DE2900271C2 - Schweißbarer Betonstahl und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Schweißbarer Betonstahl und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
a) Der Betonstahl wird auf einer Drahtstraße gefertigt.
b) Nach dem Verlassen der Fertigstaffel wird das Walzgut einer intensiven Kühlung unterworfen,
bei der die Oberfläche des Walzgutes unter die Martensit-Start-Temperatur abgekühlt wird.
c) Die Kühlung erfolgt mit einer derartigen Intensität, daß die Ausgleichstemperatur zwischen
Kern und Obi;r"iche erreicht wird, bevor
eine Umwandlung in Bainit, Ferrit oder Perlit einsetzen kann, und daß die Ausgleichstemperatur
etwa in dem Temperaturbereich liegt, in dem eine frühest mögliche Umwandlung des
Austenits in Ferrit und Perlit erfolgen kann.
d) Nach dem Erreichen der Ausgleichstemperatur wird bis zum Ende der Perlitumwandlung die
Temperatur etwa konstant gehalten und das Walzgut danach einer langsamen Abkühlung
ausgesetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Kühlung nach dem
Verlassen der Fertigstaffel mehrstufig durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10. dadurch
gekennzeichnet, daß das Walzgut unmittelbar nach dem Durchlaufen der Kühlung aufgehaspelt v/ird
und im Haspel an der Luft abkühlt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe der Kühlung innerhalb von 0,2 Sekunden abgeschlossen
ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von
Betonstahl mk einem Durchmesser von a 13 mm Normalstahl (Summ? aller Legierungselemente
i 1,7%) verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von
Betonstahl mit einem Durchmesser von δ 13 mm Normalstahl verwendet wird, der einen Anteil von
Mikrole«;ierungselementen bis zu 0,8% aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Betonstahl mit einem Durchmesserzwischen 13 und
25 mm legierter Stahl (Summe aller Legierungselemente zwischen 1,7% und 3%) verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von
Betonstahl mit einem Durchmesser von mehr als 25 mm legierter Stahl verwendet wird, der mit einem
Anteil an Mikrolegierungselementen bis zu 0,03%
mikrolegiert ist.
Die Erfindung betrifft einen schweißbaren Betonstahl
mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25%, der ohne zusätzliche Nachbehandlung, wie Kaltverformung,
Patentieren oder Oberflächenvergütung eine Streckgrenze
ßo2 von mindestens 500 N/mm2 und eine
Zugfestigkeit von mindestens 550 N/mm2 aufweist und aus einer konzentrischen Kernzone und einer Oberflächenschicht
besteht, wobei die Kernzone aus einem Mischgefüge aus Perlit, Ferrit und ggf. weiteren
Bestandteilen besteht und die Oberflächenschicht
so angelassenen Martensit enthält
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Betonstahls.
Es ist bekannt, Stähle mit einer chemischen Zusammensetzung von 035 bis 0,45% Kohlenstoff, bis
zu 13% Mangan, 0,2 bis 0r3% Silizium neben üblichen
Verunreinigungen als hochfeste Betonstähle zu verwenden. Die Herstellung derartiger Stähle ist zwar billig, da
als Festigkeitsbildner hauptsächlich Kohlenstoff, Mangan und Silizium Verwendung finden, jedoch ist das
Verformungsvermögen dieser Stähle verhältnismäßig niedrig, insbesondere fehlt es ihnen an einer Schweißeignung.
Es sind auch schweißbare Betonstähle bekanntgeworden, die einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt (maximal
0,28%) aufweisen und einen Siliziumgehalt von 0,5%, einen Mangangehalt von maximal 1,6% und neben
üblichen Verunreinigungen einen Kupfergehalt von mindestens 0,2% aufweisten (ASTM Designation: A
Il _ A.1 - 1I
t+ i f
440-74, Seite 336). Derartige Stähle werden jedoch einer Kaltverformung unterworfen. Ein wesentlicher
Nachteil dieser schweißbaren Betonstähle liegt darin, daß sie bereits nach einer kurzzeitigen Auslagerung bei
Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 8000C einen wesentlichen Streckgrenzen- bzw. Zugfestigkeitsverlust
anzeigen. Derartige Temperaturen ergeben sich jedoch beim Schweißen sowie beim Warmbiegen von
Betonstählen auf der Baustelle.
Durch die Zeitschrift »Neue Hütte«, 1976, Heft 2,
Seite 81 bis 85, ist ein Betonstahl der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem eine Kernzone aus
Ferrit-Perlit-Gefüge und eine Oberflächenschicht aus angelassenem Martensit angestrebt wird. Wie Bild 3
dieser Entgegenhaltung zu entnehmen ist, befindet sich zwischen dem Kerngefüge und der Randschicht eine
Zwischenschicht, die als heller Ring erkennbar ist. Der
, Betonstahl wird durch eine gesteuerte Abkühlung aus
, der Walzhitze vergütet. Wie dem schematichen Bild 1
,f'der Entgegenhaltung zu entnehmen ist, findet eine
'v kontinuierliche Umwandlung des Stahls statt. Bei der ' ' Untersuchung der in der Entgegenhaltung angegebenen
-Parameter an ZTU-Schaubildern für die in der ■ Entgegenhaltung angegebenen Stähle und für eine
kontinuierliche Abkühlung ergibt, daß zwischen der Ferrit-Perlit-Kernzone und der Oberflächenschicht aus
angelassenem Martensit immer eine Zwischenschicht entsteht, die im wesentlichen Baini'. aufweist.
Aus der DE-OS 24 26 920 ist ein Betonstahl bekannt, , der die eingangs erwähnter. Bedingungen für die
; Streckgrenze ßoz und die Zugfestigkeit aufweist. Durch
ein besonderes Abkühlungsverfahren werden Betonstahlstäbe hergestellt, die aus mehreren feinkörnigen
Mikrogefügen bestehen. Vom Stabrand aus besteht der Stahl aus stark angelassenem Martensit-Bainit, aus
Ferrit-Bainit bis Ferrit-Perlit zuzügiich Bainit im Stabkern. Dabei soll der Anteil Perlit mit Bainit
vorzugsweise prozentual größer sein als der Anteil an Ferrit.
Derartige Stähle weisen die geforderten Schweißeigenschaften sowie ausreichend hohe Zugfestigkeitsund
ausreichend große Streckgrenzwerte auf. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Bruchdehnung der
- bekannten Stähle verbesserungsbedürftig ist. Sie neigen "zu Rißeinleitungen und daher zu einem nicht optimalen
Dauerschwingverhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit den guten Eigenschaften der erwähnten
bekannten Stähle zu erstellen, der jedoch weniger rißanfällig ist, also bessere Werte für die Bruchdehnung
aufweist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem schweißbaren Betonstahl der eingangs erwähnten Art
gelöst, dessen Kernzone einen Ferrit-Anteil zwischen 20% und 80% aufweist und bei dem die Kernzone ohne
eine Zwischenschicht an die Oberflächenschicht angrenzt.
Der erfindungsgemäße Stahl ist daher durch einen reinen konzentrischen Zweischichtenaufbau gekennzeichnet,
in dem beide Schichten völlig bainhfrei sind. Der erfindungsgemäße Stahl weist sowohl die guten
Schweißeigenschaften und die durch die DIN-Norm 488 geforderten mechanischen Eigenschaften ais auch eine
wesentlich Verbesserte Bruchdehnung auf, wodurch er gegen Rißeinleitungen wesentlich unanfälliger ist und
t ein verbessertes Dauerschwingverhalten zeigt.
In einer bevorzugten Au&führungsform weist der
Betonstahl in der Kernzone Ferrit und Perlit zu etwa gleichen Anteilen auf. Es hat sich gezeigt, daß der
erfindungsgemäße Betonstahl sich auch für gerippte Bewehrungsstäbe sehr gut eignet, da die beiden
Schichten sich der Rippenform so anpassen, daß auch die Rippen die mechanischen Eigenschaften des
ungerippten Stabes aufweisen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Anteil der Oberflächenschicht an der Querschnittsfläche mindestens
20%, vorzugsweise 33% aufweist.
in Der erfindungsgemäPe Betonstahl hat darüber hinaus
den Vorteil, daß er sich kostengünstig und schnell auf einer Drahtstraße herstellen laß.. Das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahles ist durch die folgenden Verfahrensschritte
π gekennzeichnet:
a) Der Betonstahl wird auf einer Drahtstraße gefertigt.
:b) Nacl, dem Verlassen der Fertigstaffel wird das ■,_
Walzgut einer intensiven Kühlung unterworfen, bei . der die Oberfläche des Walzgutes unter die
Martensit-Start-Temperatur abgekühlt wird.
c) Die Kühlung erfolgt mit einer derartigen Intensität, daß die Ausgleichstemperatur zwischen Kern und
Oberfläche erreicht wird, bevor eine Umwandlung in Bainit, Ferrit oder Perlit einsetzen kann, und daß
die Ausgleichstemperatur etwa in dem Temperaturbereich liegt, in dem eine frühest mögliche
Umwandlung des Austenits in Ferrit und Perlit · erfolgen kann.
d) Nach dem Erreichen der Ausgleicbstemperatur wird bis zum Ende der Perlitumwandlung die
Temperatur etwa konstant gehalten und das Walzgut danach einer langsamen Abkühlung
ausgesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das
•Walzgut unmittelbar nach dem Durchlaufen der Kühlung aufgehaspelt und im Haspel an der Luft
abgekühlt. Dadurch wird sowohl die mit der Erfindung 'angestrebte isothermische Umwandlung als auch das
Anlassen des Martensits in der Randzone unmittelbar 'direkt aus der Walzhitze, d.h. ohne zusätzliche
.Maßnahmen, gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine schnelle und sichere Herstellung des erfindungsgemä-.ßen
Betonstahles, ohne daß hierfür ein großer Aufwand , betrieben werden müßte. In überraschend einfacher
Weise läßt sich Betonstahl auf einer Drahtstraße 50-fertigen und so behandeln, daß die seit langem
angestrebten Eigenschaften schon bei der Herstellung •ohne großen Aufwand erzielt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfinrdungsgemäßen
Verfahrens wird für die Herstellung von Betonstahl mit einem Durchmesser bis zu 13 mm
Normaistahi verwendet. Bei einem Normaistahi liegt die Summe aller Legierungselemente (Mangan, Silizium,
Schwefel und ähnliches) unter 1,7%. Dieser Normalstahl -ist besonders preisgünstig und läßt sich für die
60' Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahls hoher Qualität bei der Benutzung einer normalen Wasserkühlung
verwenden, wenn die Stärke des Betonstahls unter 13 mm liegt.
. Um für die Kühlung keinen zu hohen Aufwand betreiben zu müssen, ist es vorteilhaft, wenn für die
Herstellung von Betonstahl mit einem Durchmesser von ä 13 mm ein Normalstahl verwendet wird, der mit
einem Anteil an Mikrolegierungselementen bis 0,08%
29 ooηι
mikrolegiert ist.
Alternativ dazu kann für Durchmesser zwischen 13 und 25 mm ein legierter Stahl verwendet werden. Bei
diesem Stahl liegt die Summe der Legierungselemente
zwischen 1,7% und 3%.F,ür Durchmesser von mehr als
25 mm muß dem legierten Stahl eine Mikrolegieruhg
zugegeben werden:■*·yhd-'zWar niit einem Anteil an
Mikrolegierurtgseieme'ntenbis zu 0,03%.
Diese Legierurigsyorschriften * beruhen auf der Erkenntnis,
daß sich die Umwandlung des Austenits in Ferrit, Perlit oder Bainit zu späteren Zeitpunkten durch
die Verwendung von legiertem Stahl und/oder mikrolegiertem Stahl verschieben läßt.
Es hat sich gezeigt, daS sich das erfindungsgemäße Verfahren am wirtschaftlichsten durchführen läßt, wenn
die erste Stufe der Kühlung innerhalb von 0,2 Sekunden beendet ist.
Nähere Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen 'Betonstahl und zu dem erfindungsgemäßen Verfahren
!sollen im folgenden näher erläutert werden. Hierzu wird «auf die Figuren verwiesen, die zeigen
F ί g. 1 das Foto eines Querschnitts sines bekannten p -Betonstahl gemäß der DE-OS 24 26 920,
r F i g. 2a bis 2d fotographische Schliffbilder in SOOfacher Vergrößerung der in dem bekannten ^- Betonstahl enthaltenen Gefüge,
r F i g. 2a bis 2d fotographische Schliffbilder in SOOfacher Vergrößerung der in dem bekannten ^- Betonstahl enthaltenen Gefüge,
F i g. 3 das Foto des Querschnitts eines erfindungsgemäßen Betonstahles,
Fig.4a und 4b fotographische Schliffbilder in
500facher Vergrößerung der beiden Gefüge des erfindungsgemäßen Betonstahles,
Fig.5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der
kontrollierten Abkühlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
F i g. 6 eine Tabelle zur Verdeutlichung der Abkühlung bei Betonstählen verschiedenen Durchmessers und
deren Abkühlverhaitens,
Fig.7 ein ZTU-Schaubild für einen Normalstahl
a±^ut :* —:_j4..: . i/~i»i «„fr ι ι*
οΐύιΐι fun iiicui igciji iwiticifaiiriigGjKiii,
F i g. 8 ein ZTU-Schaubild für einen legierten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
nig Fiel und 2 zeigen fotografische Aufnahmen des
aus der DE-OS 24 26^20 bekannten Betonstahls. Aus F i g. 1 ist deutlich zu ersehen, daß der Betonstahl über
seinen Querschnitt mindestens vier konzentrische Schichten aufweist Die Außenschicht besteht aus
angelassenem Martensii-Bainit, an die nach innen eine
bainitische Zwischenschicht angrenzt. Darauf folgt eine ringförmige Ferrit-Bainit-Schicht, während der Kern im
wesentlichen aus Ferrit und Perlit besteht.
Diese vier Gefügearten sind in den Schliffbildern in den Fig.2a bis 2d in 500facher Vergrößerung
dargestellt. Die feinstreifige Außenschicht aus angelassenem Martensit-Bainit unterscheidet sich deutlich von
der in Fig.2b dargestellten bainitischen Zwischenschicht.
Eine gröbere Struktur hat die daran angrenzende Ferrit-Bainit-Schicht, die aus F i g. 2c zu ersehen ist.
Die Kernstruktur ist in Fig.2d dargestellt, worin die
dunklen Flecken die Perlitanteile und die hellen die
Ferritanteile darstellen.
Die F i g. 3 und 4 zeigen entsprechende Schliffbilder des erfindungsgemäßen Betonstahls. Dieser ist lediglich
aus zv/ei Schichten aufgebaut Die Randschicht besteht
aus reinem angelassenem Martensit und grenzt unmittelbar an eine Kernschicht an, die aus einem reinen
Perlit-Ferrit-Gefüge besteht Dies wird insbesondere aus den F i g. 4a und 4b deutlich, in denen F i g. 4a die aus
angelassenem Martensit bestehende Oberflächenschicht zeigt und 4b den plötzlichen Übergang des
angelassenen Martensit-Gefüges in das deutlich zu unterscheidende Ferrii-Perlit-Gefüge. Auch die · in
Fig.4 dargestellten Schüffbilder Weisen eine 500fache
Vergrößerung auf.
Der strenge Zweischichteri-Aufbau des: erfindungsgemäßen
Stahls führt zu den früher.nichtzu: erwartenden
Vorteilhaften Eigenschaften, die oben epäüierf worden
sind.
ίο Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Betonstahls soll beispielhaft anhand der F i g. 5 bis 8 näher erläutert werden. F i g. 5 zeigt ein Diagramm, in
dem die Abkühlung eines Betonstahles dargestellt ist, der mit einer Temperatur von ca. 8500C in die
Kühlstrecke einläuft und dort eine dreistufige Wasserkühlung erfährt. Der Stahl wird sofort nach den
Verlassen der Kühlstrecke aufgehaspelt und im Haspel an der Luft abgekühlt Das aufgehaspelte Walzgut
erfährt im Haspel eine isotherme Umwandlung, wobei der Austenit im Kern in Ferrit und Perlit umgewandelt
wird und durch die freiwerdende Umwandlungsenergie der Martensit der Oberflächenschicht angelassen wird.
Diese Vorgänge werden weiter unten näher erläutert Fig.5 zeigt in dem linken Teil die langsame Abkühlung
des Walzgutes während des Durchlaufens der Fertigstaffel. Bei dem mit to gekennzeichneten Zeitpunkt läuft
das Walzgut in die Kühlstrecke ein und verbleibt ca. 0,15 Sekunden in der ersten Kühlstufe. Die dritte
Kühlstufe ist nach ca. 035 Sekunden durchlaufen.
3ö In F i g. 5 ist zur Illustration des Temperaturverlaufes über den Drahtquerschnitt das Walzgut in konzentrische
Ringe unterteilt Der Außenring ist mit 1 und der Mittelpunkt des Walzgutes mit 4 bezeichnet. Der mit 2
bezeichnete Ring verläuft etwa beim halben Durchmesser und der mit 3 bezeichnete Ring hat einen
Durchmesser, der einem Viertel des Drahtdurchmessers entspricht. Der mit \a bezeichnete Ring hat einen
Radius von ca. 9/11 des Radius (R)des Walzgutes und er
kennzeichnet etwa die Grenze zwischen Martcnsitschicht und Kernzone.
Aus den entsprechend mit 1, la, 2, 3 und 4 bezeichneten Kurven ist der Temperaturverlauf auf den
Ringen während der Kühlung zu ersehen. Der Außenring wird dabei unter die Martensitstarttemperatür
Ms abgekühlt, so daß sich eine Außenschicht zwischen den Ringen I und ia aus Martensit bildet Da
sich der Kembercich selbstverständlich nicht so stark abkühlt, wird die Martensitschicht zwischen den Ringen
1 und la durch die im Kernbereich befindliche Wärme
so wieder aufgeheizt, wodurch einerseits das Martensit angelassen und andererseits eine Ausgleichstemperatur
Ta erreicht wird. Das Erreichen der Ausgleichstemperatur
ist gleichbedeutend mit der Tatsache, daß das Walzgut über den gesamten Querschnitt nach der
Kühlung eine gleiche Temperatur aufweist. Diese Temperatur wird nun gehalten, bis die Umwandlung des
Austenits in Ferrit und Perlit abgeschlossen ist Dann kann eine kontinuierliche Abkühlung stattfinden.
Die Ausgleichstemperatur TA ist so zu wählen, daß
während der isothermen Umwandlung das Bainit-Gebiet
nicht geschnitten wird. Außerdem soll sie in dem Bereich liegen, in dem die frühest mögliche Umwandlung
des Austenits in Ferrit stattfindet Dadurch ist gewährleistet, da§ die Umwandlung des Austenits in
Ferrit und Perlit in einer möglichst kurzen Zeit stattfindet und nicht zu einem sehr langdauernden
Prozeß ausartet
Aus der Fig.5 wird deutlich, daß erfindungsgemäß
Aus der Fig.5 wird deutlich, daß erfindungsgemäß
29 OO 271
die Entstehung von Bainit dadurch vermieden wird, daß die Ausgleichstemperatur bereits erreicht ist, bevor eine
Umwandlung in Ferrit stattfinden kann, und darüber hinaus die Umwandlung- isotherm erfolgt, so daß
während der Abkühlung das Bainit-Gebiet nicht
''durchlaufen wird.
% Die in Fig.5 gewählten Umwandjungskurven ent-Jprechen den üblichen ZTU-Schaubildern, wobei mit F
idas Gebiet der Herntbildüng; mit P das Gebiet der
Perlitbildung, mit B das Gebiet der Bainitbildung und
mit Ms die Martensitstarttemperatur bezeichnet sind. Austenit, das unter die Martensitstarttemperatur abgekühlt wird, wandelt sich sofort in Martensit um.
Die in Fig.6 dargestellte Tabelle zeigt an einem
Ausführungsbeispiel die mögliche Ausgestaltung der .Abkühlung für verschiedene Stahldurchmesser von 5,5
bis 30 mm. Dabei ist von einer Eintrittstemperatur in die ,Kühlung von 850°C ausgegangen, ein normal legierter
Stahl vorausgesetzt, d. h. die Summe der Legierungselemente des Stahls übersteigt nicht einen Anteil von 1,7%.
Daraus wird deutlich, daß die erste Stufe der Kühlung me länger als 0,2 Sekunden andauert. Während für einen
Durchmesser von 53 mm eine Abkühlstufe ausreichend
ist, können be· größeren Durchmessern bis zu β Kühlstufen vorgesehen sein. Die gesamte Kühlung ist
dabei spätestens nach drei Sekunden abgeschlossen. In der nächsten Spalte ist die Zeit bis zum Erreichen der
Ausgleichstemperatur angegeben. Hierdurch lassen sich die Betonstähle in drei, nach Durchmessern unterschiedenen Gruppen I, II, III unterteilen. Die erste Gruppe
umfaßt die Stärken von 5,5 bis 13 mm, die zweite Gruppe von 13 bis 25 mm und die dritte Gruppe von 25
bis 30 mm.
Innerhalb der ersten Gruppe ist die Ausgleichstemperatur in zwei Sekunden erreicht In der zweiten Gruppe
wird die Ausgleichstemperatur innerhalb von 10 Sekunden erreicht in der dritten Gruppe innerhalb von
14 Sekunden. Diese Zusammenhänge haben für die Verwendbarkeit der hier durchgeführten Wasserkühlung eine erhebliche Bedeutung, die weiter unten näher
erläutert wird.
In den weiteren Spalten der Fig.6 sind die
Kerntemperaturen am Ende jedes Abkühlschrittes für ,die verschiedenen Walzgutdurchmesser angegeben.
Unter Kern wird hier der Durchmesser r» 0 verstanden.
Außerdem ist noch für jeden Drahtdurchmesser die erreichte Ausgleichstemperatur angegeben.
Aus den Fig.7 und 8 geht der Sinn der bereits erwähnten Unterteilung in drei Durchmesser-Gruppen
hervor. Fig.7 zeigt das ZTU-Diagrantm für einen
kohlenstoffarmen (Cä 025%) Normalstahl. Die frühestmögliche Umwandlung des Austenits in Ferrit ist
danach nach ca. 2 Sekunden bei einer Temperatur von ca. 5000C möglich. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre soll die Ausgleichstemperatur bis zu diesem
Zeitpunkt erreicht sein. Daraus ergibt sich, daß bei der Verwendung der in Fig.6 charakterisierten Wasserkühlung Normalstähle bis zu einem Durchmesser von 13 mm verwendet werden können. Die
Ausgleichstemperatur liegt dann etwas oberhalb von 5008C.
Im Vergleich dazu zeigt Fig.8 das ZTU-Schaubild
eines kohlenstoffatomen Stahls, bei dem die Summe der
Legierungselemente zwischen 1,7% und 3% liegt Dabei wird deutlich, daß die frühestmögliche Umwandlung des
Austenits in Ferrit erst nach größenordnungsmäSig 10
Sekunden möglich ist Weiterhin ist zu bemerken, daß ",die Ausgleichstemperatur wesentlich höher zu wählen
isl,. da die frühestmögliche Umwandlung in Ferrit .bei
ungefähr 700° C einsetzt. Durch die Zugabe von
Lfegierungselementen kann daher der Zeitpunkt der
frühestmöglichen' Umwandlung des Austenits in Ferrit
hijfiausgezögert werden, so daß für das Erreichen der
A^usgleichstemperatur mehr Zeit zur Verfügung steht.
Sin gleicher Effekt, nämlich die Verschiebung des
Zeitpunktes der frühestmöglichen Umwandlung des Austenits in Ferrit zu späteren Zeiten ist durch die
Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Niob, Vanadin oder Molybdän erzielbar. Im Unterschied zu
der Verwendung von legierten Stählen (F i g. 8) werden dabei lediglich die Umwandlungskurven der F i g. 7 um
ca. 1 Dekade nach rechts verschoben, ohne daß darüber
hinaus die Lage oder die Form der Umwandlungskurven verändert würde. Daher wird durch die Zugabe von
Mikrolegierungselementen — im Gegensatz zu der Zugabe der anderen Legierungselemente - die
Ausgleichstemperatur nicht verändert.
.,Bei der Beibehaltung der in Fig.6 angedeuteten
Wasserkühlung ergibt sich die Notwendigkeit, bei der Herstellung von Betonstahl mit Durchmesser >13 mm
entweder einen legierten Stahl (Summe der Legierungselemente zwischen 1,7% und 3%) oder einen mikrole-
gierten Stahl (Vanadin, Niob, Molybdän bis zu 0,8%) zu
verwenden.
Bei einem Durchmesser von >25mm müßte bei
einem legierten Stahl die Summe der Legierungselemente über 3% gesteigert werden. Dies wird sich im
allgemeinen nicht empfehlen, so daß für diese Durchmesser zusätzlich oder allein Mikrolegierungen
vorzusehen sind.
1^ tau der Veränderung des Legierungsanteils des
Stahls könnte auch eine Intensivierung der Kühlung
bewirken, daß die Ausgleichstemperatur früher erreicht
würde. Eine derartige Kühlung ist jedoch sehr aufwendig.
Aus den Schaubildern in Fig.7 u>id 8 ist noch zu
entnehmen, daß der Anteil von Ferrit zu Perlit im Kern
durch die Wahl der Ausgleichstemperatur beeinflußt
werden kann.
In den bisher beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen
ist von einer Eintrittstemperatur des Walzguts in die
Kühlstrecke von 850°C ausgegangen worden. Es sind
auch andere Temperaturen denkbar, jedoch muß die
Eintrittstemperatur zumindest so hoch liegen, daß der Austenit noch stabil ist und so niedrig gewählt sein, daß
die Abkühlung des Walzgutes auf die Ausgleichstempcratur innerhalb der geforderten Zeiten möglich ist. Das
so bedeutet, daß insbesondere b i kleineren Walzguidurchmessern eine höhere Eintrittstemperatur des
Walzgutes in die Kühl*.'.recke in Kauf genommen
werden kann. Insgesamt hat sich jedoch die Temperatur von 850°C für diese Zwecke als besonders geeignet
erwiesen.
Die isotherme Umwandlung des Austenits in Ferrit und Perlit kann durch Einschaltung eines Ofens hinter
der Kühlstrecke erreicht werden. Es ist allerdings viel vorteilhafter, den ungeschnittenen, von der Drahtstraße
kommenden Betonstahl sofort nach Austritt aus der Kühlstrecke aufzuhaspeln. Durch das Liegen im Haspel
fällt die Temperatur des Betonstahles für eine ^ausreichend lange Zeit nicht ab, da sie durch das
Freiwerden der Umwandlungswärme eher noch an-
steigt und durch den Haspel eine verminderte ^Wärmeabfuhr an die Luft erfolgt. Darüber hinaus
„ermöglicht diese Art der Abkühlung den schnellen Herstellungsprozeß, der von der Drahtstraße an sich
bekannt ist, aber für die Herstellung von Betonstähien noch nicht angewendet worden ist.
Unter gleichen Voraussetzungen beträgt die Bruchdehnung;
die bei eitlem nach der Lehre der DE-OS 2426 920 hergestellten Betonstahl 5,2% beträgt, bei
dem erfindungsgemäßen Betonstahl 10,1%. Hieraus ergeben sich die Verbesserungen hinsichtlich der
Rißeinleitungsbeständigkeit und der Dauerschwingfe-
10
stigkeit.
Unter günstigeren Voraussetzungen kann die Bruchdehnung für- den erfindungsgemäßen Betonstahl noch
erheblich weiter gesteigert werden. Die mittlere Bruchdehnung kann dann beispielsweise zwischen
13,9% und 17,4% liegen, wodurch die gemäß DIN 488/Blatt 1 geforderten Werte erheblich überschritten
werden.
Hierzu-7 Blatt,Zeichnungen
Jf
■vif 'S '
Claims (9)
1. Schweißbarer Betonstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25%, der ohne
zusätzliche Nachbehandlung, wie Kaltverformung, Patentieren oder Oberflächenvergütung, eine
Streckgrenze ßQ3 von mindestens 500 N/mm2 und
eine Zugfestigkeit von mindestens 550 N/mm2 aufweist und mit einer konzentrischen Kernzone
und einer Oberflächenschicht aufgebaut ist, wobei die Kernzone aus einem Mischgefüge aus Perlit und
Ferrit und die Oberflächenschicht aus angelassenem Martensit besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ferritanteil der Kernzone zwischen 20% und 80% liegt und daß d;e Kernzone ohne eine
Zwischenschicht an die Oberflächenschicht angrenzt
, 2. Betonstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kernzone Ferrit und Perlit zu etwa gleichen Anteilen enthalten sind.
3. Betonstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonstähle gerippt sind.
4. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der
Oberflächenschicht an der Querschnittsfläche mindestens 20%, vorzugsweise 33%, aufweist.
5. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesser
von S13mrn die Summe ailer Legierungselemente
< 1,7% ist.
6. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aller
Legierungselemente bei einem Durchmesser von >13mmSl,7% ist und daß der Stahl einen Anteil
an Mikrolegierungselementen bis zu 0,08% enthält.
7. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesser
zwischen 13 mm und 25 mm die Summe aller Legierungselemente zwischen 1,7% und 3% liegt.
8. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der
Legierungselemente für einen Durchmesser von mehr als 25 mm zwischen 1,7% bis 3% liegt und daß
der Stahl einen Anteil von Mikrolegierungselementen bis zu 0,03% aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung des Betonstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
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