EP1008667B1 - Verfahren zur Herstellung feuerresistenter Stahlbleche - Google Patents

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EP1008667B1
EP1008667B1 EP99123536A EP99123536A EP1008667B1 EP 1008667 B1 EP1008667 B1 EP 1008667B1 EP 99123536 A EP99123536 A EP 99123536A EP 99123536 A EP99123536 A EP 99123536A EP 1008667 B1 EP1008667 B1 EP 1008667B1
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sheets
steel
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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ThyssenKrupp Stahl AG
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing fire-resistant steel sheets with a yield strength Re> 235 N / mm 2 and a yield strength ratio Re / Rm (yield strength R e; tensile strength R m ) between 0.4 and 0.65, in particular between 0.4 and 0.6, for use in steel construction.
  • Fire resistant steels must have high heat resistance have, so in steel construction a reduction of expensive Fire protection measures is made possible. At the same time a fire resistant steel to achieve a good one Deformation behavior a very low yield ratio Show Re / Rm. This increases the security of the Construction against mechanical failure Burden.
  • the steels to be created according to the invention also have the construction steel for steel structures requirements regarding To meet toughness and processing behavior and increased resistance to atmospheric corrosion To have (weather resistance).
  • the critical temperature is reached when the at this temperature measured yield point below 2/3 of the yield point measured at room temperature has sunk.
  • Conventional structural steels have about 350 ° C their critical temperature. Because of the need expensive fire protection measures for conventional structural steels Having to undertake to a considerable extent is one Inexpensive construction work is not guaranteed and a optimal use of space is often difficult.
  • the object of the present invention is now based on an inexpensive method of manufacture to propose steels with which fire protection measures by a critical over the state of the art Temperature can be further reduced and the improved ductility due to a low yield ratio have from 0.4 to 0.65. hereby is supposed to be an inexpensive and modern building design high security against mechanical and thermal Construction failure enabled and in parallel increased resistance to atmospheric corrosion be created.
  • the C content in a range of 0.01 to 0.12% and the Mn content in a range from 0.20 to 1.00% be limited.
  • This steel becomes slabs in free-standing or continuous casting or shed thin slabs.
  • the slabs are made with a Starting temperature in the range from 1000 to 1350 ° C Hot rolled strips. In the case of slab production these are at the hot rolling start temperature heated. On the other hand, if thin slabs are poured, these can be removed from the pouring heat after cooling to the Hot rolling start temperature immediately afterwards the casting process can be further processed by Strips are rolled out.
  • the hot rolling final temperature is above 850 ° C, preferred however not higher than 900 ° C.
  • the hot rolled strips with thicknesses up to max. 15 mm cool down after the outlet the hot rolling season only in air at a temperature in the range of 720 to 780 ° C coiled, which is particularly good in practice Set results.
  • According to an embodiment of the Invention can limit the reel temperature at 760 ° C. After the reel are removed from the tapes Plate removed.
  • the sheets thus produced are advantageously in the Temperature range from 880 to 950 ° C, preferably at 920 ° C, normalized for a maximum of 30 minutes.
  • the sheets can then also in the temperature range of 400 ° C. tempered up to 700 ° C.
  • the inventive method is in the Sheet steel creates a multi-phase structure that predominantly made of ferrite with embedded bainitic / martensitic islands and above also has finely divided carbide deposits. On this structure is based on the high heat resistance and that low yield ratio as a prerequisite for good ductility of the sheets.
  • Table 1 lists the chemical compositions of fire-resistant nickel-free steels 1 - 4 in the form of 5 and 10 mm thick sheet metal as well as the final rolling and coiling temperatures observed during the processing of the steels.
  • the steels were cast into slabs, which were then heated to 1200 ° C and hot rolled into strip, the in Table 1 given respective final rolling temperatures have been achieved. Starting from the respective The final rolling temperature was the respective strip in air the respective reel temperature given in Table 1 cooled. Then sheets were removed from the strips with a normal annealing at 920 ° C have been subjected to a holding time of less than 30 minutes.
  • Table 2 contains the mechanical properties measured on samples of the sheets from the fire-resistant nickel-free steels 1 - 4 of the composition according to Table 1. Characteristic is in particular the significantly higher heat resistance, which is characterized here by the yield strength Re at 600 ° C, which is between 180 and 217 N / mm 2 . This corresponds to a yield point reduction compared to room temperature of more than 3/5. This can raise the critical temperature to over 600 ° C and thus significantly reduce the effort required for additional insulation against heating up the steel in the event of a fire.
  • sheets produced according to the invention have an approx. 0.48 to 0.65. 15% lower yield point ratio than conventional steels that have the same high yield point values.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung feuerresistenter Stahlbleche mit einer Streckgrenze Re > 235 N/mm2 und einem Streckgrenzenverhältnis Re/Rm (Streckgrenze Re; Zugfestigkeit Rm) zwischen 0,4 und 0,65, insbesondere zwischen 0,4 und 0,6, für den Einsatz im Stahlbau.
Feuerresistente Stähle müssen eine hohe Warmfestigkeit aufweisen, damit im Stahlbau eine Verringerung von teuren Brandschutzmaßnahmen ermöglicht wird. Gleichzeitig soll ein feuerresistenter Stahl zur Erzielung eines guten Verformungsverhaltens ein sehr niedriges Streckgrenzenverhältnis Re/Rm aufweisen. Das erhöht die Sicherheit der Konstruktion gegen Versagen infolge mechanischer Belastung. Die erfindungsgemäß zu schaffenden Stähle haben darüber hinaus die an Baustähle für Stahlkonstruktionen gestellten Anforderungen hinsichtlich Zähigkeit und Verarbeitungsverhalten zu erfüllen und einen erhöhten Widerstand gegen atmosphärische Korrosion (Wetterfestigkeit) zu besitzen.
Für den Brandschutz von Stahlkonstruktionen werden Stahlteile derzeit z.B. durch Spritzputz oder Platten abgedeckt. Ziel ist es, im Brandfall die Dauer bis zum Erreichen einer kritischen Temperatur möglichst lang zu halten oder diese Temperatur gar nicht zu erreichen.
Die kritische Temperatur ist erreicht, wenn der bei dieser Temperatur gemessene Streckgrenzenwert unter 2/3 des bei Raumtemperatur gemessenen Streckgrenzenwertes abgesunken ist. Konventionelle Baustähle haben bei etwa 350 °C ihre kritische Temperatur. Durch die Notwendigkeit bei konventionellen Baustählen teure Brandschutzmaßnahmen in erheblichem Umfang vornehmen zu müssen, ist eine kostengünstige Bauabwicklung nicht gewährleistet und eine optimale Raumausnutzung vielfach schwierig.
Um die Brandschutzmaßnahmen zur Kostenreduzierung bei Stahlbauten zu verringern, sind bereits eine Reihe geeigneter feuerresistenter Stähle mit Streckgrenzenwerten von mindestens 270 bis 450 N/mm2 und erhöhter Warmfestigkeit bekannt, z.B. aus der EP 0 470 055 A2. Die kritische Temperatur konnte bei ihnen bis max. 600 °C angehoben werden. Dadurch wurde bereits ein verbesserter Brandschutz erreicht. Die Verbesserung des Verformungsverhaltens ist jedoch sehr gering, weil das Streckgrenzenverhältnis dieser Stähle nur um höchstens 10 % niedriger liegt als bei konventionellen Baustählen mit gleich hoher Streckgrenze.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Stählen vorzuschlagen, mit denen Brandschutzmaßnahmen durch eine über den Stand der Technik erhöhte kritische Temperatur weiter reduziert werden können und die verbesserte Verformbarkeit durch ein niedriges Streckgrenzenverhältnis von 0,4 bis 0,65 aufweisen. Hierdurch soll eine kostengünstige und moderne Baugestaltung mit hoher Sicherheit gegen mechanisches und thermisches Versagen der Konstruktion ermöglicht und parallel dazu ein erhöhter Widerstand gegen atmosphärische Korrosion geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Verarbeitet wird nach diesem Verfahren ein nickelfreier Stahl folgender chemischer Zusammensetzung (in Masse-%):
  • 0,01 bis 0,14 % C,
  • 0,20 bis 1,20 % Mn,
  • 0,020 bis 0,045 % Allosl,
  • 0,7 bis 0,9 % Cr,
  • 0,10 bis 0,25 % Mo,
  • 0,01 bis 0,05 % V,
    • Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.
    Dabei können nach einer Ausgestaltung der Erfindung der C-Gehalt auf einen Bereich von 0,01 bis 0,12 % und der Mn-Gehalt auf einen Bereich von 0,20 bis 1,00 % beschränkt sein.
    Wahlweise können dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl zusätzlich ein öder mehrere der folgenden Elemente in den angegebenen Mengen (in Masse-%) zugesetzt werden:
  • bis 0,30 % Si
  • bis 0,008 % N,
  • bis 0,50 % Cu,
  • bis 0,0040 % B,
  • bis 0,0030 % Ca,
  • bis 0,02 % Nb,
  • bis 0,02 % Ti
    • Dieser Stahl wird im Stand- oder Strangguß zu Brammen oder Dünnbrammen vergossen. Die Brammen werden mit einer Anfangstemperatur im Bereich von 1000 bis 1350 °C zu Bändern warmgewalzt. Im Falle der Erzeugung von Brammen werden diese auf die Warmwalz-Anfangstemperatur aufgeheizt. Erfolgt dagegen der Abguß von Dünnbrammen, können diese aus der Gießhitze nach Abkühlung auf die Warmwalz-Anfangstemperatur unmittelbar anschließend an den Gießprozeß weiterverarbeitet werden, indem sie zu Bändern ausgewalzt werden.
    Die Warmwalz-Endtemperatur liegt über 850 °C, bevorzugt jedoch nicht höher als 900 °C. Die warmgewalzten Bänder mit Dicken bis max. 15 mm kühlen nach dem Austritt aus der Warmwalzstaffel ausschließlich an Luft ab und werden bei einer Temperatur im Bereich von 720 bis 780 °C gehaspelt, bei der sich in der Praxis besonders gute Ergebnisse einstellen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Obergrenze der Haspeltemperatur bei 760 °C liegen. Nach dem Haspeln werden von den Bändern Bleche abgetafelt.
    Die so erzeugten Bleche werden vorteilhafterweise im Temperaturbereich von 880 bis 950 °C, bevorzugt bei 920 °C, für maximal 30 Minuten normalgeglüht. Die Bleche können dann zusätzlich im Temperaturbereich von 400°C bis 700 °C angelassen werden.
    Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird in den Stahlblechen ein mehrphasiges Gefüge erzeugt, das vorwiegend aus Ferrit mit eingelagerten bainitisch/martensitischen Inseln besteht und darüber hinaus fein verteilte Carbidausscheidungen aufweist. Auf diesem Gefüge beruht die hohe Warmfestigkeit und das niedrige Streckgrenzenverhältnis als Voraussetzung für eine gute Verformbarkeit der Bleche.
    In Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen von erfindungsgemäßen feuerresistenten nickelfreien Stählen 1 - 4 in Form von 5 und 10 mm dickem Blech sowie die während der Verarbeitung der Stähle jeweils eingehaltenen Endwalz- und Haspeltemperaturen aufgelistet.
    Die Stähle wurden zu Brammen vergossen, die anschließend auf 1200 °C erwärmt und zu Band warmgewalzt, wobei die in Tabelle 1 angegebenen jeweiligen Endwalztemperaturen erreicht wurden. Ausgehend von der jeweiligen Endwalztemperatur wurde das jeweilige Band an Luft auf die in Tabelle 1 angegebene jeweilige Haspeltemperatur abgekühlt. Anschließend wurden von den Bändern Bleche abgetafelt, die einer Normalglühung bei 920 °C mit weniger als 30 Minuten Haltedauer unterzogen wurden.
    Tabelle 2 enthält die an Proben der Bleche aus den feuerresistenten nickelfreien Stählen 1 - 4 der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 gemessenen mechanischen Eigenschaften. Charakteristisch ist insbesondere die deutlich höhere Warmfestigkeit, die hier durch die Streckgrenze Re bei 600 °C gekennzeichnet ist, die zwischen 180 und 217 N/mm2 liegt. Das entspricht einer Streckgrenzenverminderung gegenüber Raumtemperatur mit mehr als 3/5. Damit kann die kritische Temperatur auf über 600 °C angehoben und so der Aufwand für zusätzliche Isolierung gegen ein Aufheizen des Stahles im Brandfall deutlich reduziert werden.
    Darüber hinaus wird auch die verbesserte Verformbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Bleche aus feuerresistenten Stählen gegenüber konventionellen Stählen deutlich. So weisen erfindungsgemäß erzeugte Bleche mit 0,48 bis 0,65 ein rd. 15 % niedrigeres Streckgrenzenverhältnis auf als konventionelle Stähle, die gleich hohe Streckgrenzenwerte besitzen.
    Figure 00070001

    Claims (4)

    1. Verfahren zur Herstellung von Stahl blech mit Dicken bis 15 mm mit einer Streckgrenze Re > 235 N/mm2 und einem Streckgrenzenverhältnis Re/Rm zwischen 0,4 und 0,65 für den Stahlbau, bestehend aus (in Masse-%):
      0,01 bis 0,14 % C,
      0,20 bis 1,20 % Mn,
      0,020 bis 0,045 % Allosl,
      0,70 bis 0,90 % Cr,
      0,10 bis 0,25 % Mo,
      0,01 bis 0,05 % V,
      gegebenenfalls
      bis 0,30 % Si,
      bis 0,008 % N,
      bis 0,50 % Cu,
      bis 0,0040 % B,
      bis 0,0030 % Ca,
      bis 0,02 % Nb,
      bis 0,02 % Ti,
         Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
      dadurch gekennzeichnet, daß der zu Brammen oder Dünnbrammen vergossene Stahl mit einer Anfangstemperatur im Bereich von 1000 °C bis 1350 °C zu Bändern bei Endwalztemperaturen über 850 °C warmgewalzt wird, daß die Bänder anschließend an Luft auf Haspeltemperatur im Bereich von 720 °C bis 780 °C abgekühlt werden und daß das gehaspelte Band dann zu Blechen abgetafelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche bei einer Temperatur im Bereich von 880 °C bis 950 °C normalgeglüht werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 700 °C angelassen werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur im Bereich von 850 bis 900 °C liegt.
    EP99123536A 1998-12-07 1999-11-26 Verfahren zur Herstellung feuerresistenter Stahlbleche Expired - Lifetime EP1008667B1 (de)

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