DE2602656C2

DE2602656C2 - Verfahren zur Herstellung von Walzstahl für Bewehrungszwecke

Info

Publication number: DE2602656C2
Application number: DE19762602656
Authority: DE
Inventors: Mario Liege Economopoulos
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1986-09-11
Also published as: MX154654A; ATA51976A; ES444683A1; DE2602656A1; AT373627B

Description

a) Abkühlung des Walzstahls vor Anstich in die Fertiggerüste auf eine Temperatur zwischen Acj und

b) Fertigwalzen in den Fertiggerüsten;

c) Abschreckung der Oberfläche derart, daß die Oberflächenschicht bei der Nacherwärmung eine Temperatur zwischen 450 und 750"C, vorzugsweise zwischen 550 und 700⁰C annimmt, unter Umwandlung des austenitischen Gefüges der Kernzone in ein Gefüge mit feinem Perlitanteil.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Rundstahls vor Anstich in die Fertiggerüste aus einer Aufeinanderfolge einer Kühlphase und einer Temperaturausgieichsphase besteht

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundstahl nach Austritt aus den Fertiggerüsten derart abgeschreckt wird, daß die Dicke der martensitischen bzw. bainitischen Oberflächenschicht zwischen 10 und 50%, vorzugsweise zwischen 15 und 35%, des gesamten Rundstahlquerschnittes beträgt

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den

Verfahrensschritten a) und c) Wasser als Kühlmittel für den Rundstahl verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Rundstahls im Verfahrensschritt a) in mehreren Stufen erfolgt

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrekkung nach Verfahrensschritt c) in mehreren Stufen erfolgt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art

Das Verfahren ist demnach anwendbar für unlegierte Stähle, wie sie im Werkstoff-Handbuch »Stahl und Eisen«, Verlag Stahleisen mbH, 1965, Gl-I und N 2-1 sowie in der Euronorm 20 definiert sind.

Ein Verfahren der genannten Art ist nach der DE-OS 23 53 534 bekannt Dabei wird nach Austritt aus dem letzten Fertiggerüst eine Oberflächenhärtung durch Abschreckung derart vorgenommen, daß im Kern eine Temperatur von 850⁰C ergibt, woraufhin die Abschreckung abgebrochen und der Walzstahl langsam weiter abgekühlt wird, so daß es durch Wärmezufuhr aus der Kernzone zu einem Anlassen der Oberflächenschicht kommt, während die Kernzone in der bezeichneten Art eine Umwandlung erfährt. Im Ergebnis werden hierdurch die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Streckgrenze, erheblich gesteigert

Im Zusammenhang hiermit stehen die Gehalte an Kohlenstoff und Mangan, die dabei noch in Bereichen liegen, die einer guten Schweißbarkeit nicht entgegenstehen.

Das Härten von Stahl aus der Walzwärme ist von früheren, noch nicht kontinuierlichen Walzvorgängen her bekannt aus »Stahl und Eisen«, Heft 39, 1942, Seiten 809 bis 820. Im Gegensatz zum vorerwähnten Stand der Technik soll hierbei eine Durchhärtung erreicht werden, bei welcher Ferritausscheidungen durch V?nadinzusätze vermieden werden. Die Temperatur für die letzte Warmformgebung kann dabei kurz oberhalb Ad liegen, so ohne daß die Temperatur jedoch besonders kritisch ist, denn bei schlecht packenden Stäben können die Walztemperaturen auch niedriger liegen, zumal die Härtung zweistufig derart vorgesehen ist, daß die Abkühlung bis zum /4ci-Punkt langsam und erst dann rasch erfolgen soll. Zum Zwecke der Vergütung des gesamten Querschnittes ist dabei schließlich eine Haltezeit von 1 h vorgesehen, die im Zuge eines modernen, kontinuierlichen Walzbetriebes nicht mehr verwirklicht werden könnte.

Vom einleitend behandelten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, die mechanischen Eigenschaftswerte, insbesondere die Streckgrenze, weiterhin zu steigern, wobei der Einhaltung niedriger Werte für die Kohlenstoff- und Mangangehalte unter dem Gesichtspunkt der Schweißbarkeit besondere Bedeutung zukommt.

Diese Aufgabenstellung wird durch den Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspurchs 1 gelöst, für den die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 6 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Man kommt somit dank einer niedrigen Temperatur infolge Kühlung vor Anstich in die Fertiggerüstc in Verbindung mit der durch letztere erfolgenden Verformung im Kern zur Umwandlung von Austenit in Ferrit und besonders feinkörnige Karbide, wobei sich ein Gefüge mit feinem Perlitanteil ausbildet. Beim Rundstahl führt dies weiterhin zu einer relativ dicken Oberflächenschicht von beispielsweise 2 mm aus Martensit und Bainit. Unter diesen Voraussetzungen weist der Rundstahl bei günstigen Gehalten an Kohlenstoff und Mangan eine hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze sowie eine besonders gute Schweißbarkeit auf.

Die Abkühlung des Rundstahls vor Anstich in die Fertiggerüste vollzieht sich zweckmäßig in einer Aufeinanderfolge einer Kühlphase und einer Temperaturausgleichsphase, so daß der Rundstahl mit einer über seinen

Querschnitt weitgehend einheitlichen Temperatur in die Fertiggerüste eintritt

Die Bedingungen der Abschreckung des Rundstahls nach Austritt aus dem Fertiggerüst werden zweckmäßig so gewählt, daß die Dicke der martensitischen bzw. bainitischen Oberflächenschicht zwischen 10 und 50%, vorzugsweise zwischen 15 und 35% des gesamten Rundstahlquerschnittes beträgt

Bezüglich des zu verwendenden Kühlmittels bedient sich die Erfindung der hierfür nach dem bekannten Stand der Technik allgemein üblichen Mittel. Vor allem ist es zweckmäßig, die Abkühlung vor Anstich in die Fertiggerüste entsprechend dem Verfahrensschritt a und die Abschreckung der Oberfläche entsprechend dem Verfahrensschritt c beim Rundstahl mit Wasser vorzunehmen.

Was die praktische Durchführung anbetrifft, so wird die jeweils gewünschte Abkühlung durch Auswahl entsprechender Kühlvorrichtungen von ausreichender Länge und in passender Anordnung, beispielsweise Kühlstrecken, erreicht, wobei die Abschreckzonen speziell so nahe wie möglich am Austritt aus dem letzten Fertiggerüst liegen, während die Zwischenstrecke, die sich zwischen den unmittelbar vor den Fertiggerüsten liegenden Gerüsten befindet, ihre Kühlwirkung möglichst nahe bei den unmittelbar vor den Fertiggerüsten angeordneten Gerüsten zum Tragen bringt damit genügend Raum für die Phase der Temperaturhomogenisierung in den Rundstählen bleibt

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, sowohl die Abkühlung des- Rundstahls am Austritt aus dem Walzwerk wie auch seine Abkühlbehandlung vor Anstich in die Fertiggerüste in mehreren Phasen ablaufen zu lassen. Auf die-je Weise kann einerseits eine größere Wassereinsparung am Austritt der Fertiggerüste erzielt und andererseits die Homogenität der Temperaturbedingungen im Rundstahl vor dessen Eintritt in die Fertiggerüste vergrößert werden.

Gleichfalls läßt sich bei Walzstahl die Abschreckung der Oberfläche nach Austritt aus den Fertiggerüsten in mehreren Stufen durchführen, die es gestatten, die Dicke der Oberflächenschicht sowie deren Gefügeaufbau noch zu variieren.

Wenngleich unter welchen Abschreckbedingungen auch immer die Festigkeitseigenschaften eines einer Abschreck- oder Kühlbehandlung unterzogenen Rundstahls gegenüber denen eines nicht erfindungsgemäß behandelten verbessert sind, versteht es sich dennoch, daß bei einer gegebenen Verweilzsit in der Kühlstrecke diese Verbesserung mit der Wärmeübergangszahl der benutzten Kühl- oder Abschreckanlage noch zunimmt; bei gleicher Übergangszahl erhöht sich diese Verbesserung mit der Dauer des Verweilens in der Kühlstrecke.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Rundstähle herstellen, deren verbesserte Eigenschaften, insbesondere derer Streckgrenze, höher zu bewerten sind als die Summe aller Verbesserungen, die getrennt durch jede einzelne der das Verfahren ausmachenden Phasen erzielt werden können.

Die nachfolgenden Beispiele veräeutlichen zahlenmäßig das Ausmaß dieser Verbesserungen, wodurch dem Verfahren das Merkmal einer Kombination zukommt, deren Ergebnisse nicht vorhersehbar waren und für die es bis zum heutigen Tage noch keine Erklärung gibt

Beispiel 1

Ein Rundprofil aus halbberuhigtem Stahl, Durchmesser 20 mm, mit 030% C, 1,06% Mn sowie £.08% Si, das mit einer Geschwindigkeit von 11,3 m/s aus dem Walzwerk austritt, wird verschiedenen Behandlungen unterzogen.

Die nachfolgende Vergleichstabelle I zeigt die Eigenschaften dieses Rundstahls unter den nachstehend aufgeführten Bedingungen:

— Spalte 1 Natürliche Abkühlung bei Austritt aus dem Walzwerk

— Spalte 2 Abkühlung nur vor Anstich in die Fertiggerüste

— Spalte 3 Oberflächenabschreckung und Vergütung nur bei Austritt aus dem Walzwerk

— Spalte 4 Kombinierte Behandlung nach Spalte 2 und 3 gemäß der Erfindung.

Tabelle I

Ein Vergleich der Streckgrenzenwerte zeigt, daß die Verbesserungen gemäß Spalte 4 deutlich größer sind als die Summe derjenigen aus den Spalten 2 und 3. Außerdem wurde beobachtet, daß die Verbesserung mit der Länge der Kühlstrecke und mit der Abschreckwassermenge zunahm.

Beispiel 2

Die gleichen Behandlungen wie in Tabelle I autgeführt werden an einem Rundstahl von 20 mm Durchmesser und mit 0,18% C, 1,29% Mn, 0,035% Nb und 0,08% Si durchgeführt.
Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 11 zusammengefaßt.

	1	2	3	4
Temperatur bei Austritt aus	1055	895	1055	895
dem Walzwerk, ⁰C
Dehnung, %	25	24	23	19
Zugfestigkeit, MPa	564	557	615	698
Streckgrenze, MPa	357	377	465	575
Verbesserung der Streckgrenze, MPa	—	20	108	218

	1	2	3	4
Temperatur bei Austritt aus	1065	900	1065	900
Hern Walzwerk, ⁰C
Dehnung, %	28	27	19	18
Zugfestigkeit, MPa	523	546	634	673
Streckgrenze, MPa	379	400	520	608
Verbesserung der Streckgrenze, MPa	—	21	141	229

	1	2	3	4
Temperatur bei Austritt aus	Γ.00	870	1100	870
dem Walzwerk, ⁰C
Dehnung, %	25	26	22	16
Zugfestigkeit, MPa	569	569	603	695
Streckgrenze, MPa	376	388	470	591
Verbesserung der Streckgrenze, MPa	—	12	94	215

Hinsichtlich dieser Resultate gemäß Tabelle II gelten die gleichen Feststellungen wie für Tabelle i. Tabelle II

Beispiel 3

Das dritte Beispiel betrifft einen Rundstahl von 16 mm Durchmesser mit 0,20% C, 1,41% Mn, ü,09% Si, der mit einer Geschwindigkeit von 12^> m/s aus dem Walzwerk austritt
Die erzielten Resultate zeigt die Tabelle III.

20 Tabelle IH

Mit anderen Worten gesagt lassen die vorstehend verzeichneten Ergebnisse folgende Schlußfolgerungen zu:

a) Beschränkt man sich lediglich auf eine Kühlbehandlung des Rundstahls vor seinem Eintritt in die Fertiggerüste, so wird eine nur geringe Erhöhung der Streckgrenze (beispielsweise in der Größenordnung von

35 30 MPA für eine Temperaturabnahme von 115° C am Austritt aus dem Walzwerk) erreicht.

b) Werden demgegenüber die beiden Kühlbehandlungen vor und hinter den Fertiggerüsten kombiniert, so erhält man eine wesentliche Erhöhung der Streckgrenze des jeweiligen Rundstahls. Außerdem lassen ijch durch Kühlung eines Rundstahls vor den Fertiggerüsten bei sonst gleichen Bedingungen und insbesondere Resultaten der Kühlwasserverbrauch sowie die Länge der Kühlstrecke (um 16 bzw. 44% in den Fällen, wo

40 die Temperatur des Rundstahls bei Austritt aus dem Walzwerk um 115°C gesenkt wird) beträchtlich

reduzieren gegenüber derjenigen Wassermenge und Kühlstreckenlänge, welche eine Kühlung allein hinter den Fertiggerüsten erfordern würde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Walzstahl für Bewehnmgszwecke, insbesondere von Rundstahl, mit bei guter Schweißbarkeit erhöhten mechanischen Eigenschaftswerten aus unlegiertem Stahl, bei welchem der

Walzstahl nach Austritt aus den Fertiggerüsten eine schnelle Abkühlung der Oberfläche derart erfährt, daß

eine martensitische oder bainitische Umwandlung der Oberflächenschicht unter Aufrechterhaltung der am Ende der Kühlstrecke erreichten Kerntemperatur erfolgt, die für eine Nacherwärmung der abgeschreckten Oberflächenschicht durch Wärmezufuhr aus der Kernzone ausreicht, bei gleichzeitiger Umwandlung des austenitischen Gefüges der Kernzone in Ferrit und Karbid, gekennzeichnet durch die Kombination

ίο der nachstehenden Maßnahmen: