DE3107669A1

DE3107669A1 - Verfahren zur herstellung von walzstahl mit einer guten schweissbarkeit, einer hohen elastizitaetsgrenze sowie einer prallelastizitaet bei sehr niedrigen temperaturen

Info

Publication number: DE3107669A1
Application number: DE19813107669
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Esch Alzette Beck; Armand Luxembourg Frantz; Jean de Belvaux La Hamette; Guy Lessel; Arthur Esch Alzette Schummer
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1982-02-25
Also published as: ES8207586A1; FR2481321B1; ATA99981A; SE8100496L; IT8026926A0; ES501716A0; IT1209295B; GB2075390A; AU542064B2; FR2481321A1; CH640569A5; AT382642B; AU6911281A; CA1159286A; GB2075390B; NL8100232A; BR8100215A

Description

Verfahren zur Herstellung von Walsstahl mit einer guten Schweißbarkeit, einer hohen Elastizitätsgrenze sowie einer Pral!elastizität bei sehr niedrigen Temperaturen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sur Herstellung von Walsstahl, in besonderen Betonbewehrungsstab)^ mit einer guten Schweißbarkeit, einer hohen Elastizitätsgrenze sowie einer Prallelaatizität bei sehr niedrigen Temperaturen.

Es ist bekannt, daß runder Bewehrungsstahl herkömmlicher Fertigung mit einer Elastizitätsgrenze in der Größen-

Ordnung von 400 N/mm nur eine sehr geringe Zähigkeit besitzt. So liegt dort die Übergangstemperatur bei einen Prallversuch nach Charpy V bei 35 J/cm in der Größenordnung von 420⁰C* Hieraus folgt, daß diese Produkte lediglich eine geringe Bruchfestigkeit bei niedrigen Temperaturen besitzen.

In der Vergangeheit war die Prallelastizität nach Charpy V

2
bei 35 J/cm und bei Temperaturen in der Größenordnung von -196°C keine Bedingung für die normale Verwendung von Walzstahl, wie Bewehrungsstahl. Nun hat die kUrzliche Entwicklung der Herstellungstechnologie im besonderen hinsichtlich der Lagerung von verflüssigtem Gas zu der Notwendigkeit geführt, hinreichend große Mengen von Sehr kältebeständigem Walzetan1 sur Verfugung zu stellen· So

NACHQERE'CHT

1st z. B. vorgesehen, «us Sicherheitsgründen die Lagerreservoirs für verflüssigte Gase mit einer Umhüllung aus bewehrtem Beton zu verstürben« analog zu den Sicherheitsmaßnahmen, wie sie Im Bereich der Kernreaktoren gelten·

Damit sie sich für die Verwendung hinsichtlich der Bewehrung der Umhüllungen der Behälter für verflüssigtes Gas eignen, die Temperaturen von -5O°C bis -196⁰C ausgesetst sind, müssen die BewehrungsstabIe neben einer adäquaten Prallelastizität im Inneren eine zufriedenstellende Schweißbarkelt aufweisen, was mit einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,2 * verbunden 1st. Nun werden die bekannten BewehrungsstXhle, die einen Kohlenstoffgehalt von 0,16 bis 0,2 % besitzen, einer Kaltdrallung unterworien, wodurch »war einerseits eine zufriedenstellende Elastizitätsgrenze herbeigeführt wird, während jedoch hierdurch andererseits eine geringe Zähigkeit, im besonderen bei niedrigen Temperaturen, bewirkt wird»

Man hat ebenso versucht, beispielsweise während der Herstellung der Bewehrungsstähle, mit einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,20 %, diese einer Behandlung mit einer intensiven OberflächenabhUhlung beim Verlassen der Waisen au unterziehen, sozusagen als Nachvergütung. Hierdurch wird es möglich, schweißbaren und zähen Bewehrungsstahl zu erhalten, ohne daß die Stühle jedoch Übergangstemperatüren nach Charpy V 35 j/cm merklich besser als -50°C aufweisen.

Bis hierher bieten nur die Bewehrunqsstähle, die «us einem Legierungsstahl von 9 % Nl₁ dec einer Doppelnormalisierung gefolgt von einer Vergütung unterworfen wurde, oder einer Härtung gefolgt von einer Vergütung, hergestellt worden sind, eine minimale Pral!elastizität nach Charpy V 35 J/cjb² bis - 196°C*

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde* ein Verfahren zur Herstellung von Walzstahl mit den eingangs genannten Kriterien au schaffen, wobei das Verfahren aus der Walzwärme heraus durchführbar sein soll, vorzugsweise «us einem stahl, der ein Minimum teurer Leglerungselementa enthalt, um somit die Kosten der sich ergebenden Walzprodukte zu verringern·

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale· Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man einen Stahl, der Kohlenstoff (C), Mangan (Mn), Silizium (Si), Alluminium (Al) und Niobium (Nb) enthält, wobei man diesen Stahl walzt und darauf achtet, daß das Verjüngungsmaß während der letzten drei Durchgänge mehr als 20 % beträgt, und daß man die Temperaturen für die behandlung vor (Tl), während (T2) und nach (T3) dem Walzen des Produktes mit dem Durchmesser (D) in der Weiee steuert, daß sichergestellt ist,

daß die Glas till tu tmjrenze (LE) und die PrallelastizitKt bei -120⁰C (KCV) die folgenden Gleichungen erfüllt:

LE - 1035 ♦ 510 C ♦ 192 Mn + 2270 Nb - 0,21 Tl - 0,42 T2 - 0,48 T3 - 3,51 0

und

KCV · 2202 - 2066 C + 23,20 Mn - 2064 Nb - 0,77 Tl - 1,24 T2 - 0,23 T3 - 1,98 D

sur Erzielung der gewünschten angehobenen Werte·

Wohlgemerkt variieren die Konzentrationen der vorhandenen oder zugegebenen Elemente wie auch die Temperaturen der verschiedenen Behandlungsphasen nur Innerhalb bestirnter Grenzen.

Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Stahle wurde aufgrund Im Laufe zahlreicher Versuche gesammelter Ergebnisse be· ti runt, die gezeigt haben, daß der Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,20 % umso niedriger sein soll, je

niedriger die Obergangetemperatüren angestrebt werden· So begrenzt man beispielsweise den Kohlenstoffgehalt vorzugsweise auf maximal 0,08 % für eine Übergangstemperatur nach Charpy V 35 J/cm² bei -140°C.

Bin Mangangehalt in der Größenordnung von 1,7 % verleiht dem Stahl die gewünschte Prallelaetizitat und verbessert seine z&hlgkeit ebenso wie ein Siliziumgehalt in der Größen-

319766?

NACHGEREICHT

Ordnung von 0,3 * vorteilhaft ist für die Verstärkung der Festigkeit.

Andererseits ist es wichtig, den feinkörnigen Stahl mit Alluminlum zu beruhigen, um die Schweißbarkeit eu verbessern und die Alterungeneigung wesentlich zu verringern· Die Verfeinerung des Korns hebt andererseits die Elastialtut»grenz« wie auch die Zähigkeit.

Das Nb und eventuell das V und/oder das Mo grantieren eine erhöhte Elastizitätsgrenze im besonderen der Bewehrungsstähle mit großem Durchmesser.

Gemäß der Erfindung wird das Produkt eines) theraomechanlschen, besonders festgelegten Zyklus unterworfen, in Laufe dessen die Temperatur des Produktes bei allen Vorgingen vor, während und nach dem Walzen gesteuert wird, wobei das Verminderungsausmaß während dieser Durchgänge wichtig ist und vorzugsweise oberhalb von 20 % liegt.

Es ist su betonen, daß der besondere thermomechanische Zyklus, der Bestandteil des Verfahrens gemgß der Erfindung ist, eine.äußeret feine Kornstruktur im Inneren des Produktes erzielt, wodurch die Prallelastisitüt bei sehr niedrigen Temperaturen im Inneren des gewalzten Produktes garantiert 1st« Um zu diesem Resultat zu gelangen, wühlt man einerseits die Temperatur des G£ens genau entsprechend den fachmännischen Regeln, um eine Vergrößerung des Kornes

nachgereicht!

dee Zwischenprodukte» zu vermeiden· Andererseits soll die Temperatur eu Beginn dee Walzens so hoch »ein, daß man zu Beginn des Walsvorgange» eine beträchtliche Kornverfeinerung ersielt und eine zu bedeutende Rekristallisation vermeidet.

Vor den drei letzten Walzdurchgängen unterzieht man den Stahl einer raschen Abkühlung in einer Abschreckzone bis zu einer Temperatur in der Nähe des Transormationspunktes Ar3.

Die AbkUhlungsbehandlung am Ausgang der walzen besteht aus einem weiteren energischen Abschrecken des Produktes, bis die Temperatur im Inneren niedrig genug ist, um Jegliche Rekristallisation zu verhindern.

Öle Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man die getrennt realisierbaren, vorteilhaften Wirkungen dank einer genauen Auswahl der zugesetzten chemischen Elemente mit den jeweils bestimmten Gehalten des Stahls kornblniert mit den Effekten einer gesteuerten Zwischenwirkung der Temperaturentwicklung des Produktes im Laufe der Herstellung und dem Verjüngungsmaß während des Walzens.

Das erhaltene Ergebnis wird im besonderen durch die extrem feine Konngröße des Endproduktes verkörpert.

Um die Prdukte mit übergang»temperatüren von weniger als

NACHGEREICm

-140° C leichter zu realisieren, kann man gemäß der Erfindung einen Stahl verwenden, der Nickel mit einem Gehalt in der Größenordnung von 5 %, aber weniger als 10 % aufweist. Wenn ein solcher Stahl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt wird, erhält man eine Prallelastizität nach Charpy V 35 J/cm² von -196°C.

Die Vorteile de* erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der nachfolgend gegebenen Sechs Beispiele deutlicht

1. Das Waisen eines normal harten Stahls als Bewehrungsstab (C **O,35 %) führt zu einem frodukt mit zufriedenstellenden Zugfeetigkeitseigenschaften und In besonderen einer 400 MPa überschreitenden Elastizitätsgrenze·

Indessen liegt die Übergangstemperatur für den Charpy V Versuch für ein Energieniveau von 35 J/cm nur bei +20⁰C. Dieser Stahl besitzt keine Zähigkeit bei einer niedrigen Temperatur. Die Schweißbarkeit ist mittelmäßig.

2. Ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt, der auf 0,18 % begrenzt ist, und dem Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung vor, während und nach dem Walzen ausgesetzt wurd«, besitzt in gleicher Weise zufriedenstellende Zugiestigkeitseigenschatten. Eine deutliche Verbesserung in bezug auf Baispiel 1 wird im Hinblick auf die Dehnung geschaffen und im besonderen auf die Übergangs-

-'- \ NACHGEREICH1

temperatur, die auf -6O°C absinkt. Der Stahl erweist eich al« schweißbar.

3· Die Verwendung eines Utahla mit der chemischen Zusammen setxung entsprechend dem vorliegenden Anspruch, der jedoch nicht der Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen wurde, führt su unzureichenden mechanischen eigenschaften unter dem Gesichtspunkt der Elastixltätsgrense und der Festigkeit. Die Dehnung ist erhöht· Die Übergangstemperatur ebenfalls ohne Behandlung befindet sich indessen schon in etwa auf dem gleichen Niveau, wie diejenige des Beispiels 2, wo die Behandlung gemäß der Erfindung vor, wahrend und nach dem Waisen durchgeführt wurde·

4. Die Kombination der ehemischen Zusammensetzung und der Behandlung vor, wahrend und nach dem Waisen gemäß der Erfindung führt su einer Verdopplung der angestrebten Verbesserung, nämlich;

- die mechanischen eigenschaften sind zufriedenstellend und die Dehnung erhöht.

- die Übergangstemperatur sinkt auf die sehr niedrige Temperatur von -14O°C ab«

5. Ein Stahl mit «inen Nickelgeaalt von 9 % in normalem heißen WalBEUStand besitzt eine Übergangstemperatur nach Charpy V 35 J/cm² von -SO⁰C.

6. Der gleiche Stahl mit einem Nickelgehalt von 9 %, bei welchem eine Pral!elastizität bei -196°C normalerweise nur realisierbar 1st mit Hilfe «lner beschwerlichen thermischen Behandlung (Doppelnormalleierung und Vergütung oder HHrtung und Vergütung), macht es möglich» bei einer Übergangstemperatur von -196°C anzukommen! wenn man die vorerwähnte Behandlung vor, während und nach dem Walsvorgang anwandet·

Die sechs Beispiele sind in der angehefteten Tabelle4kurz susammengefaßt·

FUc das Verfahren gemäß der Erfindung wird die Bedeutung der chemiechen Zusammensetzung des Stahls wie auch die Steuerung der Temperaturen während der Herstellungsvorgänge und die dem Waisen folgende rasche Abkühlung durch die nachfolgen» den Versuche deutlich:

1· Ein Stahl mit natürlicher Härte als Bewehrungsstab (C ** O,35 %), der gemäß dem Verfahren der Erfindung behandelt ist, wird im Inneren gehärtet. Dieser Stahl zeigt eine angehobene eiastiait&tagrenze, während Jedoch die Dehnbarkeitseigenschaften sehr schwach sind·

NACH(3EREIC:-i"«

Bel de« Charpy V Versuch bei Umgebung»temperatur kam

das Energieniveau nicht an 35 J/cm vorbei·

2« Ein Stahl mit der chemischen Zusammensetzung entsprechend der vorliegenden Vorschrift₍ jedoch ohne die Anwendung der Behandlung gemäß der Erfindung, besitzt unzureichende mechanische Eigenschaften im Hinblick auf die Elastizitätsgrenze und die Festigkeit. Die Übergangs temperatur der Charpy V Orallelastlzitat liegt bei 60°.

3· Der gleiche gewalzte Stahl ohne thermowechanischa Behandlung, Jedoch mit einer Abschreckung nach dem Waisen, zeigt eine höhere Elastizitätsgrenze und Festigkeit als bei dem Beslpiel 2. Die Übergangstemperatur (-75⁰C) 1st

ebeebenfalls hinsichtlich des Beispiels 2 verbessert.

4« Bei dem in dem Schema offenbarten Beispiel 3 mit einer thermomechanisehen Malzung, jedoch nur für die letzten Durchgänge, sind die Elastizitätsganze und die Festigkeit noch mehr verbessert· Dies gilt auch für die Übergangstemperatur (-1Ou⁰C).

5· Eine thermomechanisehe Behandlung während des gesamten Walzvorganges, jedoch ohne Abschreckung nach dem Walzen, führte zu einem Absenken 4er Elastizitätsgrenze und der Festigkeit in bezug #uf die Beispiele 3 und 4. Öle

ο ι υ / υ υ ο

NACHGEREICHT

Übergangstemperatur ist jedoch noch verbessert (-115⁰C)·

6. Die besten Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Stahls mit der wie vorliegend vorbeschriebenen chemischen Zusammensetzung erhält man bei der Behandlung gemäß der Erfindung vor, während, und nach dem Waisen, d. h. :

die mechanischen Eigenschaften sind aufriedensteilend und die Dehnung ist erhöht}

die Übergangstemperatur der Prallelastizität nach Charpy V ist sehr niedrig.

Die vorgenannten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Ta« belle 2 kurz »usaramangefft dargestellt.

Obwohl die vorangehende Beschreibung auf die Herstellung von runden Bewehrungsstählen bezogen ist» kann das erflndungsgemäße Verfahren auch auf andere handelsübliche Stähle angewendet werden, seien sie rundgeglättet, flach, quadratisch, winklig, profiliert oder als Blech gewalzt, soweit man eine Kombination von Schweißbarkeit, hoher Elastizitätsgrenze und Prallelastizität bei sehr niedrigen Temperaturen in einen Produkt anstrebt.

Tabelle 1

Beispiel	Nr·	C Halb	1	2	3	4	5	6
Stahltyp		- 0,35 % beruhigt	C - 0,18% halb beruhigt	C · 0,08 * beruhigt	C « 0,08 % beruhigt	9 % Ni beruhigt	9 % Ni beruhigt

Behandlung gemäß der Erfindung, voi, während und nach dem Walzen

nein

Elastizitätsgrenze (MFa)

440

470

320

490

89C

710

> 1*1

Festigkeit
(MPa)

€50

570

590

570

IClO

Dehnung
10 d X

13

25

30

13

Übergangstemperatur (⁰C)
Prallversuch nach Charpy V bei 35 J/cm⁴

+2O

-60

.60

-140

-50

-196

0 m

B 0

Tabelle 2

Beispiel Nr.	1	gesteuert	2	3	C	gest.	4	5	6
Stahltyp	C - 0,35 % halb beruhigt	Ja	C - 0,05 X beruhigt Al			C - 0,05 % beruhigt Al	C »0,05 % beruhigt Al	C « 0,05 % beruhigt Al
Ofen temperatur	gesteuert	120O°C	C - 0,05 % beruhigt Al	gest.	I2eo°c	ges teuer t	gesteuert
Temperatur beim _ae3teuert Beginn d· walzens 's"¹*"⁶¹¹·	nicht gesteuert	12OO°		nicht gest.	gesteuert	gesteuert
Zwiwchenabschreckung ja	nein	nicht	Ja	Ja	Ja
Temperatur am Ende d« walzens	nicht gest.	nein	gesteuert	gesteuert	gesteuert
Abschreckung nach d. Walzen	nein	nicht	Ja	nein	Ja
Ja

Teeperatur nach d« Abschrecken gesteuert nach deei Walzen

gesteuert gesteuert

gesteuert

Elas tisitätsgren- se (MPa)	980	320	430	470	380	490
Festigkeit (HPa) §	98O	480	530	550	465	580
Dehnung (5d) %	5 %	34 %	32 %	31 %	36 %	32 X

Übergangs temperatur C⁰C) Prallversuch nach Charpy V bei 35 J/c*²

♦ 2 C

-60⁰C

-75°C

-10O⁰C

-140°C

Claims

16.10. NACHGEREICHT PATIiNIAN WALTE DR. KARL TH. HEGEL DIPL.-ING. KLAUS DlCKEL IIALBMONDSWUG 49 2UOÜ HAMBURG TtLUiON (04U) 8806463 iULlUS-KRliiS-STRASSI·: 33 8ÜÜÜ MÜNCHEN THLI-FUN (089)885210 /UGl-LASSI-N BIiIM HUROI'ÄISC HLN PATHN IAM Γ ILLI-URAMM-ADKIiSSI:. DOtLLNIiR-CATI-NI MÜNCHEN 11 KNSCUKI IbIK 5il6 7.Wili.al ü IHR /LICHtN UNShK/EICIIbN: H 3108 8000 MÜNCHI-N, DUN ARBED S.A. Avenue de la Liberte Luxemburg Verfahren zur Herstellung von Walzstahl mit einer guten Schweißbarkeit, einer hohen Elastizitätsgrenze sowie einer Prallelastizität bei sehr niedrigen Temperaturen Patentansprüche

1. Verfahren aur Herstellung von Walsr.stahl, im besonderen Betonbewehrungsstahl, mit einer guten Schweißbarkeit, einer hohen Elastizitätsgrenze sowie einer Prallelastizität bei sehr niedrigen Temperaturen, dadurch q e k e η η -

PUSTSClIhCKKONTO: HAMBURG 2·>Ι22υ·2ϋ5 DANK URLSUNtRBANKAO. HAMHlIRO KlO-NR iHMüil iBL/ 2UU»UUDU|

MOS ISCIILC KKON K): MÜNCHEN 8B8-HU2 BANK DL-U ISCHt BANK ACi. MUNCIIhN KIt)-NR 668IUUIlBL/ 7UU7(JUlU)

I V IUUW

NACHQEREICH1

zeichnet , daß man einen Stahl verwendet, der Kohlenstoff (C), Mangan (Mn), Silizium (Si), Alluminium (Al) und Niobium (Nb) enthält, wobei man diesen Stahl walzt mit der Maßgabe, daß das Verjüngunqsmaß während der drei letzten Durchgänge mehr als 20 % beträgt, und daß man die Temperaturen für die Behandlung vor (Tl), während (T2) und nach (T3) dem Walzen des Produktes mit einem Durchmesser (D) in der Weise steuert, daß sichergestellt ist, daß die Elastizitätsgrenze (LE) und die Prallelastizität bei - 120° C (KCV) die folgenden Gleichungen erfüllt:

LE - 1035 + 510 C + 192 Mn + 2270 Nb - 0,21 Tl - 0,40 T2 - 0,48 T3 - 3,51 D

und

KCV = 2202 - 2066 C + 23,20 Mn - 2064 Nb - 0,77 Tl - 1,24 T2 - 0,23 T3 - 1,98 D

zur Erzielung der gewünschten angehobenen Werte«

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Kohlenstoffgehalt wählt, der unterhalb 0,20 % liegt, und umso niedriger ist, je niedriger die Übergangstemperatur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Elastizitätsgrenze des Stahls anhebt, indem man die Korngröße verringert durch Beruhigen mit Hilfe von Alluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,03 %.

NACHGEREICHT

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η selchnet , daß man einen Gehalt an Nickel auswählt, der geringer ist als 10 %, und umso höher liegt, Je niedriger die Übergangstemperatur sein soll.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß «an die Temperatur zu Beginn des Walzens so einstellt, daß im Ofen eine gesteuerte Temperatur vorliegt, die geringer ist als 120O⁰C.

6. Verfahren nach eine* der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennseichnet , daß man vor den drei letsten Walsdurchgängen eine rasche Abkühlung des Stahls durchführt bis su einer Temperatur, die de« Traneformationspunkt Ar3 entspricht·

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennselchnet, daß nan sum Abschluß des Walsvorganges eine energische /bkUhlung des Stahle bis auf eine Temperatur im Inneren vornimmt, die niedrig genug 1st, daß jegliche Rekristallisation verhindert wird.