EP0113651A1 - Method for the production of a cold cured steel rod by twisting, preferably a reinforcing bar, as well as a bar produced by this method - Google Patents

Method for the production of a cold cured steel rod by twisting, preferably a reinforcing bar, as well as a bar produced by this method Download PDF

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EP0113651A1
EP0113651A1 EP83890003A EP83890003A EP0113651A1 EP 0113651 A1 EP0113651 A1 EP 0113651A1 EP 83890003 A EP83890003 A EP 83890003A EP 83890003 A EP83890003 A EP 83890003A EP 0113651 A1 EP0113651 A1 EP 0113651A1
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EP
European Patent Office
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rod
twisting
carried out
operations
bar
Prior art date
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EP83890003A
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Erhard-Peter Wischin
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WISCHIN ERHARD PETER
Original Assignee
WISCHIN ERHARD PETER
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/14—Twisting
    • B21D11/15—Reinforcing rods for concrete
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C21D7/105—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars of concrete reinforcing bars
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a steel rod, preferably concrete reinforcing rod, which is strain-hardened by twisting, and to a rod produced by this method.
  • the steel itself can be brought to the strength values required by alloys, while maintaining the deformation values and ensuring weldability.
  • Alloy components required some of which are costly and rare, because in particular the criterion of weldability but also the desired deformation properties can only be achieved by certain alloy combinations.
  • a second possibility is offered by controlled water cooling of the material after leaving the last pass in the hot rolling mill; one is largely independent of alloy components, but is directly dependent on the quality and accuracy of water cooling;
  • the necessary cooling systems must be installed in a fixed position behind the rolling mill and can only be used if concrete reinforcements are rolled on the rolling mill. However, this is always the case with only a few special rolling mills, otherwise the proportion of reinforcing bars in the total rolling program is sometimes below 20%, which means that the cooling systems can only be used too rarely.
  • cold hardening processes do not increase linearly with the diameter of the rolling material to be hardened, but with a third, perhaps second, power.
  • strain hardening reinforcing bars has long been proven, according to which a profile (small diameter) is drawn or embossed or - in the case of larger diameters - twisted, in the latter case the originally straight material being given as many revolutions as permanent twisting, that any existing longitudinal ribs get a helical course with a pitch that corresponds to about ten times the rod diameter.
  • the torque requirement can be adapted to the rod diameter and the required twisting devices can be matched to the quantities to be expected.
  • This elasticity should, as has now been established in practice, be recorded in five different values: The elongation that occurs on the proportional rod with a length of 5d, the uniform elongation, i.e. the elongation that the rod experiences, at a point which is not influenced by the constriction in the vicinity of the fracture, the constriction of the fracture surfaces and the ability to bend back by a given mandrel diameter with interposed artificial aging.
  • the ability to bend back is determined as an endurance test: either the rod passes the back bend around a mandrel of a given diameter or it breaks; all other samples give immediate values. With cold-hardened bars, the ability to bend back is better defined by the constriction than by the elongation.
  • the invention is based on the knowledge that particularly good values can be achieved with regard to the extensibility and the ability to bend the rod back if the torsion of the rod is structured in terms of time and meaningfully divided into purposeful phases.
  • the rod is subjected to a twist in at least two successive, separate operations.
  • the twisting in a later operation can be carried out up to a greater degree of twisting than the twisting in a previous operation.
  • the degree of twist should be about thirty to six times the rod diameter.
  • the reasons for the improvement of the characteristics of the rod may be that the fibers near the edge of the rod are already overstretched by the twisting in one direction to a degree of twisting of 5d and show signs of disintegration (i.e. no longer an increase in strength due to the grains moving closer to them Limits), whereas with the back and forth on the basis of the invention to precisely predetermined degrees of twist, the disintegration of the fibers near the edge does not take place and the parts closer to the core of the rod undergo greater strain hardening and thus contribute more to the load-bearing capacity of the overall rod than when using other methods or other parts of the grain boundaries of the individual grains come into better contact with the neighbors without already approximated parts being torn open.
  • the yield strength (as when twisting in one direction) is equal to the compression limit, which would not be the case if the rod was loaded lengthwise to several percent permanent elongation to to achieve work hardening in this way. It is easy to see that bars that are less resilient to pressure (Bauschinger effect) than to tension are unusable as reinforcement in reinforced concrete construction. However, these elaborations show that strain hardening by stretching in the plastic area over several axes occurs very rarely at the same time or in succession in the technical area and is therefore still poorly understood in research.
  • the operations can be carried out in succession, preferably while maintaining the axial tensile force, but it may be more advantageous to have a break of at least 10 between the operations - preferably in a relaxed state of the rod s to be observed.
  • a treatment of the rod preferably for the purpose of equalizing or relieving internal tensions, e.g. heat treatment such as heat treatment, artificial aging or the like, or work hardening such as stretching, stretching, radiation, e.g. with ultrasonic waves, etc.
  • heat treatment such as heat treatment, artificial aging or the like
  • work hardening such as stretching, stretching, radiation, e.g. with ultrasonic waves, etc.
  • the invention also extends to a rod produced by the method according to the invention.
  • the external shape, the surface design, of such rods will be different in the cold-twisted bars due to the helical shape after the cold twisting than in the hot-rolled state, which means that these bars and their manufacturing process are clearly recognizable from the outside and the bars are not confused with non-twisted bars can.
  • a cold twist inevitably results in a certain material control, because rolling errors that exceed a certain degree or imperfections that come from the steel raw material lead to the rod being torn off during twisting, with which these rods are excreted, whereas such a thorough one Checks do not take place on the alloyed, hot-rolled bars or those hardened by water cooling.
  • the cold-twisted rod shows its manufacturing process itself through its external design.
  • a bar according to the invention in particular a concrete reinforcement bar with a round or almost round, polygonal cross section, is characterized in that it has, in a manner known per se, a profile applied by hot rolling on its surface, preferably a profile consisting of oblique and possibly longitudinal ribs.
  • the non-entered values in this table were not measurable due to the breakage of the bars in the area of the clamping.
  • the rods which were under slight tension during the twisting were first twisted in one direction until a degree of twisting of 30 to 10 d was reached, then the same rod, after it had rotated back elastically What was done without unclamping the rod from the twisting machine, wound in the opposite direction until the degree of twisting of about 10d was reached.

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Abstract

For the purpose of reducing the internal stresses occurring during such work hardening, the bar is subjected to twisting in at least two successive, separately performed operations, to be precise the twisting in successive operations is preferably carried out by turning in opposite directions in each case. At the same time as twisting, an axial tension may be exerted on the bar in a way known per se. The operations can be carried out one immediately after the other or with a break between the operations, during which time other treatment processes to reduce the internal stresses can be carried out on the bar. The bar has a round or virtually round cross-section and, to improve bonding in the concrete, has on its surface a profiling made up of oblique and possibly longitudinal ribs, applied by hot rolling.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch Verwinden kaltverfestigten Stahlstabes, vorzugsweise Betonbewehrungsstabes, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Stab.The invention relates to a method for producing a steel rod, preferably concrete reinforcing rod, which is strain-hardened by twisting, and to a rod produced by this method.

Die Anforderungen an Betonbewehrungsstäbe steigen mit der Entwicklung des Stahlbetons, die unter anderem auch auf dem Einsatz besseren Zementes und besserer Verarbeitungsmthoden basiert. Glaubte man früher, daß man mit Arbeitsspannungen für den Stahl schlaffer Bewehrungen mit Größenordnungen von 240 N/mm2 bis zu 300 N/mm2 das Auslangen findet, so sind heute Werte, die darüber liegen, üblich. Dessen ungeachtet will man aber mit Recht für die Betonbewehrungen die jetzt üblichen Verformungscharakteristiken und Ermüdungseigenschaf= ten beibehalten, um ein Versagen im Sprödbruch auch unter extremen Belastungsfällen der stahlbewehrten Betonkonstruk= tionen auszuschließen. Dazu gesellt sich die Forderung nach Schweißbarkeit, um Bewehrungen vorfertigen zu können. Stähle, die zum Stab gewalzt (und zum Teil nachbehandelt) sind, sollen Streckgrenzen von 550 bis 650 N/mm2 aufweisen.The requirements for concrete reinforcement bars increase with the development of reinforced concrete, which is based, among other things, on the use of better cement and better processing methods. In the past, it was believed that working stresses for the steel of flaccid reinforcements in the order of magnitude of 240 N / mm 2 up to 300 N / mm 2 were sufficient, but today values above this are common. Regardless of this, it is right to want to maintain the now usual deformation characteristics and fatigue properties for the concrete reinforcements in order to rule out failure in the brittle fracture even under extreme loads of the steel-reinforced concrete structures. In addition, there is the requirement for weldability in order to be able to prefabricate reinforcements. Steels that have been rolled into bars (and in some cases post-treated) should have yield strengths of 550 to 650 N / mm 2 .

Für die Herstellung solcher hochwertiger Betonbewehrungsstäbe gibt es verschiedenerlei Wege: Der Stahl selbst kann durch Legierungen auf jene Festigkeitswerte gebracht werden, die erforderlich sind, wobei die Verformungswerte beibehalten und die Schweißbarkeit gewährleistet werden kann. Hiezu sind Legierungskomponenten erforderlich, die zum Teil kostspielig und selten sind, weil insbesondere das Kriterium der Schweiß= barkeit aber auch die erwünschten Verformungseigenschaften nur durch gewisse Legierungskombinationen erzielbar sind. Hier ist die Möglichkeit einer Verwechslung von Legierungs= komponenten im Herstellungsprozeß aber auch von Vormaterialien (Knüppel) im Walzwerk durchaus gegeben.There are various ways of producing such high-quality concrete reinforcement bars: the steel itself can be brought to the strength values required by alloys, while maintaining the deformation values and ensuring weldability. For this are Alloy components required, some of which are costly and rare, because in particular the criterion of weldability but also the desired deformation properties can only be achieved by certain alloy combinations. Here there is a possibility of confusing alloy components in the manufacturing process but also of raw materials (billets) in the rolling mill.

Eine zweite Möglichkeit bietet sich durch eine kontrollierte Wasserkühlung des Materiales nach dem Verlassen des letzten Stiches im Warmwalzwerk; da ist man zwar von Legierungskompo= nenten weitgehend unabhängig, wird aber unmittelbar von der Güte und Genauigkeit der Wasserkühlung abhängig; außerdem sind die erforderlichen Kühlanlagen ortsfest hinter der Walz= straße einzubauen und können nur dann verwendet werden, wenn speziell Betonbewehrungen auf der Walzstraße gewalzt werden. Dies ist aber ständig nur bei wenigen Spezialwalzstraßen der Fall, ansonsten liegt der Anteil der Bewehrungsstäbe am Gesamt= walzprogramm manchmal unter 20%, wodurch dann die Kühlanlagen nur zu selten ausgenützt werden können. Dazu kommt, daß Kalt= härtungsprozesse nicht linear mit dem Durchmesser des zu härtenden Walzmateriales zunehmen, sondern mit dritter, vielleicht auch zweiter Potenz. Weil die Walzgeschwindigkeit für die Fertigstiche an einer Straße nur in geringen Grenzen schwankt, müssen Durchmessergruppen mit derselben Geschwin= digkeit das Endwalzgerüst verlassen, d.h. die Kühlanlage muß auf den größten Durchmesser abgestimmt sein, sie wird somit nur selten mit voller Leistung, die dem Investitionsaufwand entspricht, eingesetzt werden können.A second possibility is offered by controlled water cooling of the material after leaving the last pass in the hot rolling mill; one is largely independent of alloy components, but is directly dependent on the quality and accuracy of water cooling; In addition, the necessary cooling systems must be installed in a fixed position behind the rolling mill and can only be used if concrete reinforcements are rolled on the rolling mill. However, this is always the case with only a few special rolling mills, otherwise the proportion of reinforcing bars in the total rolling program is sometimes below 20%, which means that the cooling systems can only be used too rarely. In addition, cold hardening processes do not increase linearly with the diameter of the rolling material to be hardened, but with a third, perhaps second, power. Because the rolling speed for the finishing pass on a road fluctuates only to a limited extent, diameter groups must leave the finishing stand at the same speed, i.e. the cooling system must be matched to the largest diameter, so it will rarely be able to be used at full capacity, which corresponds to the investment.

Seit langem bewährt sich das Verfahren der Kaltverfestigung von Bewehrungsstäben, demzufolge ein Profil (geringen Durch= messers) gezogen oder geprägt bzw. - bei größeren Durchmessern - verdreht wird, wobei im letztgenannten Fall dem ursprünglich geraden Material so viele Umdrehungen als bleibende Verdrehung erteilt werden, daß allenfalls vorhandene Längsrippen einen schraubenlinienförmigen Verlauf erhalten mit einer Ganghöhe, die etwa dem zehnfachen Stabdurchmesser entspricht. Durch den Einsatz von Schaltgetrieben kann man dabei das Drehmoment= erfordernis dem Stabdurchmesser anpassen und die erforderlichen Verdrehvorrichtungen auf die zu erwartenden Quantitäten ab= stimmen.The process of strain hardening reinforcing bars has long been proven, according to which a profile (small diameter) is drawn or embossed or - in the case of larger diameters - twisted, in the latter case the originally straight material being given as many revolutions as permanent twisting, that any existing longitudinal ribs get a helical course with a pitch that corresponds to about ten times the rod diameter. Through the use of gearboxes, the torque requirement can be adapted to the rod diameter and the required twisting devices can be matched to the quantities to be expected.

Schon vor längerer Zeit wurde versucht, bei einem vorgegebenen Ausgangsmaterial die Streckgrenze, die Zugfestigkeit sowie die Dehn- und Ermüdungswerte zu verbessern, indem der kalt zu ver= drehende Stab vor, während oder nach der Kaltverdrehung auf den oben erwähnten Verwindegrad von etwa dem zehnfachen Stab= durchmesser (lOd) einer Längsreckung um einige Prozent unterzogen wurde. Dies hat eine geringfügig verbesserte Streckgrenze bei Einhaltung der derzeit als erforderlich erachteten Dehn- und Ermüdungswerte zur Folge, sofern diese Längsreckung nach Ab= schluß der Verwindung aufgebracht wird, wobei ein gewisser Zeiteinfluß vorhanden zu sein scheint: Läßt man das Material z.B. zwischen der Verwindung und dem Längsrecken einige Minuten ruhen, so stellen sich offenbar höhere Streckgrenzen-Werte ein als wenn die Längsreckung unmittelbar nach Beendigung des Verwindens aufgebracht wird.Attempts have been made for a long time to improve the yield strength, tensile strength and the elongation and fatigue values for a given starting material by turning the rod to be rotated before, during or after the cold rotation to the above-mentioned degree of torsion of about ten times the rod = diameter (lOD) was subjected to longitudinal stretching by a few percent. This has slightly improved yield while maintaining the currently deemed necessary stretching and fatigue values result in this longitudinal orientation provided by Ab = circuit of twist is applied with a certain Z eiteinfluß appears to be present: Lets you the material, for example between the twist and the longitudinal stretching rest for a few minutes, then the yield strength values appear to be higher than if the longitudinal stretching is applied immediately after the twisting has ended.

Daraus ist schon ein Nachteil dieses Vorganges ersichtlich: Zwei voneinander gesonderte verschiedene Kalthärtungsprozesse müssen mit verschiedenen Einrichtungen am Stab durchgeführt werden.This already shows a disadvantage of this process: Two separate cold hardening processes must be carried out with different devices on the rod.

Es wurde auch der naheliegende Weg versucht, die Anzahl der Umdrehungen, die auf die Längeneinheit des Stabes aufgebracht wurden, zu vergrößeren, z.B. zu verdoppeln, also etwa eine Ganghöhe von nur 5d zu erzeugen. Schon 1950 wurde über solche Versuche berichtet und festgestellt, daß sich hiebei sowohl der Abstand zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit zu sehr verringert (er muß wenigstens 10% betragen) als auch die Dehn= werte sehr stark absinken, weil offenbar durch das Verwinden in jenen Bereichen, die nachher zu einer sichtbaren Ganghöhe von 5d führen, die Zugfestigkeit nur mehr wenig, die Streck= grenze aber stärker angehoben wird und die Dehnfähigkeit aber stark absinkt. Diese Dehnfähigkeit soll im übrigen, wie sich in der Zwischenzeit in der Praxis eingeführt hat, in fünferlei Kennwerten festgehalten werden: Jene Dehnung, die am Pro= portionalstab mit einer Länge von 5d auftritt, die Gleichmaß= dehnung, also jene Dehnung, die der Stab erfährt, an einer Stelle, die durch die Einschnürung in der Nähe des Bruches nicht beeinflußt ist, ferner die Einschnürung der Bruchflächen und die Rückbiegefähigkeit um einen gegebenen Dorndurchmesser mit zwischengeschalteter künstlicher Alterung. Die Rückbiege= fähigkeit wird als eine Bestehungs-Probe ermittelt: Entweder besteht der Stab die Rückbiegung um einen Dorn gegebenen Durch= messers oder er bricht; alle anderen Proben ergeben unmittelbare Werte. Es scheint bei kaltverfestigten Stäben die Rückbiege= fähigkeit durch die Einschnürung besser als durch die Dehnung definiert zu werden.The obvious way was also attempted to increase the number of revolutions applied to the unit length of the rod, e.g. to double, i.e. to create a pitch of only 5d. Such experiments were reported as early as 1950 and it was found that both the distance between the yield strength and tensile strength is reduced too much (it must be at least 10%) and the elongation values decrease very sharply because apparently due to the twisting in those areas, which later lead to a visible pitch of 5d, the tensile strength only a little more, but the yield point is increased more and the elasticity drops sharply. This elasticity should, as has now been established in practice, be recorded in five different values: The elongation that occurs on the proportional rod with a length of 5d, the uniform elongation, i.e. the elongation that the rod experiences, at a point which is not influenced by the constriction in the vicinity of the fracture, the constriction of the fracture surfaces and the ability to bend back by a given mandrel diameter with interposed artificial aging. The ability to bend back is determined as an endurance test: either the rod passes the back bend around a mandrel of a given diameter or it breaks; all other samples give immediate values. With cold-hardened bars, the ability to bend back is better defined by the constriction than by the elongation.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß beson= ders gute Werte hinsichtlich der Dehnfähigkeit und Rückbiege= fähigkeit des Stabes erzielt werden können, wenn die Ver= windung des Stabes hinsichtlich ihrer Durchführung zeitlich gegliedert und sinnvoll in zielführende Phasen unterteilt wird.The invention is based on the knowledge that particularly good values can be achieved with regard to the extensibility and the ability to bend the rod back if the torsion of the rod is structured in terms of time and meaningfully divided into purposeful phases.

Dem wesentlichsten Erfindungsmerkmal zufolge wird der Stab in zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgenden, voneinander gesonderten Arbeitsgängen je einer Verwindung unterzogen.According to the most important feature of the invention, the rod is subjected to a twist in at least two successive, separate operations.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Aufteilung des Gesamt= verwindevorganges in Phasen außerordentlich zu einem Abbau innerer Spannungen und zu einer Beruhigung des Stabgefüges beizutragen vermag. Bei einer sinnvollen Wahl und Gestaltung dieser Arbeitsgänge und bei einer zielstrebigen Abstimmung dieser Arbeitsgänge aufeinander können optimale Kennwerte erzielt werden, wobei im Rahmen der Erfindung hinsichtlich der Art und der Durchführung dieser Arbeitsgänge außerordentlich zahlreiche Möglichkeiten offenstehen.It has been shown that such a division of the overall twisting process into phases can make an extraordinary contribution to reducing internal tensions and calming the structure of the rod. With a sensible choice and design of these work steps and with a purposeful coordination of these work steps with one another, optimal characteristic values can be achieved, whereby within the scope of the invention there are extraordinarily numerous possibilities with regard to the type and execution of these work steps.

Insbesondere hat es sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß es sehr wohl möglich ist, auf einen Stab eine Anzahl von Umdrehungen pro Längeneinheit aufzubringen, die dem Verwinde= grad 5d entspricht, ohne daß dadurch das Streckgrenzenver= hältnis zu klein wird und ohne daß die Dehnungswerte unter das vorgegebene Maß absinken.In particular, it has been shown in the context of the invention that it is very possible to apply a number of revolutions per unit length to a rod, which corresponds to the twist = degree 5d, without the yield strength ratio being too small and without the Strain values drop below the specified level.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Ver= fahrens und einem sehr wesentlichen weiteren Erfindungsmerkmal wird dies dadurch ermöglicht, daß die Verwindungen aufeinan= derfolgender Arbeitsgänge in jeweils gegenläufigen Dreh= richtungen durchgeführt werden.According to a particularly preferred embodiment of the method and a very essential further feature of the invention, this is made possible in that the twists in successive operations are carried out in opposite directions of rotation.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich, wie später noch dargelegt werden wird, erheb= lich günstigere Kennwerte im Vergleich zu Stäben, die mit der gleichen Anzahl von Umdrehungen in ein und derselben Richtung verwunden wurden.In this embodiment of the method according to the invention, as will be explained later, there are significantly more favorable characteristic values in comparison to bars which were twisted with the same number of revolutions in one and the same direction.

Die in einem späteren Arbeitsgang erfolgende Verwindung kann dabei bis zu einem größeren Verwindungsgrad durchgeführt werden als die in einem vorhergehenden Arbeitsgang durchge= führte Verwindung.The twisting in a later operation can be carried out up to a greater degree of twisting than the twisting in a previous operation.

Der Verwindungsgrad sollte etwa das Dreißig- bis Sechsfache des Stabdurchmessers betragen.The degree of twist should be about thirty to six times the rod diameter.

Die Gründe für die Verbesserung der Kennwerte des Stabes mögen darin liegen, daß die Fasern nahe dem Stabrand durch die Verwindung in einer Richtung auf einen Verwindegrad von 5d bereits überdehnt sind und Desintegrationserscheinungen zeigen (also nicht mehr eine Festigkeitszunahme durch Näher= rücken der Körner an ihre Grenzen), wogegen bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Hin- und Herverwinden auf genau vorbestimmte Verwindungsgrade die Desintegration der randnahen Fasern nicht stattfindet und die dem Kern des Stabes näher liegenden Teile eine stärkere Kaltverfestigung mitmachen und so zum Tragvermögen des Gesamtstabes stärker beitragen als bei Anwendung anderer Verfahren bzw. es kommen andere Teile der Korngrenzen der einzelnen Körner in besseren Kontakt zum Nachbarn ohne daß schon angenäherte Teile aufgerissen werden. Dazu kommt, daß nach diesem Verfahren die Streckgrenze (wie beim Verdrehen in einer Richtung) gleich der Stauchgrenze ist, was nicht der Fall wäre, belastete man den Stab der Länge nach auf mehrere Prozent bleibender Dehnung, um auf diese Weise eine Kaltverfestigung zu erzielen. Es ist leicht einzusehen, daß Stäbe, die auf Druck weniger belastbar sind (Bauschinger-Effekt) als auf Zug, im Stahlbetonbau als Bewehrung unbrauchbar sind. Es zeigen diese Ausarbeitungen jedoch, daß Kaltverfestigungen durch Dehnung im plastischen Bereich über mehrere Achsen gleichzeitig oder nacheinander im technischen Bereich äußerst selten vorkommen und daher in der Forschung noch wenig erfaßt sind.The reasons for the improvement of the characteristics of the rod may be that the fibers near the edge of the rod are already overstretched by the twisting in one direction to a degree of twisting of 5d and show signs of disintegration (i.e. no longer an increase in strength due to the grains moving closer to them Limits), whereas with the back and forth on the basis of the invention to precisely predetermined degrees of twist, the disintegration of the fibers near the edge does not take place and the parts closer to the core of the rod undergo greater strain hardening and thus contribute more to the load-bearing capacity of the overall rod than when using other methods or other parts of the grain boundaries of the individual grains come into better contact with the neighbors without already approximated parts being torn open. In addition, according to this method, the yield strength (as when twisting in one direction) is equal to the compression limit, which would not be the case if the rod was loaded lengthwise to several percent permanent elongation to to achieve work hardening in this way. It is easy to see that bars that are less resilient to pressure (Bauschinger effect) than to tension are unusable as reinforcement in reinforced concrete construction. However, these elaborations show that strain hardening by stretching in the plastic area over several axes occurs very rarely at the same time or in succession in the technical area and is therefore still poorly understood in research.

Fallweise mag es sich empfehlen, gleichzeitig mit dem Ver= winden in an sich bekannter Weise durch Ausübung eines axialen Zuges ein Recken bzw. Strecken des Stabes durchzuführen.In some cases it may be advisable to simultaneously stretch or stretch the rod in a manner known per se by exerting an axial pull.

Im Rahmen der Erfindung kann man die Arbeitsgänge - vorzugs= weise bei Aufrechterhaltung der axialen Zugkraft - unmittelbar hintereinander durchführen, es mag aber gegebenenfalls vorteil= hafter sein, zwischen den Arbeitsgängen - vorzugsweise in einem entspannten Zustand des Stabes - eine Pause von minde= stens 10 s einzuhalten.Within the scope of the invention, the operations can be carried out in succession, preferably while maintaining the axial tensile force, but it may be more advantageous to have a break of at least 10 between the operations - preferably in a relaxed state of the rod s to be observed.

In einer solchen Pause, also zwischen zwei voneinander geson= derten Verwindevorgängen, kann eine, vorzugsweise dem Aus= gleich bzw. Abbau innerer Spannungen dienende Behandlung des Stabes,z.B. eine Temperaturbehandlung, wie eine Wärmebehandlung, künstliche Alterung od.dgl., oder eine Kaltverfestigung, wie eine Reckung, Streckung, ein Bestrahlung , z.B. mit Ultraschallwellen usw. durchgeführt werden.In such a pause, i.e. between two twisting processes that are separate from one another, a treatment of the rod, preferably for the purpose of equalizing or relieving internal tensions, e.g. heat treatment such as heat treatment, artificial aging or the like, or work hardening such as stretching, stretching, radiation, e.g. with ultrasonic waves, etc.

Schließlich erstreckt sich die Erfindung auch auf einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stab.Finally, the invention also extends to a rod produced by the method according to the invention.

Allen hochwertigen Stäben ist gemeinsam, daß sie nicht pris= matisch sein sollen, sie müssen mit Schrägrippen nach ganz bestimmten, bewährten Formen ausgestattet sein, die eine guteverankerung der Bewehrung im Beton sicherstellen, aber gleichzeitig die Verformungs- und Ermüdungswerte nicht oder nur geringfügig herabsetzen. Als Stand der Erkenntnis gilt, daß Schrägrippen, die mehr als 45° zur Stabachse geneigt sind und/oder von anderen Rippen, z.B. Längsrippen, gekreuzt werden, die Verformungs- und Ermüdungseigenschaften wesentlich verschlechtern. Die äußere Form, die Oberflächengestaltung, solcher Stäbe wird bei den kaltverdrehten Stäben durch die Schraubenlinienform nach der Kaltverdrehung anders sein als im warmgewalzten Zustand, woraus sich ergibt, daß diese Stäbe und ihr Herstellungsverfahren äußerlich eindeutig erkennbar sind und die Stäbe nicht mit unverdrehten Stäben verwechselt werden können. Außerdem ergibt eine Kaltverdrehung zwangs= läufig eine gewisse Materialkontrolle, weil Walzfehler, die ein gewisses Maß überschreiten, oder Ungänzen, die aus dem Stahl-Vormaterial kommen, während des Verwindens zum Abreißen des Stabes führen, womit diese Stäbe ausgeschieden werden, wogegen eine solche durchgreifende Kontrolle bei den legier= ten warmgewalzten oder durch Wasserkühlung gehärteten Stäben nicht stattfindet. Der kaltverdrehte Stab zeigt also sein Herstellungsverfahren selbst durch seine äußere Gestaltung an.All high-quality bars have in common that they should not be prismatic, they have to be inclined with ribs certain, tried-and-tested shapes, which ensure that the reinforcement is properly anchored in the concrete, but at the same time do not reduce the deformation and fatigue values, or only do so slightly. As a state of knowledge, slanted ribs that are inclined at more than 45 ° to the rod axis and / or are crossed by other ribs, for example longitudinal ribs, significantly deteriorate the deformation and fatigue properties. The external shape, the surface design, of such rods will be different in the cold-twisted bars due to the helical shape after the cold twisting than in the hot-rolled state, which means that these bars and their manufacturing process are clearly recognizable from the outside and the bars are not confused with non-twisted bars can. In addition, a cold twist inevitably results in a certain material control, because rolling errors that exceed a certain degree or imperfections that come from the steel raw material lead to the rod being torn off during twisting, with which these rods are excreted, whereas such a thorough one Checks do not take place on the alloyed, hot-rolled bars or those hardened by water cooling. The cold-twisted rod shows its manufacturing process itself through its external design.

Ein erfindungsgemäßer Stab, insbesondere Betonbewehrungsstab mit rundem oder nahezu rundem, vieleckigem Querschnitt ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich bekannter Weise an seiner Oberfläche eine durch Warmwalzen aufgebrachte Profilierung, vorzugsweise eine aus Schräg- und gegebenenfalls Längsrippen bestehende Profilierung, aufweist.A bar according to the invention, in particular a concrete reinforcement bar with a round or almost round, polygonal cross section, is characterized in that it has, in a manner known per se, a profile applied by hot rolling on its surface, preferably a profile consisting of oblique and possibly longitudinal ribs.

Weist ein solcher Stab Scharen gleichsinnig geneigt ver= laufender Schrägrippen auf, dann ist er im Sinne der Schräg= neigung dieser Schrägrippen in bezug zur Stabachse verwunden.If such a rod has coulters of inclined ribs running in the same direction, then it is twisted in the sense of the inclined inclination of these inclined ribs with respect to the rod axis.

Die Kennwerte von Stäben, die nach der bevorzugten Aus= führungsform des Verfahrens behandelt wurden, sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt, wobei mit 0 der Stab= durchmesser, mit σs die Streckgrenze, mit σz die Zugfestigkeit, mit t5 die Bruchdehnung gemessen über eine dem fünffachen Stab= durchmesser entsprechende Länge, mit σ10 die Bruchdehnung gemessen über eine dem zehnfachen Stabdurchmesser entsprechende Länge, mit δg1 die obenerwähnte Gleichmaßdehnung, mit die Brucheinschnürung und mit R jener Dorndurchmesser bezeichnet ist., um den der Rückbiegeversuch erfolgreich bestanden wurde. Die nicht eingetragenen Werte dieser Tabelle waren infolge Bruches der Stäbe im Bereich der Einspannung nicht meßbar.The characteristic values of bars treated according to the preferred embodiment of the method are summarized in the table below, where the bar diameter is measured with 0, the yield strength with σ s , the tensile strength with σ z , and the elongation at break with t 5 over a length corresponding to five times the rod = diameter, with σ 10 the elongation at break measured over a length corresponding to ten times the rod diameter, with δ g1 the above-mentioned uniform elongation, with the constricted fracture and with R that mandrel diameter by which the reverse bending test was successfully passed . The non-entered values in this table were not measurable due to the breakage of the bars in the area of the clamping.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wurden die Stäbe, die während des Verwindens unter geringer Zugein= wirkung standen, zunächst in der einen Richtung verwunden, bis ein Verwindegrad von 30 bis 10 d erreicht war, dann wurde derselbe Stab, nachdem er sich elastisch zurückgedreht hatte, was ohne Ausspannen des Stabes aus der Verwindemaschine erfolgte, in der gegenläufigen Richtung so lange verwunden, bis der Ver= windegrad von etwa 10d erreicht war.According to this preferred embodiment of the method, the rods which were under slight tension during the twisting were first twisted in one direction until a degree of twisting of 30 to 10 d was reached, then the same rod, after it had rotated back elastically What was done without unclamping the rod from the twisting machine, wound in the opposite direction until the degree of twisting of about 10d was reached.

Es ergaben sich dann folgende Verbesserungen der Ausgangscha= rakteristik, wobei als Vergleichsbasis das derzeit übliche Verwinden auf einen Verwindegrad von 10d in nur einer Richtung gewählt wurde:

Figure imgb0001
This resulted in the following improvements in the initial characteristic, with the current twisting to a degree of twisting of 10d in only one direction being selected as a basis for comparison:
Figure imgb0001

Es zeigt sich, daß ein gegebenes Ausgangsmaterial, das die Kriterien der Schweißbarkeit erfüllt, auf diese Weise zu einem warmgewalzten und nachher in doppeltem Sinn kalt= verfestigten Betonbewehrungsstahl führen kann, dessen schraubenförmig verlaufende Rippen etwa jene Neigung an= nehmen, die hinsichtlich der Verformungsmöglichkeiten und auch der Ermüdungsfestigkeit unbedenklich sind. Verglichen mit einem auf 10 d Ganghöhe - wie bisher üblich - verwundenen Stab nimmt beispielsweise bei einem Stab mit 18 mm Durch= messer die Streckgrenze um 13%, die Zugfestigkeit um 7% zu, die Bruchdehnung G10 um 25% ab usw. Verdreht man den Stab in einer Richtung auf etwa 5d Ganghöhe, bringt also gleich viel Umdrehungen pro Längeneinheit auf, wie beim Verdrehen in beiden Richtungen, ergibt sich zwar eine Steigerung der Streckgrenze von 24%, jedoch ein Abfall der Dehnungswerte δ10 um 75% und δ5 um 79%, sowie eine Minderung der besonders wichtigen Rückbiegefähigkeit auf einen Dorndurch= messer von 6 mm.It turns out that a given starting material that fulfills the criteria of weldability can in this way lead to a hot-rolled and subsequently double-hardened = hardened concrete reinforcing steel, the helical ribs of which assume approximately the inclination that corresponds to the deformation possibilities and fatigue strength are also harmless. Compared to a rod that is twisted to a 10 d pitch - as has been customary up to now - for example, a rod with an 18 mm diameter increases the yield strength by 13%, the tensile strength by 7%, the elongation at break G 10 by 25% and so on the rod in one direction to about 5d pitch, i.e. the same number of revolutions per unit length as when twisting in both directions, there is an increase in the yield strength of 24%, but a decrease in the elongation values δ 10 by 75% and δ 5 by 79% and a reduction in the particularly important ability to bend back to a mandrel diameter of 6 mm.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines durch Verwinden kalt= verfestigten Stahlstabes, vorzugsweise Betonbewehrungs= stabes, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab in zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgenden, voneinander geson= derten Arbeitsgängen je einer Verwindung unterzogen wird.1. A process for producing a steel rod hardened by twisting, preferably concrete reinforcing rod, characterized in that the rod is subjected to twisting in at least two successive, separate operations. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwindungen aufeinanderfolgender Arbeitsgänge in jeweils gegenläufigen Drehrichtungen durchgeführt werden.2. The method according to claim l, characterized in that the twists of successive operations are carried out in opposite directions of rotation. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem späteren Arbeitsgang erfolgende Ver= windung bis zu einem größeren Verwindungsgrad durchge= führt wird als die in einem vorhergehenden Arbeitsgang durchgeführte Verwindung.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ver = twisting takes place in a later operation up to a greater degree of twist is carried out than the twisting carried out in a previous operation. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge= kennzeichnet, daß der Verwindungsgrad das Dreißig- bis Sechsfache des Stabdurchmessers beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the degree of twist is thirty to six times the rod diameter. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge= kennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Verwinden in an sich bekannter Weise durch Ausübung eines axialen Zuges ein Recken(Strecken) des Stabes durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at the same time with the twisting in a known manner by exercising an axial pull a stretching (stretching) of the rod is carried out. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgänge, vorzugsweise bei Aufrechterhaltung der axialen Zugkraft, unmittelbar hintereinander durchgeführt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the operations, preferably while maintaining the axial tensile force, immediately be carried out in succession. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Arbeitsgängen, vorzugs= weise in entspanntem Zustand, eine Pause von mindestens 10 s eingehalten wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a pause of at least 10 s is maintained between the operations, preferably = in a relaxed state. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei voneinander gesonderten Verwindevorgängen eine, vorzugsweise dem Ausgleich bzw. Abbau innerer Spannungen dienende Behandlung des Stabes, z.B. eine Temperaturbehandlung, wie eine Wärme= behandlung, künstliche Alterung od.dgl., oder eine Kaltverfestigung, wie eine Reckung, Streckung, ein Kaltwalzen od.dgl., oder eine Bestrahlung, z.B. mit Ultrakurzwellen, durchgeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that between two separate twisting processes, preferably for balancing or relieving internal stresses serving treatment of the rod, e.g. heat treatment such as heat treatment, artificial aging or the like, or work hardening such as stretching, stretching, cold rolling or the like, or radiation, e.g. with ultra-short waves. 9. Nach dem Verfahren gemäß eines der Ansprüche 1 bis 9 hergestellter Stab, insbesondere Betonbewehrungsstab, mit rundem oder nahezu rundem, vieleckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab in an sich bekannter Weise an seiner Oberfläche eine durch Warmwalzen aufgebrachte Profilierung, vorzugsweise eine aus Schräg- und gegebenen= falls Längsrippen bestehende Profilierung, aufweist.9. According to the method according to one of claims 1 to 9 manufactured rod, in particular concrete reinforcement rod, with a round or almost round, polygonal cross-section, characterized in that the rod in a known manner on its surface a profile applied by hot rolling, preferably one from Inclined and existing = if longitudinal ribs existing profile. 10. Stab nach Anspruch 9, mit Scharen gleichsinnig geneigt verlaufender Schrägrippen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab im Sinne der Schrägneigung dieser Schrägrippen in bezug zur Stabachse verwunden ist.10. Rod according to claim 9, with coulters of inclined ribs running in the same direction, characterized in that the rod is twisted in the sense of the inclination of these inclined ribs with respect to the rod axis.
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