetzung
wurde ein zweiter Stahl im Konverter aus Roheisen beziehen sich somit auf die Schmelzanalyse.
Chemische Zusammensetzung der Stähle in % Probe Element
C Si Mn P S Ni Cr V Fe
1 0,28 0,50 1,04 0,020 0,023 0,08 0,07 0,06 Rest
2 0,26 0,31 1,25 0,016 0,020 *) *) 0,06 Rest
*) Wurde nicht bestimmt.
Es wurden Betonstähle hergestellt, welche die 15 Dauerschwingfestigkeit gem. DIN 488, EHatt 3
nachfolgenden Eigenschaften aufwiesen: an gebogenen Stäben
Festigkeitseigenschaften gem. DlN 48b, Bl. 1
Probe Streck- Zugfestig- Bruchgrenze ßs keit ßz dehnung <5io 2()
kp/mm2 kp/mm2 %
1 51,6 73,6 18,4
2 54,9 74,5 16,2
25
Von den Proben 1 und 2 wurde die Dauerschwingfestigkeit gem. DIN 488, Blatt 3, bestimmt, und zwar
jeweils an zwei Stäben der gleichen Probe. Es ergaben sich hierbei die folgenden Werte: 30 Vorschriften für Schweißeignung.
| Probe | Die | Bruchlastspielzahl /V bei einer von |
2 OA = 21,5 kp/mm2 |
Schwingbreite 2 oa |
| la a = 20,0 kp/mm2 |
> 2,0 χ 106 | 23,0 kp/mm2 | ||
| 2 | > 2,0 XlO6 > 2,0 χ 106 |
>2,0xl06 | > 2,0 χ 106 0,55x106 |
|
| 3 | > 2,0 χ 106 > 2,0 χ ΙΟ6 |
Stähle 1 und | >2,0xl06 0,30x106 |
|
| aufgeführten ! | 2 erfüllten die |
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung eines naturharten Stahles, bestehend aus0,24 bis 0,29 Gew.-% Kohlenstoff,0,8 bis 1,4 Gew.-°/o Mangan,0,3 bis 0,6 Gew.-% Silicium,0,03 bis 0,06 Gew.-% Vanadium und/oder Niob und/oder Titan,Rest Eisen und übliche Verunreinigungen
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8235 | Patent refused |