NO156015B - Armeringsstaal med hoey mekanisk fasthet. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et armeringsstål eller et armerings-stangstål med høy mekanisk fasthet hvilket er sveisbart opp til et bestemt karboninnhold, er motstandsdyktig mot atmosfærisk korrosjon og på en optimal måte tilfredsstiller den moderne bygningsindustris krav. Dette stål er spesielt fordelaktig ved konstruksjon av betongelementer med kompliserte egenskaper som må oppvise gode karakteristika når det gjelder bæreevne, og som kan benyttes ved relativt høye temperaturer, og til fremstilling av konstruksjoner under anvendelse av disse betongelementer.

Betong er et av de mest brukte bygningsmaterialer, som oppviser en høy trykkfasthet, men en lav strekkfasthet. Denne ulempe ved betong er blitt overvunnet ved å innføre i betong-elementenes belastningssoner stålstenger eller stålarmeringer som opptar strekkpåkjenninger og avlaster betongen fra slike påkjenninger. Disse stålforsterkninger kalles armeringsstenger. Armeringsstengene kan inndeles i to grupper avhengig av den måte

på hvilken de blir innført, eller de påkjenninger de blir ufcsatt for. Samtidig bestemmer anvendelsesmåten kravene som stilles til disse stålarter.

Ved en anvendelsesmåte har armeringsstengene til oppgave å absorbere eller eliminere - i betongkonstruksjonen - de strekk-

og skjær-påkjenninger som konstruksjonen er utsatt for. Disse armeringsstenger er varmvalset; oftest dreier det seg om armeringsstenger som ikke er legert eller som bare er lettlegert og utstyrt med ribber og av en kvalitet som kan eller ikke kan sveises.

Varmvalsede armeringsstenger bør oppvise en garantert tilsynelatende elastisitetsgrense, en passende bøyelighet, ribbene øker heftfastheten som er nødvendig for overføring av krefter, og om nødvendig skal de kunne la seg sveise.

Ved den andre anvendelsesmåten elimineres konstruksjonens strekkpåkjenninger av armeringsstengene gjennom en forspenning av betongelementene. Denne bruksmåte gjør det mulig å redusere konstruksjonens vekt betraktelig. I dette tilfelle blir armerings-jernene eller armeringsstengene strukket med en strekkraft svarende til elastisitetsgrensen, de blir forspent og lagt ned i betongen i denne tilstand.

Betongelementet er derved forspent under trykk ved armeringsstålet som er begravet i det etter at betongen er stivnet; forspenningen svarer til den spenning som ble brukt under forspenningen av stålet. Således blir den spenning som resulterer fra konstruksjonens påkjenninger som utøves i betongelementet, nedsatt til en minimumsverdi godtakbar for betong. Det forspente armeringsstålet skulle derved virke som en spenningsfjær, hvilket bestemmer kravene til et slikt stål.

Kravene til forspente armeringsstenger er forskjellige fra kravene til varmvalset armeringsstål, fordi deres respektive funksjoner ikke er de samme. Deres tilsynelatende elastisitetsgrense bør beløpe seg til minst 80 % av deres strekkfasthet;

videre bør elastisiteten oppvise minimal bøyning, en passende relaksasjon og en ubetydelig følsomhet for korrosjon under belastning.

Den høye strekkfasthet hos armeringsstål er også et vesentlig industrielt krav. Jo høyere stålets strekkfasthet er, desto større er i alminnelighet dets tillatte nyttige belastning.

Derved økes verdien av bruken av forspente armeringsstenger, og

det tap i strekkfasthet som er uunngåelig på grunn av sammen-krympning og langsom deformering av betongen, mister derved sin betydning.

I prinsipp ville det av denne grunn være mulig å benytte i betong som armeringsstang en type stål hos hvilken forandringen i lengde som resulterer av belastninger, er liten, men hos hvilken området for variasjoner i form er tilstrekkelig bredt.

Ikke-forspent armeringsstål som skal anvendes i betong, bør oppvise en plastisitet som gjør at sprekking av betongen som resultat av bøyningspåkjenninger i konstruksjonen kan tolereres, men som dog forhindrer at armeringsstålet underkastes korrosjons-virkning fra omgivelsene på grunn av denne sprekking.

Armeringsstål egnet til å forspennes bør videre oppvise gunstige rheologiske egenskaper samt en god resistens mot korrosjon under belastning.

Armeringsstål som kan benyttes med eller uten forspenning og som oppviser gode mekaniske styrkeegenskaper, er kjent. Den kjemiske sammensetning av armeringsståltyper som ikke brukes til forspenning er kjennetegnet ved det faktum at karboninnholdet som oftest er maksimalt 0,60 vekt%, og manganinnholdet er mellom 0,50 1,6 vekt%. Noen ståltyper inneholder i tillegg 0,2-0,6 vekt% silisium og 0,3 vekt% niob eller vanadium. De ståltyper som benyttes i varmvalset form og som er uegnet til forspenning, er vanligvis sveisbare opp til et karboninnhold på maksimalt 0,2 %. Deres strekkfasthet er vanligvis mellom 350 og 600 N/mm<2>, og de kan brukes i 40 til 60 % av konstruksjoner. Det usveisbare områdes strekkfasthet er mellom 600 og 800 N/mm<2>, men bare 30 til 40 % kan benyttes til overføring av en bøyning som ikke nødvendig-gjør en varig formforandring.

Armeringsstål som benyttes til forspenning, fremstilles ved fremgangsmåter til varm- eller kald-deformering og -behandling, som er kostbare og kompliserte, eller ved en kombinasjon av disse metoder. Deres kjemiske sammensetning kan karakteriseres ved at deres karboninnhold vanligvis er mellom 0,50 og 0,80 vekt%, og deres silisiuminnhold er mellom 1,00 og 2,00 %, mangan 0,70-

1,20 %, samt noen andre elementer, og endog 0,50-1,50 % krom og 0,30-0,80 % molybden. Betegnende for deres mekaniske egenskaper er en strekkfasthet mellom 1300 og 1850 N/mm<2> og en spenning som krever en deformasjon på 0,05 % som er mellom 800 og 1200 N/mm<2>. Avspenning av disse ståltyper oppviser for en belastning på 70 % av strekkfastheten og god relaksasjon.

Kjente og benyttede armeringsståltyper oppviser relativt

svak styrke. De kan bare sveises innenfor meget snevre grenser for styrke, og de kan fremstilles ved kompliserte tekniske prosesser som fordrer meget arbeid for å oppnå den fjæringseffekt som er nødvendig for moderne bruk og konstruksjon.

Oppfinnelsens formål er fremstilling av et armeringsstål med høy mekanisk styrke selv i varmvalset tilstand og som kan sveises opp til et bestemt karboninnhold, og som etter en enkel vann-behandling kan benyttes som forspent armeringsstål med høyere karboninnhold enn hva som tidligere var mulig, som oppviser en utmerket relaksasjon og en korrosjonsfasthet under belastning og som er egnet til bruk ved fremstilling av betongelementer eller innstøpningskonstruksjoner, hvilke på en optimal måte imøtekommer konstruksjonskravene og også kan benyttes ved høye temperaturer.

Oppfinnelsen angår således et armeringsstål med høy mekanisk fathet, sveisbart opp til et bestemt karboninnhold og bestandig mot atmosfærisk korrosjon, karakterisert ved at det foruten jern og de vanlige restelementer hovedsakelig består av, i vekt% Ifølge en foretrukken utførelsesform består armeringsstålet av

Noen av legeringsselementene danner, i andeler ifølge oppfinnelsen, komplekse metallforbindelser som til dels, selv i støpetrinnet, danner aktive kim som forspenner jernet ved delvis å inngå i interstitiell løsning, og som på denne måte fler-foldiggjør gitterdefektene.

Andre legeringselementer danner metalliske fellinger som oppviser en høy skjærfasthet hvilket på en sammenbindende måte øker og stabiliserer grunngitterets indre spenning.

Andre legeringselementer anrikes ved å innta gitterdefektene ved korngrensene, slik at det ikke-sammenhengende fellings-fenomenet forsinkes. På denne måte forhindres anrikningen av slike fellinger langs korngrensene, homogeniteten av deres fordeling sikres og korngrensestyrken økes.

Idet antallet av krystallkim med riktige størrelser økes, forbedres stålets krystallisasjonsevne, og primærkornenes størkningstid og størrelse reduseres. På denne måte økes korn-grenseoverflaten i grunnmassen sterkt slik at muligheten til an-rikningsdannelse merkbart reduseres,og den spesifikke påkjenning som resulterer av spenningen, også senkes betydelig.

Bestanddelenes egenskaper og deres passende andeler i legeringssystemet ifølge opfinnelsen danner sådanne fysisk-kjemiske, kinetiske og kimvirkende forhold at - under oppløsning, størkning, rekrystallisering og varmdeformering - tilgjengelig-heten av bestanddeler til å inngå interstitielt i løsning,

mengden av disse bestanddeler og antallet og graden av spenninger i de forspente gittere på denne måte betraktelig økes. Takket være økningen i antallet gittere som oppviser interstitiel forspenning og deres spenningsgrad, er det en merkbar økning i antallet av metallurgisk dannede forskyvninger som befordrer og styrer dannelsen av metallfellinger og tettheten av deres fordeling, hvilket resulterer i forhøyelse av effektiviteten av felningenes forankrende funksjon under den frontale bevegelse av forskyvningene forårsaket av belastningene.

Takket være elementene som er innesluttet i og anriket i korngrensedefektene, reduseres diffusjonshastigheten eller antallet nærliggende metallatomer, derved reduseres også dannelsen av inkoherente kim. Således unngår man dannelse langs korngrensene av en ikke-homogen sone ved legerende elementer eller fellinger, og at deres mekaniske styrke eller sigefasthet reduseres. Derved forsinkes en sprengning som tidligere skjedde ved korngrensene som følge av belastningene, og deres forlengelse og krymping ved sigebrudd økes.

På grunn av dette fenomen høynes plastisiteten, evnen til varm- og kald-deformasjon og nyttig styrke hos armeringsstålet betraktelig.

Elementene ifølge den foreliggende oppfinnelse og andelene derav gjør det mulig å automatisk tilveiebringe en bemerkelses-verdig metallurgisk kvalitet hos armeringsstålet under bearbeid-ningen. I området for sveising økes den mekaniske styrke og varighetsgrensen hos stålet flere ganger uten kald behandling eller deformering, men med en effektiv kombinasjon av konsolideringsmekanismen. I det ikke-sveisbare området er det mulig på en enkel måte og med lave kostnader å oppnå betraktelig høyere mekanisk styrke og gunstigere rheologiske egenskaper enn for kjente armeringsstål.

Armeringsstålet ifølge den foreliggende oppfinnelse inneholder også i sin kjemiske sammensetning legerende forbindelser som - hvis nødvendig - er konsentrert ved stålets overflate under den varme deformasjonsprosessen, og som med tiden danner et beskyttende sjikt som resultat av atmosfærisk innvirkning på denne overflate. Dette sjikt beskytter stålet mot luftkorrosjon og reduserer helt klart korrosjonshastigheten sammenliknet med kjente ikke-legerte armeringsstål.

Armeringsstålet ifølge oppfinnelsen kan med letthet sveises opp til et bestemt karboninnhold, og dets egenskaper i den sone som påvirkes av varme under sveising er som utgangsproduktets egenskaper.

Armeringsstålet ifølge oppfinnelsen kan fremstilles og bearbeides med det samme utstyr som kjente armeringsstål, hvilket betyr at det ikke fordrer nye anlegg og investeringer for å fremstilles i store mengder. Det oppviser bemerkelsesverdige mekaniske egenskaper og garanterer, hvis nødvendig, bestandighet mot luftkorrosjon, og det utvider det område i hvilket montasje ved hjelp av sveising kan benyttes.

Hva angår overføring av krefter så kreves det et armeringsstål-tverrsnitt som klart er mindre, og dermed kan vekten av betongkonstruksjonen reduseres betydningsfullt med bibeholdelse av det foreskrevne betonglag.

Fabrikasjonskostnadene for produkter fremstilt av stålet ifølge oppfinnelsen overskrider ikke det rådende gjennomsnitts-nivå på grunn av den forbedrede mekaniske styrke.

De industrielle resultater man oppnår takket være de tekniske fordeler av armeringsstålet ifølge oppfinnelsen, såsom reduksjon i vekt, energibesparelse og lave vedlikeholdskostnader etc, belastes ikke av høye kostnader som er nødvendige for å fremstille og benytte det nye materialet.

Armeringsstålet ifølge oppfinnelsen og dets mekaniske egenskaper belyses videre av de følgende eksempler.

EKSEMPEL 1

Tre.charger av et stål ifølge oppfinnelsen ble fremstilt. Charger betegnet 1 og 2 som tilhørte det sveisbare område, ble fremstilt i en 70-tonns lysbueovn og ble støpt i 3,5-tonns kvadratiske blokkformer. De resulterende støpte blokker ble så valset under normale forhold til kvadratiske blokker,

180 mm x 180 mm; deretter ble de valset til armeringsstaver med riller og med 16 mm diameter og lagt til kjøling i luft på en kjøleinnretning.

Charge 3, som ikke hører til det sveisbare område, ble fremstilt i en 20-tonns lysbueovn og støpt i en 6-tonns kvadratisk blokkform. Denne charge ble så valset på liknende måte som chargene 1 og 2 og ble fremstilt i form av en spiralvridd armeringsstang med riller og 8 mm diameter og luftkjølt. Resultatene av testing av materialene er som følger: Chargene fremstilles ved vanlige metallurgiske fremgangsmåter som består i å smelte jernchargen i den ovenfor beskrevne ovn, analyse av smeltens sammensetning samt eventuell tilsats av tilleggsingredienser for å balansere sammensetningen. Den smeltede charge overhetes 80°C utover støpetemperaturen og helles i støpeøser. De forskjellige legeringselementer som er angitt i tabell 1, ble tilsatt for å komme frem til en endelig sammensetning som angitt i tabell 1. Støpeøsenes innhold helles så i kokiller eller i et kontinuerlig støpeanlegg som antydet ovenfor.

Metoden og det brukte utstyr er beskrevet av L. Backer og

P. Gosselin i Journal of Metal, mai 1971 nr. 23 side 16 til side 27.

Claims (2)

1. Armeringsstål med høy mekanisk fasthet, sveisbart opp til et bestemt karboninnhold og bestandig mot atmosfærisk korrosjon, karakterisert ved at det foruten jern og de vanlige restelementer hovedsaklig består av, i vekt%

2. Armeringsstål ifølge krav 1, karakterisert ved at det foruten jern og de vanlige restelementer består av