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Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von schweißbarem
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Bewehrungsstahl und Bewehrungsstahl nach diesem Verfahren Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schweißbarem, niedrig legiertem warmgewalzten
Bewehrungsstahl mit einem Stabdurchmesser von 4-16 mm1 sowie einen nach diesem Verfahren
hergestellten Bewehrungsstahl.
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Bisher wird Bewehrungs- bzw. Betonstahl mit Stabdurchmessern von 6
mm bis 28 mm üblicherweise auf Stabstahl-Walzstraßen aus Stahlknüppeln warmgewalzt,
die mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m/s laufen. Hierbei erhält das Walzgut
nach der letzten Reduzierwalzeneinheit die eventuell gewünschte Oberflächenprofilierung
durch eine Profilierwalzeneinheit. Der Bewehrungsstahl wird anschließend geradlinig
aus der Walzstraße abgeführt und auch geradlinig auf dem sich anschließenden Kühlbett
abgelegt.
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Bei den auf dem Markt befindlichen Betonstählen werden im wesentlichen
zwei Stahlarten unterschieden: "Warmgewalzter Betonstahl", der seine Eigenschaften
nach der Ablage auf dem Kühlbett aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung besitzt.
Dieser Stahl gilt infolge seines zur Festigkeitserreichung notwendigen hohen L;ohlenstoffgehaltes
nicht als schweißbar.
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"Kaltverformter Betonstahl", der seine Eigenschaften erst dadurch
erhält, daß er nach dem Warmwalzen noch einer Kaltverformung (Recken oder Tordieren)
unterzogen wird. Wegen seines geringen Kohlenstoffgehaltes gilt dieser Stahl als
schweißgeeignet.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird der Betonstahl zwar in
der üblichen Art warmgewalzt, jedoch zwischen dem Formgebungswalzgerüst und dem
Kühlbett einer besonderen Wärmebehandlung unterzogen. Der Betonstahl läuft hierbei
durch Rohrabschnitte, die mit Wasser gefüllt sind. Er wird dabei abgeschreckt und
erhält ein über dem Querschnitt inhomogenes Gefüge, bestehend aus einem ringförmigen
Martensitmantel und einem ferritisch-perlitischen Kern. Aufgrund dieser Wärmebehandlung
kann der Betonstahl aus einem Ausgangsmaterial mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt
werden, wodurch er als schweißgeeignet gilt. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen
beträchtlichen Wasserverbrauch und entsprechenden Aufwand zur Reinigung und Rückführung
des Wassers.
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Weiterhin werden in jüngerer Zeit Betonstahle auf der Basis von Mikrolegierungen
erstellt. Durch die Zugabe teurer Legierungselemente erhalten diese Stähle ihre
Eigenschaften und ihre Schweißeignung.
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Diese Stahlherstellungsverfahren stehen auf dem Markt in wirtschaftlicher
Konkurrenz, wobei sich Vorteile und Nachteile in etwa aufwiegen. Ein bei den kleineren
Stabdurchmessern üblicherweise erhobener Dimensionszuschlag belastet alle Herstellverfahren
in gleicher Weise. Er resultiert daraus, daß die wirtschaftliche Nutzung einer Walzstraße
bei gleicher Walzgeschwindigkeit vom hergestellten Stabdurchmesser abhängig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein erstellungsverfahren
zu schaffen, mit dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und
es erlaubt, in wirtschaftlich vorteilhafter Weise einen schweißgeeigneten Betonstahl
mit den erforderlichen Eigenschaften herzustellen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird darin gesehen, daß als Ausgangswerkstoff
ein bereits wegen seiner Zusammensetzung schweißgeeigneter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt
von höchstens 0,3 % verwendet wird, das zur Kalibrierung des Walzgutes eine Walzdrahtstraße
mit einem von gasförmigem Medium beaufschlagtes Kühlbett benutzt und, daß dort der
abgelegte Bewehrungsstahl einer differenzierten, der Belegungsdichte entsprechenden
Wärme- bzw. Kühlbehandlung mit dem gasförmigen Kühlmedium unterworfen wird.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird gegenüber den bekannten
Bewehrungsstahl-Walzstraßen die wesentlich höhere Durchsatzgeschwindigkeit von 40
- 70 m/s der Warmwalzdrahtstraßen der Herstellung von Bewehrungsstahl in dem gängigen
Durchmesserbereich
von 4-16 mm zugänglich gemacht. Entgegen der
bisherigen Übung wird Bewehrungsstahl nun wie Draht in Ringen oder Schlaufen auf
dem Kühlbett abgelegt. Dabei ergibt sich über die Breite des Kühlbettes eine unterschiedliche
Belegungsdichte, deart, daß an seinen Rändern und in der Mitte, dort wo sich die
aufeinanderliegenden Ringe kreuzen, Streifenabschnitte mit einer höheren Belegungsdichte
ergeben, als an den dazwischenliegenden Stellen. Entsprechend dieser unterschiedlichen
Belegungsdichte wird das Walzgut einer unterschiedlichen Menge des gasförmigen Kühlmediums
ausgesetzt. Diese Behandlung gibt dem Walzgut über den Querschnitt jedes Bewehrungsstahlstabes
ein gleichförmiges, vergütetes, ferritisch-perlitisches Stahlgefüge ohne einen Martensitmantel.
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Nach dem Verwendungszweck des nach diesem Verfahren hergestellten
Bewehrungsstahles ergeben sich die wirtschaftlichen Vorteile. Bei der Verwendung
als Betonstabstahl ergeben die Einsparungen von Legierungselementen beim Ausgangsmaterial
und die bedeutend höhere, mögliche Walzgeschwindigkeit eine kostengünstigere Herstellung.
Ggenüber der erstellung auf üblichen Stabstahlwalzstraßen kann auch der Dimensionszuschlag
weitgehend entfallen.
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Bei der Verwendung des Bewehrungsstahles für die Herstellung von Betonstahlmatten,
Gitterträgern und vorgefertigten Bewehrungen können zahlreiche, sonst notwendige
Arbeitsgänge entfallen. So muß bei der Verwendung von Walzdraht als Halbzeug das
Vormaterial entzundert, gezogen oder gewalzt, oberflächenprofiliert und spannungsfrei
gezogen werden. Auf die nach dem Schweißen von Betonstahlmatten zur Erreichung der
vorgeschriebenen
Eigenschaften üblich notwendige Wärmebehandlung
kann ebenfalls verzichtet werden.
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Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verahren hergestellte schweißgeeignete,
niedrig legierte, warmgewalzte Bewehrungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von höchstens
0,3 % und einem Durchmesser von 4 - 16 mm zeichnet sich dadurch aus, daß er über
seinen gesamten Querschnitt einschließlich der Randzonen ein gleichförmiges, ferritisch-perlitisches
Gefüge besitzt und eine Streckgrenze von mindestens 400 N/mm2, eine Zugfestigkeit
von mindestens 500 N/mm² und eine Bruchdehnung von mindestens 10 7 erreicht.
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Na c hstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles naher erläutert und zwar zeigen: Fig.
1 eine schematische Draufsicht (Fließbild) einer Warmwalzdraht straße, Fig. 2 eine
schematische Draufsicht auf ein Kühlbett der Warmwalzdrahtstraße der Fig. 1 Fig.
3 einen schematischen Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und Fig, 4 ein
Schaubi 3. der Verteilung des Luftdurchsatzes über dem Quersch tt des Kühlbettes.
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Fig. 1 zeigt als Fließbild eine schematische Darstellung einer Warmwalzdrahtstraße.
Diese hat eine Walzeinheit 1 mit Reduzierwalzen 2 und Formgebungswalzen 3, eine
Legeeinheit 4 für den gewalzten Bewehrungsstahl, ein Kühlbett 5 mit Förderband 9
sowie eine nachgeschaltete Richteinheit 6.
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Der Ausgangswerkstoff zur Herstellung eines auf einer solchen Warmwalzdrahtstraße
herzustellenden Bewehrungsstähles mit einem Durchmesser von 4 - 16 mm ist ein kohlenstoffarmer
Stahl mit höchstens 0,3 g Kohlenstoff. Dieser Stahl kann weitere Legierungsbestandteile
in Größenordnungen enthalten, wie sie beispielsweise auch für die Herstellung von
Walzdraht Verwendung finden. Wesentlich ist lediglich, daß das Ausgangsmaterial
an sich bereits für verschiedene Schweißverfahren (Widerstandspunktschweißung, Widerstandsabbrennstumpfschweißung,
Metall-Lichtbogenschweißung) geeignet ist. Es kann aus unterschiedlichen Erschmelzungs-
und Vergießungsarten stammen.
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Der Ausgangswerkstoff wird mit einer Temperatur eingebracht, die nach
erfolgter Querschnittsreduktion und eventueller Pro -filierung eine Ablage des Walzgutes
auf das Kühlbett bei einer Temperatur von etwa 10000C gestattet.
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Wird anstelle eines glatten Bewehrungsstahles eine Profilierung der
Oberfläche gewünscht, so können die Formgebungswalzen 3 mit der gewünschten Profilierung
versehen werden.
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Nach dem Verlassen der Walzeinheit 1 wird das Walzgut von der Legeeinheit
4 erfaßt und in Ringen oder Schlingen 7 auf ein Förderband 9 des sich anschließenden
Kühlbettes 5 ausgeworfen.
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Die Ringe 7 des Walzgutes 8 liegen dabei an den Kreuzungsstellen benachbarter,
übereinanderliegender Ringe 7 naturgemäß dichter als an den übrigen Stellen. Um
das Walzgut 8 einer gleichmäßigen Wärme- bzw. Kühlbehandlung mit einem gasförmigen
Kühlmedium, vorzugsweise Luft, zu unterziehen ist es daher nötig, die dichter gepackten,
streifenförmigen Abschnittte 10, 13 des Kühlbettes 5 einer größeren Menge Vt an
Kühlmedium auszusetzen als die übrigen streifenförmigen Abschnitte 12.
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Es ist daher vorgesehen, die in Fig. 3 gezeigten Kanäle 11 für das
von einem nicht dargestellten Gebläse kommende Kühlmedium so anzuordnen, daß die
streifenförmigen Abschnitte 10, 13 des Kühlbettes 5 einen höheren Volumendurchsatz
Vt an Kühlmedium erhalten als die übrigen Abschnitte. Die unterschiedliche Verteilung
des Kühlmediums über die Breite des Kühlbettes 5 ist in Fig. 4 schaubildlich dargestellt.
Die Belegungsdichte des Kühlbettes hängt auch von der Fördergeschwindigkeit der
Förderbänder 9 sowie vom Stabdurchmesser des Walzgutes 8 ab.
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Die Wärmebehandlung des Walzgutes 8 mit einem gasförmigen Kühlmedium
bewirkt im Bewehrungsstahl ein über den gesamten Querschnitt weitgehend homogenes,
vergütetes, ferritisch-perlitisches Stahlgefüge ohne ausgeprägte (schalenförmige)
Randzonen, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist.
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Im Gefüge bildet sich ein Perlit, das sich in die untere Perlitstufe
einordnen läßt und eine Korngröße von ca. ASTM 10 aufweist. In Abhängigkeit vom
Kohlenstoffgehalt des Ausgangswerkstoffes kann in den Perlitinseln, die die Ferritplatten
umlagern, ein Widmannstättisches Gefüge auftreten.
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Je nach dem angestrebten Einsatzgebiet ist ein Richten erforderlich.
Das Richten auf der Richteinheit 6 bewirkt eine weitere Vergütung des Bewehrungsstahles
durch Kaltverformung.
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Der Bewehrungsstahl zeichnet sich schon ohne den Richtvorgang durch
eine Streckgrenze von mindestens 400 N/mm², eine Zugfestigkeit von mindestens 500
N/mm2 und eine Bruchdehnung von mindestens 10 7o aus. damit hat der Bewehrungsstahls
mechanischtechnologische Eigenschaften die z.B. der deutschen Betonstahlgüteklasse
BST 420/500 oder BST 500/550 entsprechen. Zusätzlich besitzt er eine gute Schweißeignung.