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Die Verwendung von Form-, Stab- oder Breiteisen, Blechen u. dgl. aus
Chrom-Kupfer-Stahl Im Großstahlbau, vorzugsweise im Brückenbau, wurde in den -letzten
Jahren in steigendem Maße die Forderung nach Stählen erhoben, die eine höhere Zugfestigkeit
und vor allen Dingen eine höhere Streckgrenze besitzen als der bis vor einiger Zeit
fast ausschließlich verwendete weiche Flußstahl, ohne daß Dehnung und Zähigkeit
gegenüber diesem weichen Flußstahl nennenswert herabgesetzt sind. Solche höherwertigen
Baustähle sind dann entwickelt worden, einmal auf dem altbekannten Wege durch Erhöhung
des Kohlenstoffgehaltes, dann aber auch durch Erhöhung anderer Legierungselemente,
wie z. B. des Siliciums. Die bisher beschrittenen Wege haben jedoch eine optimale
Lösung der vorstehend gekennzeichneten Aufgabe keineswegs gebracht; jede Erhöhung
des Kohlenstoffgehaltes ist zwangsläufig mit einer nicht unerheblichen Verminderung
der Dehnung und Zähigkeit verbunden. Ferner wird die Streckgrenze in geringerem
Maße erhöht als die Zugfestigkeit, so daß bei der jetzt sehr vielfach üblicheil
Benutzung der Streckgrenze als Berechnungsgrundlage die Erhöhung der zulässigen
Spannungen nur in geringerem Maße möglich ist; ganz entsprechend wird das Verhältnis
von Streckgrenze zu Zugfestigkeit, das in jüngster Zeit vielfach als Gütemaßstab
verwendet wird, mit steigendem Kohlenstoffgehalt kleiner. Endlich ergeben sich bei
höherem Kohlenstoffgehalt Schwierigkeiten'bei der Bearbeitung mit schneidenden Werkzeugen,
beim Nieten und beim Schweißen.
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Die Bestrebungen, im Baustahl an Stelle des Kohlenstoffs andere festigkeitssteigernde
Legierungselemente zu verwenden, scheiterten dann vielfach an den zu hoben Kosten
der Zusätze. Bei Verwendung von Nickelstahl werden beispielsweise die in der Konstruktion
großer Stahlbauwerke durch Gewichtsverringerung erzielten Ersparnisse durch die
zu hohen Kosten des Nickelstahls meist wieder aufgezehrt.
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Es wurde dann versucht, von der festigkeitssteigernden Wirkung des
Siliciums auch im Baustahl Gebrauch zu machen. Trotz verhältnismäßig günstiger Festigkeitseigenschaften
weist der Siliciumstahl aber bei der Herstellung und Verarbeitung im Walzwerk eine
Reihe von Mängeln auf, .die seine wirtschaftliche Verwendung, besonders in großen
Abmessungen, in Frage stellen, ja zum Teil unmöglich machen.
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Die Versuche des Erfinders haben nun ergeben, daß es möglich ist,
wirtschaftlich einen hochwertigen Baustahl zu verwenden, der einerseits den Forderungen
nach hoher
Streckgrenze und guter Zähigkeit gerecht wird, andererseits
aber die bei den anderen Lösungsversuchen der Frage gekennzeichneten Mängel nicht
äüfwCis-f` Erreicht wird dies durch die Verwendung eines weichen Flußstahles mit
höchstens 0,2111o und mindestens 11,i 11% Kohlenstoff, in dem Chrom in einer Menge
von 0,25 bis 0,50%o und Kupfer in einer Menge von 11,6 bis 1,51110 vorhanden
sind. Die festigkeitssteigernde Wirkung des Kupfers ist an sich bereits seit längerem
bekannt, wurde aber technisch nicht ausgenutzt, da nach den Ergebnissen der früheren
Forschung die Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit durch einen Kupferzusatz
immer verbunden ist mit einem recht erheblichen Abfall der Dehnung und der Zähigkeit.
Daß diese Beeinträchtigung der Zähigkeit im vorliegenden Falle nicht eintritt, ist
eine Folge des gleichzeitigen Zusatzes von Kupfer und Chrom. Infolge des niedrigen
Kohlenstoffgehaltes, der nicht mehr als etwa 11,2111o beträgt, treten bei der Bearbeitung
des Stahles mit schneidenden Werkzeugen, beim Nieten und beim Schweißen keine Schwierigkeiten
auf.
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Es ist zwar bereits mehrfach versucht worden, von der Wirkung eines
gleichzeitigen Kupfer- und Chromgehaltes bei der Herstellung von Stählen Gebrauch
zu machen. So sind Stähle mit 11,3 bis 3,5 0j11 Chrom bekanntgeworden, denen zur
Erhöhung ihres Korrosionswiderstandes sowie in zweiter Linie auch der Festigkeit
und Zähigkeit geringe Mengen Kupfer von 0,15
bis 0,5111o zugesetzt werden.
Wesentlich für die Wirkung ist dabei nach Angabe des Erfinders, daß der Chromgehalt
den Kupfergehalt übersteigt. Besonders bemerkenswert ist ferner die Angabe des älteren
Erfinders, daß höhere Gehalte an Kupfer als 11,5111o bei diesen Stählen zur Entmischung
des Kupfers und damit zu einer Schädigung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere
der Schwingungsfestigkeit, führen. Demgegenüber haben eingehende Versuche ergeben,
daß diese Schwierigkeiten nicht auftreten, sondern auch bei den höheren Kupfergehalten
gerade eine sehr bedeutende Steigerung von Streckgrenze und Zugfestigkeit eintritt,
ohne daß Dehnung, Zähigkeit und Schwingungsfestigkeit entsprechend abnehmen. Die
spezifische Wirkung des Kupfers ist sogar bei höheren Gehalten wesentlich größer.
Das drückt sich auch in den Werten des Streckgrenzenverhältnisse aus: Bei o bis
0,350(a Kupfer beträgt e rund 65110, bei 0,5501o Kupfer 7004 und bei 0,750A
Kupfer 73'!o. Gegenüber den bekannten Chrom-Kupfer-Stählen wird also durch Erhöhung
des Kupfergehaltes ein bemerkenswerter technischer Fortschritt und damit eine Weiterentwicklung
der hochwertigen Baustähle erzielt.
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Weiter ist ein Kupfer-Chrom-Spezialstahl bekanntgeworden, der Kupfer
und Chrom im- Gesamtbetrage von nicht mehr als 501,
und die zum Härten erforderliche
Menge von Kohle enthält. Dieser Stahl, der als Sonderstahl zweckmäßig im Elektroofen
hergestellt wird, soll nur im gehärteten bzw. vergüteten Zustande Verwendung finden,
während der den Gegenstand der Erfindung bildende Baustahl im Walz- bzw. Schmiedezustande
oder aber auch ausgeglüht seine bedeutsamen Eigenschaften zeigt und so verwendet
wird.
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Die amerikanischen Forscher E. A. Richardsohn und L. T. Richardsohn
haben Kupfer, Chrom und Mangan bzw. Kupfer und Chrom enthaltende Stähle beschrieben
mit 1,5 bis 4111o Kupfer, Chrom und Mangan bzw. Kupfer und Chrom zusammen, wobei
die Gehalte der einzelnen Legierungsbestandteile vorzugsweise 11,5 bis 201o betragen
sollen. Die Anwesenheit von Chrom bzw. Chrom und Mangan neben Kupfer sollte dabei
unter Erhaltung der rostbeständigen Eigenschaften der reinen Kupferstähle die Verarbeitung
der Werkstoffe bei höheren Temperaturen zu Stab- und Handelseisen jeder Art sowie
zu Blechen ermöglichen. Hinweise auf die Festigkeit der Legierungen sind in diesen
Arbeiten aber nicht enthalten.
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Schließlich ist versucht worden, im Chrom-Nickel-Stahl einen Teil
des Nickels durch Kupfer zu ersetzen. Wie aus den Untersuchungen von Oertel und
Lever ingh a u s hervorgeht, blieben diese Versuche je-
doch erfolglos.
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Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl zeigt außer den erwähnten
günstigen Festigkeitseigenschaften infolge seines hohen Kupfergehaltes eine erhebliche
Senkung des oberen Umwandlungspunktes, etwa bis zu ioo°. Diese Senkung des oberen
Umwandlungspunktes hat den Vorteil, daß die für die Warmverformung zur Verfügung
stehende Temperaturspanne erheblich vergrößert wird und hierdurch die bei der Verarbeitung
z. B. des Siliciumbaustahles auftretenden Schwierigkeiten völlig beseitigt werden.
Darüber hinaus besitzt der zu verwendende Stahl infolge seines hohen Kupfergehaltes
auch einen erhöhten Widerstand gegen Korrosionsangriff.
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Beispielsweise hat ein Baustahl gemäß nachstehender Zusammensetzung
| C Si Mn Cr cu |
| 0,13 0,25 11,6o 11,46 1,0504 |
im Mittel folgende Festigkeitseigenschaften:
| Walzabmessung Streck- Zug- Dehnung Ein- Streck- Kerb- |
| Behandlung grenze festigkeit schnürung verhältnis zähigkeit |
| mm kg/mm= kg/mmz °/n °% °% ml:g/cm= |
| zi8o x 18 ..... Walzzustand 38 54 23 48 70 =o |
| i NP 45 ....... Walzzustand 38 53 22 43 72 - |
| ri8o x 18 ..... geglüht 39 54 24 54 72 =o |
| z NP 45 ....... g-,glüht 39 54. 23 49 72 - |
Am Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn 'Stähle verwendet werden, die
außer den angegebenen Zusätzen noch geringe Mengen (bis etwa i0/,) von Nickel, Wolfram,
Molybdän, Titan und Vanadin oder einen höheren Silicium- und Mangangehalt besitzen.
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Unter normalen Gehalten an Mangan und Silicium sind bis zu o,8% für
Mangan und bis zu 0,4 0;o für Silicium, untererhöhten Mangan- und Siliciumgehalten
solche von über o,8 bis i,3 % für Mangan und von über 0,4 bis 0,7'/o für Silicium
zu verstehen. Die Phosphor- und Schwefelgehalte sind lediglich durch das Herstellungsverfahren
bedingt und -daher möglichst niedrig.