EP0403916B1 - Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl - Google Patents

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EP0403916B1
EP0403916B1 EP90111026A EP90111026A EP0403916B1 EP 0403916 B1 EP0403916 B1 EP 0403916B1 EP 90111026 A EP90111026 A EP 90111026A EP 90111026 A EP90111026 A EP 90111026A EP 0403916 B1 EP0403916 B1 EP 0403916B1
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stretching
steel wire
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elongation
steel
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Klaus Theis
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KT - BAUSTAHL Vertriebsgesellschaft mbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, wire, rods, tubes or like semi-manufactured products by drawing
    • B21C1/02—Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums
    • B21C1/12—Regulating or controlling speed of drawing drums, e.g. to influence tension; Drives; Stop or relief mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F9/00—Straining wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F9/00—Straining wire
    • B21F9/007—Straining wire to induce a plastic deformation of the wire
    • 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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/08—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires for concrete reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a method for producing ribbed reinforcing steel, wherein a steel wire is produced by hot rolling and is thereby provided with inclined ribs and possibly longitudinal ribs (in particular according to DIN 488), and the steel wire which has been hot-ribbed in this way is subjected to cold stretching and thereby in relation to it is adjusted to the yield strength and the elongation. It is essential for this process that the rib-forming shape takes place during rolling and is a so-called hot rib. In contrast, stretching takes place as cold stretching. It is understood that the yield strength and the elongation are set so that the prescribed, standardized values are observed.
  • the stretching results from a torsional deformation with the aid of a torsional machine which operates discontinuously.
  • the discontinuous procedure interferes with the operational process.
  • Relatively large, unavoidable tolerances must be permitted or taken into account for the yield strength to be set and for the stretching to be set.
  • the values for the yield strength and the stretching over the length of a reinforcing steel are not very uniform in accordance with the different stretching sections which belong to the discontinuous procedure.
  • the fatigue strength of the stretched reinforcing steel is often unsatisfactory. There is a risk of fatigue failure in the event of vibration stress. On the other hand, practice increasingly demands high values for the fatigue strength.
  • the continuous cold stretching of a steel wire is basically known (DE-AS 24 49 268).
  • a non-ribbed steel wire is stretched in that on the one hand it wraps around a driven drum serving as a pulling device and on the other hand it wraps around a non-driven, braked drum.
  • the accuracy of the setting of the yield strength and elongation of the steel wire leaves something to be desired here.
  • the invention has for its object to carry out the method described above so that the yield strength and the elongation can be set very precisely and also other physical properties of the reinforcing steel, in particular its fatigue behavior, are improved.
  • the invention teaches that the steel wire is continuously stretched and, for this purpose, is guided over at least two driven stretching disks (or stretching rollers) which are operated with different Circumferential speeds work on the steel wire, that the degree of stretching is controlled via the difference in circumferential speed of the two stretching disks, and that the yield strength and the elongation are controlled via the stretching speed.
  • the invention is based on the knowledge that with a continuous linear stretching there is the possibility, for a given degree of stretching, of intervening to optimize the process in the sense that very precise values for the yield strength and the elongation can be specified and maintained. In addition to the stretching speed, the degree of stretching is still an influencing variable which can be varied.
  • the reinforcing steel produced in this way is also characterized by a very high fatigue strength.
  • the stretching speed should be selected so that the specified values for the yield point and the elongation are maintained, but the stretching speed should be selected as low as possible within this condition.
  • - Degree of stretching denotes the elongation that the steel wire or a unit of length of the steel wire undergoes during stretching, in percent.
  • Stretching speed denotes the permanent change in length of the steel wire or a unit of length of the steel wire in the area between the two stretching disks in the unit of time. According to the invention, both variables can be set and maintained by influencing the peripheral speeds of the stretching disks.
  • the steel wire is guided over the stretching disks without slipping.
  • This can be accomplished in several ways, e.g. B. by vulcanized rubber-elastic pads on the tread of the stretching discs, by form-fitting training that correspond to the ribs on the steel wires.
  • This can also be achieved in other ways, under certain circumstances also by multiple wrapping of the stretching discs.
  • it is always advantageous to guide the steel wire over the stretching discs without damaging the ribs. In this respect, too, rubber-elastic pads and adapted form-fitting designs have proven to be advantageous.
  • the yield strength and the elongation can be set and maintained very precisely.
  • a surprising reduction in susceptibility to fatigue fracture is also achieved.
  • the fatigue fractures often also start from microcracks in the surface area of the steel wires, which in turn are based on damage to the ribs or other defects.
  • the formation of microcracks which are disruptive to this extent can largely be avoided by adjusting the stretching speed, but the yield strength and the elongation can nevertheless be controlled very precisely.
  • the drawing shows a schematic representation of a plant which is particularly suitable for carrying out the described method.
  • the stretching disks 1 or 2 have a radius of at least 500 mm. They can be driven via the motor / gear unit 3 or 4 with a predeterminable peripheral speed and a predeterminable peripheral speed difference.
  • the steel wire 5 is guided around the two stretching discs 1 and 2 in an S-shape. It can be fed to the inlet stretching disk 1 with a tangential inlet section 6 and can be removed from the outlet stretching disk 2 with a tangential outlet section 7.
  • the hot-ribbed steel wire 5 which was deposited with a permanent torsional deformation of 360 ° per turn via a winding layer out of the rolling heat, is drawn off from a beater 8 in the cold state with this twisting deformation.
  • a recovery device 9 for this torsional deformation.
  • the reshaping device 9 works with reshaping rollers 10. It goes without saying that the stretching disks 1 and 2 are designed such that they guide the steel wire 5 without slipping. The design is also made so that the ribs of the steel wire 5 on the stretching discs 1 and 2 and in the recovery device 9 are not damaged.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl, wobei ein Stahldraht durch Warmwalzen hergestellt und dabei mit Schrägrippen sowie ggf. Längsrippen (insbesondere nach DIN 488) versehen wird, und wobei der auf diese Weise warmgerippte Stahldraht kalt einer Reckung unterworfen sowie dadurch in bezug auf die Streckgrenze und die Dehnung eingestellt wird. Wesentlich für dieses Verfahren ist, daß die rippenbildende Formgebung beim Walzen erfolgt und eine sogenannte Warmrippung ist. Demgegenüber erfolgt die Reckung als Kaltreckung. Es versteht sich, daß die Streckgrenze und die Dehnung so eingestellt werden, daß die vorgeschriebenen, normierten Werte eingehalten sind.
  • Bei dem großtechnisch ausgeführten, bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, resultiert das Recken aus einer Torsionsverformung mit Hilfe einer Torsionsmaschine, die diskontinuierlich arbeitet. Die diskontinuierliche Verfahrensführung stört den betrieblichen Ablauf. Für die einzustellende Streckgrenze sowie für die einzustellende Reckung müssen verhältnismäßig große, unvermeidbare Toleranzen zugelassen oder berücksichtigt werden. Insbesondere sind die Werte für die Streckgrenze und die Reckung über die Länge eines Betonstahls nach Maßgabe der unterschiedlichen Reckungsabschnitte, die zu der diskontinuierlichen Verfahrenweise gehören, wenig gleichmäßig. Die Dauerschwingungsfestigkeit des so gereckten Betonstahls ist häufig unbefriedigend. Es besteht bei Schwingungsbeanspruchungen Dauerbruchgefahr. Andererseits verlangt die Praxis in zunehmendem Maße auch hohe Werte für die Dauerschwingungsfestigkeit. - Wegen der beschriebenen Probleme wird, um bei Betonstahl die vorgeschriebenen Werte für die Streckgrenze und die Dehnung einzuhalten, häufig von der beschriebenen Kaltreckung durch Torsion Abstand genommen und werden die vorgeschriebenen physikalischen Eigenschaften durch Microlegierung eingestellt, insbesondere durch Zugabe von Vanadium. Das führt zu befriedigenden Ergebnissen. Das ist jedoch wegen der Notwendigkeit, Vanadium zuzulegieren, aufwendig, zumal die Vanadium-Preise in der Tendenz seit vielen Jahren steigen und weitere Steigungen zu erwarten sind.
  • In neuerer Zeit ist über Versuche berichtet worden, die nicht zum Stand der Technik gehören und die sich bemühen, das Microlegieren durch ein kontinuierliches Recken zu ersetzen ( Werkzeitschrift "Report" der Hamburger Stahlwerke Gesellschaft mit beschränkter Haftung vom 22. Juni 1989, Seite 11). Diese Versuche wurden mit einer Reckmaschine durchgeführt, die zwei mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit arbeitende Reckscheiben aufweisen. Die Erfindung schließt an diese Versuche an.
  • Das kontinuierliche Kaltrecken eines Stahldrahtes ist im übrigen grundsätzlich bekannt (DE-AS 24 49 268). Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen wird ein nicht gerippter Stahldraht dadurch gereckt, daß er einerseits eine angetriebene, als Zugvorrichtung dienende Trommel umschlingt und andererseits eine nicht angetriebene, gebremste Trommel umschlingt. Die Genauigkeit der Einstellung von Streckgrenze und Dehnung des Stahldrahtes läßt hier zu wünschen übrig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß die Streckgrenze und die Dehnung sehr genau eingestellt werden können und auch weitere physikalische Eigenschaften des Betonstahls, insbesondere sein Dauerschwingungsverhalten, verbessert werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Stahldraht kontinuierlich gereckt wird und dazu über zumindest zwei angetriebene Reckscheiben (oder Reckwalzen) geführt wird, die mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auf dem Stahldraht arbeiten, daß über die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz der beiden Reckscheiben der Reckgrad gesteuert wird und daß über die Reckgeschwindigkeit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert werden. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem kontinuierlichen linearen Recken die Möglichkeit besteht, bei vorgegebenem Reckgrad durch die Reckgeschwindigkeit in den Prozeß in dem Sinne optimierend einzugreifen, daß sehr genaue Werte für die Streckgrenze und die Dehnung vorgegeben und eingehalten werden können. Dabei ist neben der Reckgeschwindigkeit nach wie vor der Reckgrad eine Einflußgröße, die variiert werden kann. Überraschenderweise zeichnen sich die so hergestellten Betonstähle auch durch eine sehr hohe Dauerschwingungsfestigkeit aus. Insoweit soll die Reckgeschwindigkeit zwar so gewählt werden, daß die vorgegebenen Werte für die Streckgrenze und die Dehnung eingehalten werden, jedoch soll die Reckgeschwindigkeit innerhalb dieser Bedingung so niedrig wie möglich gewählt werden. - Reckgrad bezeichnet die Längung, die der Stahldraht bzw. eine Längeneinheit des Stahldrahtes bei der Reckung erfährt, in Prozent. Reckgeschwindigkeit bezeichnet die bleibende Längenänderung des Stahldrahtes bzw. einer Längeneinheit des Stahldrahtes im Bereich zwischen den beiden Reckscheiben in der Zeiteinheit. Beide Größen können erfindungsgemäß durch Einflußnahme auf die Umfangsgeschwindigkeiten der Reckscheiben eingestellt und eingehalten werden. Im Rahmen der Erfindung werden keine absoluten Zahlen für die Reckgeschwindigkeit angegeben, weil die optimalen absoluten Zahlen auch von dem Reckgrad und dem Krümmungsradius abhängen, den der Stahldraht bei der Umschlingung der Reckscheiben erfährt. Mit der Lehre, daß über die Reckgeschwindigkeit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert werden, lassen sich die absoluten Werte für die Reckgeschwindigkeit bei vorgegebenem Durchmesser der Reckscheiben unschwer experimentell ermitteln. Im Sinne einer Optimierung ist es zweckmäßig, den Stahldraht mit einem Mindestkrümmungsradius von 500 mm über die Reckscheiben zu führen. Das gilt für alle übliche Stahldrahtdicken. Diese Maßnahme stellt sicher, daß sich eine störende, in bezug auf den Stahldrahtquerschnitt unsymmetrische Biegekaltverformung der linearen Reckung nicht überlagert. Um die Zahlenwerte in bezug auf den Reckgrad und die Reckgeschwindigkeit genau einzuhalten, wird nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Stahldraht schlupffrei über die Reckscheiben geführt. Das kann auf verschiedene Weise erreicht werden, z. B. durch aufvulkanisierte gummielastische Auflagen auf der Lauffläche der Reckscheiben, durch Formschlußausbildungen, die mit den Rippen auf den Stahldrähten korrespondieren. Das kann auch auf andere Weise erreicht werden, unter Umständen auch durch Mehrfachumschlingung der Reckscheiben. Es ist jedoch stets vorteilhaft, den Stahldraht rippenschadenfrei über die Reckscheiben zu führen. Auch insoweit erweisen sich gummielastische Auflagen und angepaßte Formschlußausbildungen als vorteilhaft. - Arbeitet man in der beschriebenen Weise, so ist nicht nur sichergestellt, daß die Streckgrenze und die Dehnung, wie vorgegeben, sehr genau eingestellt und eingehalten werden können. Man erzielt, wie bereits betont, auch eine überraschende Reduzierung der Dauerbruchempfindlichkeit. Tatsächlich gehen im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Dauerbrüche häufig auch von Microrissen im Oberflächenbereich der Stahldrähte aus, die ihrerseits auf Schäden an den Rippen oder auf anderen Fehlern beruhen. Die Bildung von insoweit störenden Microrissen läßt sich erfindungsgemäß durch Einstellung der Reckgeschwindigkeit weitgehend vermeiden, wobei nichtsdestoweniger die Streckgrenze und die Dehnung sehr genau gesteuert werden können.
  • In der Ausführungsform, bei der warmgerippter Stahldraht über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Tordierungsverformung von 360°C pro Windung abgelegt wird und mit dieser Tordierungsverformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel abgezogen wird, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, der beschriebenen vorteilhaften linearen Reckung eine Torsionsreckung zu überlagern. Dazu lehrt die Erfindung, daß der von dem Schlaghaspel abgezogene Stahldraht vor der Zuführung zu der ersten Reckscheibe einer Rückverformung unterworfen wird, die die Trodierungsverformung aufhebt oder weitgehend reduziert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders bewährt für die speziellen Stähle, die in den Ansprüchen 6 und 7 behandelt sind, wenn die in diesen Ansprüchen angegebenen Verfahrensparameter eingehalten werden. Werden diese eingehalten, so lassen sich im allgemeinen Betriebsverhältnisse verwirklichen, bei denen mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Reckscheiben von mindestens 1,0 m/sek. bis maximal 8,0 m/sek. gearbeitet wird. Es versteht sich, daß die Umfangsgeschwindigkeit in diesem Bereich in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser optimierend eingestellt wird.
  • Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage, die für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignet ist.
  • Man erkennt in der Zeichnung eine Einlaufreckscheibe 1, eine Ablaufreckscheibe 2 und ein Motor/Getriebe-Aggregat 3 bzw. 4 an jeder der Reckscheiben 1 bzw. 2. Die Reckscheiben 1 bzw. 2 besitzen einen Radius von zumindest 500 mm. Sie sind über das Motor/Getriebe-Aggregat 3 bzw. 4 mit vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeit und vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz antreibbar. Der Stahldraht 5 ist um die beiden Reckscheiben 1 bzw. 2 S-förmig geführt. Er ist der Einlaufreckscheibe 1 mit einem tangentialen Einlaufabschnitt 6 zuführbar und von der Ablaufreckscheibe 2 mit einem tangentialen Ablaufabschnitt 7 abführbar. Angedeutet wurde, daß der warmgerippte Stahldraht 5, der über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Torsionsverformung von 360° pro Windung abgelegt wurde, mit dieser Tordierungsverformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel 8 abgezogen wird. Im Bereich des tangentialen Einlaufabschnittes 6 dieses Stahldrahtes befindet sich eine Rückverformungseinrichtung 9 für diese Torsionsverformung. Die Rückverformungseinrichtung 9 arbeitet mit Rückverformungsrollen 10. Es versteht sich, daß die Reckscheiben 1 bzw. 2 so ausgelegt sind, daß sie den Stahldraht 5 schlupffrei führen. Die Auslegung ist fernerhin so getroffen, daß die Rippen des Stahldrahtes 5 auf den Reckscheiben 1 bzw. 2 und in der Rückverformungseinrichtung 9 keinen Schaden nehmen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl, wobei ein Stahldraht (5) durch Warmwalzen hergestellt und dabei mit Schrägrippen sowie ggf. Längsrippen (insbesondere nach DIN 488) versehen wird, und wobei der auf diese Weise warmgerippte Stahldraht (5) kalt einer Reckung unterworfen sowie dadurch in bezug auf die Streckgrenze und die Dehnung eingestellt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stahldraht (5) kontinuierlich gereckt wird und dazu über zumindest zwei angetriebene Reckscheiben (1, 2) (oder Reckwalzen) geführt wird, die mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auf dem Stahldraht (5) arbeiten, daß über die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz der beiden Reckscheiben (1, 2) der Reckgrad gesteuert wird und daß über die Reckgeschwindigkeit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert (bzw. eingestellt) werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht (5) mit einem Mindestkrümmungsradius von 500 mm über die Reckscheiben (1, 2) geführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht (5) schlupffrei über die Reckscheiben (1, 2) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht (5) rippenschadenfrei über die Reckscheiben (1, 2) geführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Ausführungsform, bei der der warmgerippte Stahldraht (5) über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Tordierungsverformung von 360° pro Windung abgelegt wird und mit dieser Tordierungsverformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel (8) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Schlaghaspel (8) abgezogene Stahldraht (5) vor der Zuführung zu der ersten Reckscheibe (1) einer Rückverformung unterworfen wird, welche die Tordierungsverformung aufhebt oder weitgehend reduziert.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Stahldraht (5) gearbeitet wird, der in dem Analysenrahmen
    Kohlenstoff   : 0,14 bis 0,22%,
    Silicium   : 0,15 bis 0,40%,
    Mangan   : 0,60 bis 1,30%,
       Rest Eisen und zulässige Spuren- und Begleitelemente,
    liegt, daß mit einem Reckgrad von maximal 6% die Reckung durchgeführt wird und daß die Reckgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der gereckte Betonstahl eine Streckgrenze größer als 500 N/mm² und eine Dehnung von zumindest 15% aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Stahldraht (5) gearbeitet wird, der die Analyse
    Kohlenstoff   : 0,18%,
    Silicium   : 0,24%,
    Mangan   : 0,80%,
       Rest Eisen und zulässige Spuren- und Begleitelemente,
    aufweist, daß mit einem Reckgrad von 5,7% die Reckung durchgeführt wird und daß die Reckgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der gereckte Betonstahl eine Streckgrenze von etwa 521 N/mm² und eine Dehnung von 18,3% aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Reckscheiben (1, 2) von mindestens 1,0 m/sek bis maximal 8,0 m/sek gearbeitet wird.
EP90111026A 1989-06-14 1990-06-12 Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl Expired - Lifetime EP0403916B1 (de)

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