DE2936680A1

DE2936680A1 - Verfahren zum herstellen von h-traegern mit ausgezeichneten festigkeits- und zaehigkeitseigenschaften mit hilfe von universal-walzgeruesten

Info

Publication number: DE2936680A1
Application number: DE19792936680
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Hitomi; Teruyuki Nakanishi
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1980-03-13
Also published as: US4322962A; CA1125550A; JPS5921681B2; US4367642A; GB2031770B; JPS5540057A; FR2435976A1; DE2936680C2; FR2435976B1; GB2031770A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Η-Trägern mit Hilfe von Universal-Walzgerüsten. Insbesondere schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Η-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften in den Übergangsbereichen zwischen dem Steg und den Planschen, die im folgenden als "Übergangsstück" und auch mit dem international gebräuchlichen Fachwort "Fillet" bezeichnet werden.

Das herkömmliche Walzverfahren zum Erzeugen von H-Trägern umfaßt: Einen Brecher-Walzvorgang, bei welchem das in Fig. 1a dargestellte Walzgut 10 mit einem dort dargestellten Querschnitt in einem Walzgerüst mit zwei Walzen 12 der in Fig. 1b dargestellten Gestalt ausgewalzt wird, einen Vor-Walzvorgang, bei welchem das Walzgut in einem Stich oder in einer Vielzahl von Stichen in einem Universal-Walzwerk ausgewalzt wird, welches wenigstens ein Universalgerüst enthält, welches grob-und intermediäre Horizontalwalzen 14-sowie entsprechende Vertikalwalzen 16 aufweist, wie in Fig. 1c dargestellt. Außerdem wird bei dem herkömmlichen Verfahren wenigstens ein Kantenwalzwerk (edger mill) mit Kantenwalzen 18 einer in Fig. 1d dargestellten Querschnittsgestalt sowie eine Fertigwalzung angewendet, während welcher eine einstichige Walzung in einem Fertig-Universalgerüst mit horizontalen Fertigwalzen 20 sowie vertikalen Fertigwalzen 22 erfolgt, deren Querschnittsgestalt in Fig.ie dargestellt ist. Der auf diese Weise hergestellte H-Träger 23 hat Flansche 24, einen Steg 26 und Übergangsstücke oder Fillets 28, die wie dargestellt, jeweils zwischen Flansch- und Steg-Abschnitten liegen. Ein Beispiel für die mechanischen

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Eigenschaften eines jeden Abschnittes von auf diese Weise gewalzten herkömmlichen H-Trägern ist in Fig. 2 grafisch dargestellt. Fig. 2a zeigt die Beziehung zwischen der Fertigwalztemperatur (finish temperature) und der Streckgrenze. Fig. 2b zeigt die Beziehung zwischen der Fertigwalztemperatur und der Zugfestigkeit. Fig. 2c zeigt die Beziehung zwischen der Fertigwalztemperatur und der Übergangstemperatur der spröd-duktil gebrochenen Oberfläche. In dem grafischen Schaubild zeigen die ausgezogene Kurve A, die gestrichelt gezeichnete Kurve B und die aus Strichen, Punkten und Kreuzen bestehende Kurve C die mechanischen Eigenschaften des Steges 26, des Flansches 24bzw. des Übergangsteils (Fillets) 28. Wie aus der Darstellung ersichtlich, sind die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Fillets 28 bei übereinstimmenden Fertigwal ztempera türen niedriger als die entsprechenden Gütewerte des Flansches 24 und des Steges 26, wobei die Übergangstemperatur beim Kerbschlagversuch mit der Charpy-Probe am höchsten liegt. Als mögliche Ursache für die derart unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften der Übergangsstücke 28 im Vergleich zu den übrigen Materialproben wird darin gesehen, daß das Übergangsstück 28 während des Walzens durch die Vertikalwalzen 16 bis 22 bei der Vor- und Fertigwalzung nicht ausreichend verformt wird, weil das Übergangsstück 28 lediglich vom Steg 26 gehalten wird, der sich auf hoher Temperatur befindet und flexibel ist. Außerdem besitzt das Übergangsstück 28 eine größere Dicke als der Steg 26 und als der Flansch 24, mit der Wirkung, daß die Wärmeabstrahlung auf die Walzen gering ist. Demzufolge erfährt das Übergangsstück während des Walzens die höchsten Temperaturen.

Fig. 3 zeigt den Zustand der Querschnittsverformung durch Walzen bei jedem Abschnitt des H-Trägers. Haben der Flansch a, das Übergangsstück b und der Steg c des Walzgutes 10

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jeweils einen quadratischen Querschnitt so liegen diese Abschnitte nach dem Walzen in Form der Abschnitte a¹, b¹ bzw. c¹ im ausgewalzten H-Träger 23 vor. Aus Fig. 3 wird deutlich, daß die Querschnittsveränderung für den Flansch vom Zustand a zum Zustand a¹ sowie für den Steg vom Zustand c zum Zustand c* durch große Änderungen der Vertikal- bzw. Horizontalabmessung gekennzeichnet ist, wohingegen für das Übergangsstück die Querschnittsveränderung vom Zustand b zum Zustand b¹ in vertikaler und horizontaler Richtung ähnlich und geradezu gleichartig erfolgt ist. Dieses ist eine Folge des Metallflusses aus dem Übergangsstück in den Steg weil, wie bereits erwähnt, die Verformungen durch die Vertikalwalzen 16 bis 20 nicht ausreichend wirksam ist. Wird vorausgesetzt, daß die Verformung des Steges und des Flansches ebenachsig (plane strain) erfolgt und daß die Verformung des Übergangsstückes als eindimensionale Zugbeanspruchung erfolgt, so ergibt sich für den Steg und den Flansch eine Gesamtmenge an wahrer Verformung (true strain), die etwa 1,15 mal so groß ist wie diejenige für das Übergangsstück.

Beim Herstellen von Η-Trägern wird das auf oben dargelegte Weise erzeugte Erzeugnis durch einen Walz- oder einen Preßvorgang gerichtet, um Krümmungen und Biegungen zu beseitigen. Wird jedoch ein auf herkömmliche Weise erzeugter H-Träger mit Hilfe der in Fig. 4a dargestellten Walzen 30 gerichtet, so kann das Übergangsstück (Fillet) als Folge seiner unzureichenden mechanischen Eigenschaften ggf. beschädigt werden, wie in Fig. 4-b durch den schraffierten Bereich 32 veranschaulicht. Aus diesem Grunde muß für herkömmlich erzeugte Η-Träger das Richten mit Hilfe von Preßwerkzeugen erfolgen, sofern stärkere Verformungen beim Richten nicht zu umgehen sind. Die Forderung nach Preßwerkzeugen für das Richten beinhaltet Jedoch eine beträchtliche Herabsetzung der Produktionsleistung.

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Vor ihrer Verwendung werden Η-Träger häufig mit Brenn-Schneidgeräten getrennt, was bedeutet, daß ein Teil des Flansches 24 des H-Trägers 23 wie in Fig. 5a durch schräge Linien 34 veranschaulicht, geschnitten wird, während _ein Teil des Steges 26 des H-Trägers entsprechend den in Fig. 5b dargestellten schrägen Linien 36 geschnitten wird. Werden herkömmlich erzeugte Η-Träger diesem Brennschneiden unterworfen, so können als Folge des Brennschneidens gebildete Nuten 37 als Ausgangspunkte für Risse 38 dienen, die sich längs des Verbindungsstücks 28 erstrecken oder ausdehnen, wie in den Fig. 5c und 5<i dargestellt, wobei die Rißbildung bzw. -ausdehnung eine Folge der unzureichenden •mechanischen Eigenschaften der Verbindungsstücke ist. Der Riß 38 ist verursacht durch den Einfluß der im Verbindungsstück 28 vorliegenden Restspannungen. Die Rißausbreitung ist um so stärker, je niedriger die Tieftemperaturzähigkeit des Verbindungsstückes 28 bei einer Kaltverformung ist. Um diese Rißbildung zu verhindern, sind die folgenden Maßnahmen bereits versucht worden. Ein Loch ist vor dem Verbindungsstück 28 ausgebildet worden, um die Rißausbreitung zu verhindern. Mühevolle Vorgänge, wie eine Vorwärmung oder eine Nacherwärmung des Übergangsstücks 28 sind vorgenommen worden. Außerdem sind kostenintensiv beruhigte Stähle mit ausgezeichneter Zähigkeit anstelle der (üblichen) halbberuhigten Stähle für normale H-Träger verwendet worden. Das hat jedoch zur Folge, daß die Erzeugungskosten beträchtlich steigen.

Η-Träger werden gelegentlich als Monoschienen für Einschienenbahnen verwendet, wie in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 39 ein Fahrzeug, das Bezugszeichen 40 ein Führungsrad und das Bezugszeichen 41 einen Schienenträger, an welchem ein als Monoschiene dienender Η-Träger befestigt ist. Bei her-

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kömmlich hergestellten Η-Trägern, die als Monoschienen für Einschienenbahnen verwendet v/erden, ist bis jetzt gefordert worden, die Übergangsstücke 28 dicker zu dimensionieren, um ihre unzureichende Festigkeit zu kompensieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, wobei sich die Erfindung insbesondere das Ziel gesteckt hat, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von H-Trägern zu schaffen, die sich durch ausgezeichnete Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften ihrer Verbindungsstücke (Fillets) auszeichnen.

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung zum Erzeugen von Η-Trägern mit Hilfe von Universalgerüsten zeichnen sich dadurch aus, daß die Beanspruchung oder Verformung der Verbindungsstücke erhöht wird, um deren Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern, wobei die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: Ein sog. "Breakdown"-Schritt, ein sog. Vorwalz-Schritt (roughing), bei welchem mit einem Stich oder in zv/ei und mehr Stichen mit Hilfe von zwei oder mehr Voruniversalgerüsten symmetrische Konvexgebilde hergestellt werden, die im wesentlichen die gleiche Querschnittsgestalt besitzen und von verschiedenen Gerüsten in unterschiedlichen Ortslagen am Walzgut ausgebildet werden.Diese Gebilde werden alternierend wenigstens an der Innenseite oder an der Außenseite des Steges und der Flansche des gerade gewalzten Materials ausgebildet, um auf diese Weise einen Metallfluß in die Verbindungsstücke zwischen dem Steg und den Flanschen zu erzwingen und um auf diese Weise die Verformungsbeanspruchung (strain) der Verbindungsstücke zu erhöhen. Abschließend erfolgt ein Fertigschritt, bei welchem die während des vorstehend erwähnten Vorwalz-Schrittes ausgebildeten konvexen Gebilde beseitigt werden, so daß schließlich ein Η-Träger mit den angestrebten Abmessungen erhalten wird.

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Auf erfindungsgemäße Weise hergestellte H-Träger weisen so ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf, daß sie starken plastischen Verformungen gewachsen sind. Dadurch lassen sich erfindungsgemäß erzeugte H-Träger in Walzenrichtmaschinen richten, was eine gesteigerte Produktionsleistung zur Folge hat.

Sollen herkömmlich erzeugte Η-Träger in kalten Gebieten verwendet werden, so müssen sie vielfach aus beruhigtem Stahl hergestellt werden, um auf diese Weise der Ausbildung von Rissen entgegenzuwirken, die beim Brennschneiden gebildet werden. Für erfindungsgemäß hergestellte H-Träger können jedoch auch für Tieftemperaturanwendungen kostengünstigere halbberuhigte Stähle verwendet werden. Erfindungsgemäß erzeugte Η-Träger können als Monoschienen verwendet werden, ohne daß es erforderlich ist, ihre Dimensionen zu verstärken. Dadurch ergibt sich eine Gewichtsverringerung je Längeneinheit.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

Pig. 1a bis eine schematische Darstellung des herkömmlichen 1 f Verfahrens zum Erzeugen von H-Trägern,

Fig. 2a bis grafische Darstellungen der mechanischen 2c Eigenschaften von Steg, Flansch und Übergangsstück für herkömmlich hergestellte H-Träger,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie die Querschnittsveränderung für Flansch, Übergangsstück und Steg beim herkömmlichen Auswalzen von H-Trägern erfolgt,

Fig. 4a und schematische Darstellungen des Verhaltens

4-b herkömmlich hergestellter H-Träger beim

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Eichten in Walzenrichtmaschinen,

Fig. 5a bis schematische Darstellungen, die die Rißbildung 5d und -ausbreitung beim Brennschneiden herkömmlich hergestellter H-Träger erläutern,

Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch eine Einschienenbahn, wobei ein H-Träger als Monoschiene di ent,

Fig. 7a und Schnitte durch die Walzenanordnung eines beim 7b erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Vorwalzuniversalgerüstes,

Fig. 8a und Schnitte durch das Walzgut, welche die konvexen 8b Gebilde erkennen läßt, die beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzeugt werden,

Fig. 9 und schematische Darstellungen des Metallflusses 10 im Querschnitt des erfindungsgemäß gewalzten Walzgutes,

Fig. 11 ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen der Umformung und der Spannungsverteilung im Querschnitt beim erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht,

Fig. 12 einen Schnitt durch das beim herkömmlichen Verfahren benutzte Kaliber der Vertikalwalzen und Horizontalwalzen eines Vorwalzuniversal-

gerüstes,

Fig. 13a und Querschnitte durch ein anderes Beispiel der 13b Kalibergestalt, welches erfindungsgemäß für

Vertikalwalzen und Horizontalwalzen verwendet

wird,und

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Fig. 14 ein Schaubild, welches schematisch Beispiele von Gerüstanordnungen zeigt, die bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet v/erden.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem eingangs erörterten herkömmlichen Verfahren in erster Linie dadurch, daß während (anstatt) des obenbeschriebenen herkömmlichen Vorwalzschrittes alternierend ein Schritt durchgeführt wird, bei welchem das Walzen in einem Universalgerüst erfolgt, welches eine Horizontalwalze 42 und eine Vertikalwalze 16 besitzt, wobei die Horizontalwalze 42 konkave Einbuchtungen 44 an der Innenseite eines jeden Verindungsstücks des zu walzenden Materials aufweist und die Vertikal walze 16 die gleiche Querschnittsgestalt aufweist, wie die in Fig. 7a dargestellte herkömmliche Vertikalwalze. Bei dem oben erwähnten alternierenden Arbeitsschritt handelt es sich um einen Vorgang, bei welchem das Walzen mit Hilfe eines Universalgerüstes ausgeführt wird, dessen Vertikalwalze 48 einen eine konkave Ausnehmung 46 in der Nähe der Außenseite des Verbindungsstückes des zu walzenden Trägers aufweisenden Querschnitt besitzt und dessen Horizontalwalze 14 herkömmlich gestaltet, wie in Fig. 7h dargestellt, ist.

Das in einem Universalgerüst mit einer Kalibergestalt gemäß Fig. 7a ausgewalzte Walzgut 10 besitzt konvexe Vorsprünge 50 > die an der Innenseite eines jeden Verbindungsstückes (Fillets) ausgebildet sind, wie in Fig. 8a dargestellt. Ein Walzgut 10 hingegen,welches in einem Universalgerüst mit einer Kalibergestalt gemäß Fig. 7b gewalzt worden ist, besitzt konvexe Vorsprünge 52, die an der Außenseite eines jeden Verbindungsstückes ausgebildet sind, wie in Fig. 8b dargestellt. Aus diesem Grunde erhält das Walzgut 10 nach wiederholtem Durchgang durch derartige Universalgerüste alternierende Gestaltungen gemäß Fig. 8a und Fig. 8b. Das bedeutet, daß das

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Walzgut alternierend konvexe Vorsprünge 50 an der Innenseite eines jeden Verbindungsstückes und konvexe Vorsprünge 52 an der Außenseite eines jeden Verbindungsstückes aufweist. Eine derartige Anordnung oder Verlagerung der konvexen Gebilde verläuft natürlich durch die Verbindungsstücke hindurch und ist mit entsprechendem Materialfluß durch die Verbindungsstücke zur Innenseite bzw. zur Außenseite verbunden, was dazu führt, daß im Bereich der Verbindungsstücke vergleichsweise hohe Spannungen oder Beanspruchungen (strain) auftreten . Diese Menge an Spannungen oder Beanspruchungen kann frei in Abhängigkeit von der erforderlichen Stichzahl und der Kalibergestalt in den Horizontal- und Vertikalwalzen des Universalgerüstes zum Einsatz gebracht werden.

Nach Abschluß des Walzens in den Vorgerüsten (roughing) werden die konvexen Vorsprünge in einem Fertig-Universalgerüst herabgesetzt, in welchem das Walzgut zu einem H-Träger mit den angestrebten Abmessungen ausgewalzt wird. Bei dieser Fertigwalzung werden die Verbindungsstücke gleichfalls stark beansprucht.

Im allgemeinen werden die Effekte materialler Stahlverbesserungen durch Warmverformung wie folgt klassifiziert. Der erste Effekt ergibt sich als Folge des Verformens in einem Temperaturgebiet, in welchem Austenit leicht rekristallisieren kann. Das Verformen in diesem Gebiet gestattet das Erzielen eines feinkörnigen Austenits als Folge wiederholter Eekristallisationsvorgange, wobei gleichfalls feinkörniger Ferrit nach entsprechender Umwandlung erhalten werden kann. Der zweite Effekt beruht auf dem Verformen in einem Temperaturbereich, in welchem

keine Austenit-Rekristallisation auftreten kann. Das Verformen in diesem Temperaturbereich führt zur Ansammlung von Spannungen im Austenit, ruft eine Deformations-

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zone hervor und führt dazu, daß der Austenit zur Zeit der Umwandlung der Ursprung von Ferritausscheidungen wird, so daß die Ferritkörner fein werden. In jedem dieser Temperaturgebiete trägt eine erhöhte Spannring oder Verformung zur Feinkörnigkeit des Ferrits bei, was zu verbesserten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften des Werkstoffs führt.

Fig. 9 veranschaulicht den inneren Metallfluß bei einem Stich für den Fall, daß ein durch ein Gerüst mit der in Fig. 7b gezeigten Kalibergestalt gewalztes Walzgut (nachfolgend) in einem Gerüst mit der in Fig. 7a gezeigten Kalibergestalt gewalzt wird. Fig. 10 zeigt den inneren Metallfluß bei einem Stich für den Fall, daß ein in einem Gerüst mit der Kalibergestalt gemäß Fig. 7b gewalztes Walzgut anschließend in einem Fertig-Universalgerüst ausgewalzt wird. In jedem Fall wird beim Walzen die vor dem Walzen vorliegende Gitterstruktur des Querschnitts in eine parallelogrammartige Struktur verformt, woraus hervorgeht, daß zusätzlich zu der Kompressionsbeanspruchung noch eine große Scherbeanspruchung aufgetreten ist. Fig. 11 zeigt die Spannungsverteilung über den Querschnitt bei einem Metallfluß entsprechend Fig. 10, beispielsweise für denjenigen Temperaturbereich, in welchem keine Austenit-Eekristallisation auftritt. Die Spannungsverteilung ist durch äquivalente plastische Verformungen angegeben. Das Schaubild zeigt die Beziehung zwischen den Größen der Spannungen an typischen Orten innerhalb des Spannungsverteilungsdiagramms und dem Grad der Ferrit-Feinkörnigkeit, wobei auf den Unterschied der Feinkörnigkeit abgestellt ist, die zum einen bei Ausführung des herkömmlichen Verfahrens und zum anderen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird. Die Angaben in dem Schaubild basieren auf JIS (japanische Industrienorm). Aus Fig. 11 wird deutlich, daß die Größe der Spannung in jeder Ortslage der Feinkörnigkeit des

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Ferritkorns entspricht und daß die Scherbeanspruchung wirksam zu einer Verfeinerung des Gefüges beiträgt.

Sotnit kann mit Hilfe der Erfindung die Größe oder Menge der Spannung bzw. der Beanspruchung des Verbindungsstücks hinreichend gesteigert werden und kann jede angestrebte Werkstoffgüte durch Einstellen der Kalibergestalt der Vorwalzuniversalgerüste, durch Wahl der geeigneten Stichzahl sowie durch Wahl der geeigneten Walztemperatur für jeden Stich erhalten werden.

Die in den Horizontalwalzen und Vertikalwalzen von Universalgerüsten auszubildenden konkaven Ausnehmungen können jegliche Gestalt aufweisen, sofern den beiden folgenden Bedingungen genügt wird. Erstens muß die Gestalt so gewählt sein, daß keine Schäden, wie Überwalzungen auftreten, wenn die ausgebildeten konvexen Gebilde des Walzguts bis zur Einebnung in nachfolgenden Gerüsten reduziert werden. Zweitens muß ein ausreichender Metallfluß in die Verbindungsstücke gewährleistet sein, wenn ein alternierendes Walzen mit Hilfe von zwei Vorwalzuniversalgerüsten durchgeführt wird.

Fig. 12 zeigt eine konkrete Kalibergestalt, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die in der Horizontalwalze 42 ausgebildeten konkaven Ausnehmungen 44 sind durch einen Kreisbogen rl gebildet, der durch Berührungspunkte mn hindurchgeht, in welchen ein Kreisbogen R an der Ecke der Horizontalwalze die Oberfläche und die Seiten dieser Horizontalwalze berührt. Ferner sind die Ausnehmungen 44 definiert durch einen gemeinsamen tangentialen Kreisbogen r2, der den Zweck hat, weiche Übergänge in den Schnittpunktberexchen zu bilden. Die Tiefe der konkaven Ausnehmungen 44 ist gleich dem Abstand d1 zwischen dem Schnittpunkt i des Kreis-

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bogens R und dem Schnittpunkt j des Kreisbogens r1, jeweils mit der Halbierungslinie des von der Oberfläche und der Seite der Horizontalwalze gebildeten Winkels.

Die in der Vertikalwalze 48 ausgebildete konkave Ausnehmunge 46 liegt in einem Abstand d2 von dem Scheitel-· punkt k des Mittelbereiches der Vertikalwalze und ist gebildet durch eine Gerade 1, die parallel zur Achse der Vertikalwalze verläuft, einen Kreisbogen r3, der durch den Schnittpunkt P der Oberfläche der Vertikalwalze und der von einem Punkt η auf der Horizontalwalze zu der Oberfläche der Vertikalwalze gezogenen Senkrechten hindurchgeht und die Gerade 1 gerührt. Ferner ist die Ausnehmung 46 definiert durch einen gemeinsamen tangentialen Kreisbogen r4, der den Zweck hat, im Bereich des Schnittpunktes P einen weichen Übergang herbeizuführen. Die Tiefe der konkaven Ausnehmung 46 der Vertikalwalze ist gleich dem Abstand d2.

Die Kreisbögen r2 und r4 haben jeweils eine geeignete Gestalt, um der oben erwähnten ersten Bedingung zu genügen. Außerdem ist wegen der vorstehend erwähnten zweiten Bedingung die Beziehung zwischen der Tiefe d1 der konkaven Ausnehmung 44 und der Tiefe d2 der konkaven Ausnehmung 46 so bestimmt, daß das Zweifache der Querschnittsfläche der konkaven Ausnehmung 44 nahezu gleich der Querschnittsfläche der konkaven Ausnehmung 46 ist und daß die Absolutwerte der Tiefen d1 und d2 in Abhängigkeit von der Spannungsgröße oder Beanspruchungsmenge gewählt werden, die für die Verbindungsstücke benötigt werden.

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INSPECTED

Die Gesamtquerschnittsfläche der konkaven Ausnehmung 44 in den Horizontalwalzen ist gleich der Querschnittsfläche der konkaven Ausnehmung 46 in der Vertikalwalze für den Fall, daß aufeinanderfolgende Walzungen mit Hilfe von zwei Vorwalzuniversalgerüsten durchgeführt werden. Erfolgt das Walzen demgegenüber mit lediglich einem Stich je Walzgerüst, so können die Querschnittsflächen von konkaven Ausnehmungen in in Walzrichtung nachfolgenden Walzgerüsten herabgesetzt werden, in Übereinstimmung mit der Querschnittsverminderung, die das Walzgut in jedem Walzgerüst erfährt.

Die Kombination der Kalibergestaltungen kann von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verschieden sein, so lange gewährleistet ist, daß die genannten ersten und zweiten Bedingungen erfüllt werden. So kann beispielsweise gemäß Pig. 13a eine Kombination aus konkaven Ausnehmungen 56 und 58, die in den Vertikalwalzen 54 bze. 55 ausgebildet sind, verwendet werden. Gleichfalls läßt sich gemäß Fig. 13b eine Kombination von konkaven Ausnehmungen 62 und 64 verwenden, die in den oberen und unteren Horizontalwalzen 60 bzw. 61 ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in jeder Walzwerkseinrichtung ausführen, sofern zwei oder mehr Universalgerüste zusätzlich zu einem Fertig-Universalgerüst vorgesehen sind. Die Fig. 14a, 14b und 14c zeigen Beispiele von Walzgerüstanordnungen. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 70 ein Brecherwalzwerk, das Bezugszeichen 72 ein Uhiversal-Vorwalzwerk (roughing universal mill), das Bezugszeichen 74 ein Kantenwalzwerk (edging mill) und das Bezugszeichen 76 ein Universal-Fertigwalzwerk.

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Bei der in Fig. 14a dargestellten Walzgerüstanordnung wird in einem Stich oder in zwei oder mehr Stichen mit Hilfe einer Universal-Vorwalzgerüstgruppe ausgewalzt, die aus dem Universal-Vorwalzwerk 72a mit der in Pig. 7a dargestellten Kalibergestalt, dem Kantenwalzwerk 74-a, dem Universal-Vorwalzwerk 72b mit der in Fig. 7b dargestellten Kalibergestalt und dem Kantenwalzwerk 7^b besteht. Die Fertigkwalzung erfolgt sodann mit Hilfe des Universal-Fertigwalzwerks 76, dessen Kaliber dem herkömmlichen Kaliber ähnlich ist. Bei der in Fig. 14b dargestellten Walzgerüstanordnung erfolgt das Auswalzen in einem oder in zwei oder sogar mehr Stichen mit Hilfe einer Universal-Vorwalzgerüstgruppe, die aus dem Universal-Vorgerüst 72a mit der in Fig. 7a dargestellten Kalibergestalt und den im Anschluß genannten Walzgerüsten besteht. Die Abmessungen r1, r2, R sowie d1 der konkaven Ausnehmungen 44 der Horizontalwalze 42 sind so gewählt, daß ein H-Profil mit den Abmessungen 400 χ 200 χ 8 χ 13 erhalten wird (Höhe: 400 mm; Flanschbreite: 200mm; Stegdicke: 8mm; Flanschdicke: 13 mm). r1 hat eine Abmessung von 36 mm, r2 hat eine Abmessung von 10 mm, E hat eine Abmessung von 19 mm und d1 hat eine Abmessung von 6 mm. Ferner gehören zu der Walzgerüstgruppe ein Kantenwalzwerk 7^-a und ein Universal-Vorwalzgerüst 72b mit der in Fig. 7b gezeigten Kalibergestalt, wobei die konkave Ausnehmung 46 der Vertikalwalze 48 folgende Abmessungen besitzt: r3 = 40 mm, r4 = 25 mm und d2 = 8 mm. Das Auswalzen in einem Stich erfolgt sodann mit Hilfe einer Universal-Fertiggerüstgruppe, die aus einem Universal-Vorgerüst 72c mit der in Fig. 7a dargestellten Kalibergestalt oder einer herkömmlichen Kalibergestalt, einem Kantenwalzwerk 7^b und einem Universal-Fertiggerüst 76 besteht. Die in *ig. 14c dargestellte Walzanordnung

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ist ein Beispiel für eine vollständig kontinuierlich arbeitende Walzwerksanordnung, bei v/elcher das Universal-Vorgerüst 72-1 die in Fig. 7b dargestellte Kalibergestalt aufweist. Das in Fig. 14c dargestellte Universal-Vorwalzwerk 72-2 besitzt die in Fig. 7b dargestellte Kalibergestalt und das Universal-Fertiggerüst 76 hat eine konventionelle Kalibergestalt. Werden die in den Fig. 7a und 7b dargestellten Kalibergestalten alternierend in wenigstens zwei oder mehr aufeinanderfolgenden ühiversalgerüsten benutzt, so können in Walzrichtung davor-und dahinterliegende Universalgerüste eine herkömmliche Kalibergestalt aufweisen.

Versuchsergebnisse an erfindungsgemäß gewalzten H-Trägern sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt.

Die bei der Versuchsdurchführung verwendete Walzenanordnung entspricht der in Fig. 14b dargestellten. Die Kalibergestalt des Universal-Vorgerüstes 72a entspricht der in Fig. 7b dargestellten Kalibergestalt und die Kalibergestalt des Universal-Vorgerüstes 72b entspricht der in Fig. 7a dargestellten Kalibergestalt. Die Kalibergestalt des Universal-Vorgerüstes 72c entspricht der in Fig. 7b dargestellten Kalibergestalt und das Fertig-Universalwalzgerüst 76 hat eine herkömmliche Kalibergestalt. Es wurde in drei Stichen in jsiner Universal-Vorwalz-Gerüstgruppe gewalzt, die aus dem Universal-Vorgerüst 72a, dem Kantenwalzwerk 74-a und dem Universal-Vorwalzgerüst 72b bestand. Die einstichige Fertigwalzung erfolgte auf dem Universal-Vorwalzgerüst 72c, dem Kantenwalzwerk 74b und dem Universal-Fertiggerüst 76- Wie aus Tafel 1 ersichtlich, ergibt sich aus einer Gegenüberstellung von erfindungsgemäß gewalzten Η-Trägern mit auf herkömmliche Weise gewalzten Η-Trägern, daß die Verbindungsstücke (Fillets) sowohl bessere Festigkeiten als auch bessere Zähigkeiten haben, wobei die Verbindungsstücke Meßergebnisse aufweisen, die den an den Flanschen bei der

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gleichen Fertigwalztemperatur ermittelten Ergebnissen nahekommen. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend erörterten Ausfuhrungsbeispiele beschränkt ist, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren zum Herstellen von Η-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften des Verbindungsstückes zwischen dem Steg und den Flanschen aus Universal-Walzgerüsten. Beim Vorwalzen werden symmetrischkonvexe Gebilde mit im wesentlichen übereinstimmenden Querschnitten jedoch unterschiedlicher Ortslage in unterschiedlichen Gerüsten alternierend in wenigstens der Außenseite oder der Innenseite des Steges und der Plansche des Walzgutes ausgebildet, um einen Metallfluß in die Verbindungsstellen zwischen Steg und Flanschen zu erzwingen, wodurch die Spannung oder Beanspruchung in diesen Verbindungsstücken erhöht wird. Beim Fertigwalzen werden die während des Vorwalzens erzeugten konvexen Gebilde beseitigt, so daß ein H-Träger mit den angestrebten Sollabmessungen erzeugt wird.

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Tafel 1

Abmessungen	Vorgerüst 72a (3. Stich)	4-00 χ 200 χ 8 χ 13	SS41	erfindungs gemäß	SM50A	erfindungs gemäß
Norm (JIS G31O1-1976)	Vorgerüst 72c	0:0,19 Si; 0,07 Mn:0,61 P:0,021 S:0,015	920⁰C	0:0,18 Si:0,21 Mn:1,25 P:0,023 S:O,O13	92O°C
Chemische Zusammensetzung der Stähle (%)	Fertiggerüst 76	herkömm lich	905⁰C	herkömm lich	900⁰C
Arbeitsweise	Streckgrenze	88O⁰C	875°C
Temperatur des Verbindungs Stücks	Zugfestigkeit	30,6 kg/mm² 33,5 kg/mm²	36,5 kg/mm² 39,0 kg/mm²
Werkstoff des Verbindungsstücks	Übergangstemperatur bei Kerbschlagversuch	45,0 kg/mm² 45,7 kg/mm²	53,0 kg/mm² 53,8 kg/mm²
Werkstoff des Flansches mit gleicher Fertig walztemperatur	Streckgrenze	+5°C -10⁰C	-15⁰C -32,5⁰C
Zugfestigkeit	33,2 kg/mm²	39,2 kg/mm^
Ubergangstemperatur bei Kerbschlagversuch	46,0 kg/mm²	54,2 kg/mm²
-10⁰C	-30°C

CO OD CO CD O

-Zi-

Leerseite

Claims

A. GRUNECKER

OPL-INQ

H. KINKEUDEY

DB-ING

W. STOCKMAIR

ONING M6CALICO«

K. SCHUMANN

or neu Nat OPl-WVS

P. H. JAKOB

OPL-ING

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

11. Sept. 1979 P 14 266-53/He

KAWASAKI STEEL CORPORATION Kobe (Japan)

Verfahren zum Herstellen von Η-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften mit Hilfe von Universal-Walzgerüsten

Patentansprüche

^/Verfahren zum Herstellen von H-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften im Bereich des Verbindungsstückes zwischen dem Steg
und den Flanschen mit Hilfe von Universal-Walzgerüsten, mit einem Brecher-Walζvorgang und einem Vorwalzvorgang, bei welchem das Walzen in wenigstens einem Stich in zwei oder mehr Universal-Vorwalzgerüsten erfolgt, dadurch
gekennzeichnet , daß symmetrisch-konvexe Gebilde mit im wesentlichen gleicher Querschnittsgestalt und unterschiedlicher Ortslage in unterschiedlichen
Gerüsten alternierend wenigstens in den Innenseiten oder den Außenseiten des Steges und der Flansche des Walzgutes erzeugt werden, um einen Metallfluß in die Verbindungsstücke zwischen dem Steg und den Flanschen zu erzwingen, so daß im Bereich der Verbindungsstücke größere Spannungen

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bzw. Beanspruchungen hervorgerufen werden, und daß diese während des Vorwalzens gebildeten konvexen Gebilde während der Pertigwalzung beseitigt werden, so daß maßhaltige H-Träger erzeugt v/erden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorwalzen einen Verfahrensschritt umfaßt, bei welchem das Walzen in einem Universalgerüst erfolgt, welches eine Horizontalwalze (42) mit im Querschnitt ausgebildeten konkaven Ausnehmungen (44) an der Innenseite eines jeden Verbindungsstückes und eine Vertikalwalze (16) mit einem ohne konkave Ausnehmungen versehenen Querschnitt aufweist, und einen Verfahrensschritt aufweist, bei welchem das Walzen in einem Universalgerüst erfolgt, welches eine Vertikalwalze (48) aufweist, in deren Querschnitt eine konkave Ausnehmung (46) in der Nähe der Außenseite des Verbindungsstückes des ausgewalzten Walzgutes vorgesehen ist, wobei die beiden Arbeitsweisen alternierend ausgeführt werden.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in der Horizontalwalze (4-ä) ausgebildeten konkaven Ausnehmungen (44) durch einen Kreisbogen τΛ gebildet sind, der durch Berührungspunkte m. und η geht, an welchen ein Kreisbogen r in der Ecke der Horizontalwalze die Oberfläche und die Seiten der Horizontalwalze berührt, und ferner definiert ist durch einen gemeinschaftlichen tangentialen Kreisbogen r2, der vorgesehen ist, um den Bereich der Schnittpunkte zu glätten, und daß die in der Vertikalwalze (4-8) ausgebildete konkave Ausnehmung (46) durch eine Gerade 1 parallel zur Achse der Vertikalwalze, einen Kreisbogen r3, der durch den Schnittpunlt P der Oberfläche der Vertikalwalze und eine vom Punkt η auf der Horizontalwalze zu der Oberfläche der Vertikalwalze gezogene

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Senkrechte geht, die die Gerade 1 "berührt, sowie durch einen gemeinschaftlichen tangentialen Kreisbogen r4 definiert ist, der vorgesehen ist, um den Bereich des Schnittpunktes P zu glätten.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gesamtquerschnittsfläche der konkaven Ausnehmungen (4-4) nahezu gleich der Querschnittsfläche der konkaven Ausnehmung (46) ist.
5- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorwalzen einen Verfahrensschritt umfaßt, bei welchem das Walzen ausgeführt wird mit einem Universalgerüst, welches eine Vertikalwalze (5*0 besitzt, deren Querschnitt oberhalb der Nähe der Außenseite des Verbindungsstückes des zu walzenden Walzgutes eine konkave Ausnehmung (56) aufweist, sowie einen Verfahrensschritt aufweist, bei welchem das Walzen mit Hilfe eines Universalgerüstes erfolgt, das eine Vertikalwalze (55) besitzt, in dessen Querschnitt eine konkave Ausnehmung (58) unterhalb der Nähe der Außenseite des Verbindungsstückes des ausgewalzten Walzgutes vorgesehen ist, wobei die beiden Walzschritte alternierend ausgeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwalzen einen Walzschritt umfaßt, bei welchem das Walzen mit Hilfe eines Universalgerüstes ausgeführt wird, das eine obere Horizontalwalze (60) besitzt, deren Querschnitt konkave Ausnehmungen (62) oberhalb der Innenseite eines jeden Verbindungsstücks des auszuwalzenden Walzgutes besitzt, sowie eine untere Horizontalwalze (14) mit einem keine konkaven Ausnehmungen aufweisenden Querschnitt, sowie einen Verfahrensschritt umfaßt, bei welchem das Walzen in einem Universalgerüst erfolgt, welches eine untere Horizontalwalze (61) mit

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im Querschnitt ausgebildeten konkaven Ausnehmungen (64) unterhalb der Innenseite eines jeden Verbindungsstücks des auszuwalzenden Walzgutes besitzt sowie eine obere Horizontalwalze (14) aufweist, deren Querschnitt keine konkaven Ausnehmungen aufweist, wobei die beiden Verfahrensschritte alternierend ausgeführt werden.
7· Vorrichtung zum Erzeugen von Η-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften der zwischen dem Steg und den Flanschen liegenden Verbindungsstücke, gekennzeichnet durch ein Brecherwalzwerk (70), ein Uhiversal-Vorwalzwerk (72a) mit einer Horizontalwalze, deren Querschnitt an der Innenseite eines jeden Verbindungsstücks des auszuwalzenden Walzgutes konkave Ausnehmungen aufweist und einer Vertikalwalze, deren Querschnitt keine konkaven Ausnehmungen aufweist, ein Kantenwalzwerk (74a), ein Universal-Vorwalzwerk (72b), mit einer Vertikalwalze, deren Querschnitt eine konkave Ausnehmung in der Nähe der Außenseite des zu walzenden Walzgutes aufweist sowie einer Horizontalwalze, deren Querschnitt keine konkaven Ausnehmungen aufweist, und durch ein Universal-Fertigwalzwerk (76).
8. Vorrichtung zum Erzeugen von Η-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften im Bereich der zwischen dem Steg und den Flanschen vorhandenen Verbindungsstücke, gekennzeichnet durch ein Brecherwalzwerk (70), ein Universal-Vorwalzwerk (72a) mit einer Horizontalwalze, in deren Querschnitt konkave Ausnehmungen an der Innenseite eines jeden Verbindungsstücks des zu walzenden Walzgutes vorgesehen sind, sowie einer Vertikalwalze mit einem keine konkave Ausnehmung aufweisenden Querschnitt, ein Kantenwalzwerk (74a), ein Universal-Vorwalzwerk (72b), mit einer Vertikalwalze mit einem Querschnitt, in welchem

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eine konkave Ausnehmung in der Nähe der Außenseite des Verbindungsstücks im auszuwalzenden Walzgut vorgesehen ist, sowie einer Horizontalwalze, deren Querschnitt keine konkave Ausnehmung aufweist, ein Uhiversal-Vorwalzwerk (72c) mit der gleichen Kalibergestalt wie das Universalwalzwerk (72a) oder einer herkömmlichen Kalibergestalt, ein Kantenwalzwerk (74-b) und durch ein Universal-Fertigwalzwerk (76).

9· Vorrichtung zum Herstellen von H-Trägern mit ausgezeichneten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften im Bereich der zwischein dem Steg und den Flanschen vorhandenen Verbindungsstücke, gekennzeichnet durch ein Brecherwalzwerk (70), ein Universal-Vorwalzwerk (72-1) mit einer Horizontalwalze, in deren Querschnitt konkave Ausnehmungen an der Innenseite eines jeden Verbindungsstückes des zu walzenden Walzgutes vorgesehen sind, einer Vertikalwalze, in deren Querschnitt keine konkave Ausnehmung vorgesehen ist, und ein Universal-Vorwalzwerk (72-2), welches eine Vertikalwalze aufweist, in dessen Querschnitt eine konkave Ausnehmung in der Nähe der Außenseite des zu walzenden Walzgutes vorgesehen ist, und welches eine Horizontalwalze aufweist, deren Querschnitt keine konkave Ausnehmung besitzt, wobei die Universal-Vorwalzwerke abwechselnd mit einem zwischengeschalteten Kantenwalzwerk (74—1) angeordnet sind, durch ein Kantenwalzwerk (74—n) und durch ein Universal-Fertigwalzwerk (76).

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