WO1984001586A1 - Process and installation for the treatment of cylindrical products, particularly armouring bars by hardening and drawing temper - Google Patents

Process and installation for the treatment of cylindrical products, particularly armouring bars by hardening and drawing temper Download PDF

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WO1984001586A1 PCT/EP1983/000270 EP8300270W WO8401586A1 WO 1984001586 A1 WO1984001586 A1 WO 1984001586A1 EP 8300270 W EP8300270 W EP 8300270W WO 8401586 A1 WO8401586 A1 WO 8401586A1
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Samuel Balzli
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Moos Stahl Ag
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/02—Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • 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 by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/08—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires for concrete reinforcement

Definitions

  • the present invention relates to a method for tempering rolled products, in particular reinforcing bars according to the preamble of independent claim 1, a device for carrying out the method according to the preamble of claim 3, and a reinforcing bar according to the preamble of claim 5.
  • the most important properties that should be fulfilled by the users of round steels are, among other things, the highest possible elastic limit for the respective steel quality as well as a fatigue strength, deformability and weldability adapted to the respective application.
  • DE-AS 2353 034 proposes to improve the properties by quenching the rod surface by means of cooling liquid.
  • This forced cooling is intended to cool the outer layer of the rod from approximately 1100 ° C. to approximately 600 ° C., the core of the rod being cooled to a temperature of approximately 850 ° C.
  • the quenched cladding layer is thus tempered by converting it into martensite or bainite, and the austenite is converted into ferrite and carbide in the core part.
  • the uneven improvement in the expected properties thus obtained shows its disadvantages in processing, namely in bending, and furthermore, strong scattering of the strength and deformation properties to be guaranteed can be determined.
  • the reserve dimension of the values to be guaranteed must accordingly be chosen larger and must be compensated for by additional alloying or increased tempering.
  • the additional alloying makes the products more expensive, while stronger tempering causes a tendency to brittle fracture.
  • FIG. 1b shows a sectional view similar to FIG. 1a with two oblique ribs and additional longitudinal ribs
  • FIG. 2 shows a plan view of a reinforcement bar with oblique ribs according to FIG.
  • FIG. 4 shows a plan view of the reinforcing bar according to FIG. 3,
  • FIG. 5 is a sectional view of an annular nozzle for the cooling medium
  • FIG. 6 is a plan view of the ring nozzle of FIG .. 5
  • the reinforcement bars 10 according to FIGS. 1 a and 2 can only be provided with oblique ribs 11, 12 or there can be specially designed longitudinal ribs 13, 14 according to FIG. 1 b, which give the reinforcement bar stability in the concrete composite.
  • a suitable form of such longitudinal ribs has a lower height h in comparison with the oblique ribs 11, 12 and at the transition to the surface of the rod, these longitudinal ribs 13, 14 have a rounding with the radius r (see FIG. 1b).
  • the oblique ribs 11, 12 can be arranged symmetrically and with the same distances T according to FIG. 2 or with different angles ⁇ , 0 to the longitudinal direction of the reinforcement bar and with different distances Tl, T2 according to FIG. 4.
  • rods 10 or 20 designed in this way are passed through the last rolling stand, there is a certain twist by which the rod is rotated about its longitudinal axis.
  • This rotation can be reinforced by an annular nozzle 50 according to FIGS. 5, 6.
  • This ring nozzle 50 has a central opening 52 for the passage of a reinforcement bar 10.
  • the gap nozzle 51 is spiral, as shown in FIG. 5 arranged to the center and has several passages for the conduit for the cooling liquid.
  • the liquid jet is represented by the arrows S.
  • the twist D and the rolling direction W are indicated by further arrows. Tests have shown that the required cooling could be achieved with a water pressure of 8 - 14 bar with a cooling section up to 10 m with one nozzle and with a cooling section up to about 15 m with two nozzles, the rod being rotated about its longitudinal axis due to the shape made at least one revolution.
  • a variant of the longitudinal ribs 13, 14 in FIG. 1b could also be achieved by an elliptical cross section according to FIG. 3 for a rod 20 with oblique ribs 21.
  • the broken line 23 shows a circle comparatively.
  • the large ellipse axis is inclined, for example, about 45 ° to the horizontal. This means that longitudinal ribs can be dispensed with without taking the risk that the rod can turn out of the concrete.

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Description

- 1 -
Verfahren und Vorrichtung zur Vergütung von - Walzprodukten, insbesondere von Bewehrungsstäben. ,
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung von Walz¬ produkten, insbesondere von Bewehrungsstäben gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver¬ fahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 sowie einen Beweh¬ rungsstab gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Die wichtigsten Eigenschaften, die gemäss dem Verlangen seitens der Ver¬ braucher von Rundstählen erfüllt sein sollten, sind unter anderen eine möglichst hohe Elastizitätsgrenze für die jeweilige Stahlqualität sowie eine dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Dauerfestigkeit, Verform¬ barkeit und Schweissbarkeit.
Für eine gute Schweissbarkeit und Verformbarkeit des Stahls muss dessen Kohlenstoffgehalt und Mangangehalt verringert werden, was bekanntlich in einer Verringerung der Zugfestigkeit resultiert.
O PI Um diesen Nachteil auszuschalten, ist es bekannt, den Stahl möglichst so¬ fort nach dem Austritt aus dem letzten Walzgerüst abzukühlen. In der DE-AS 2353 034 wird vorgeschlagen, die Eigenschaften durch eine Abschreckung der Staboberfläche mittels Kühlflüssigkeit zu verbessern. Durch diese forcierte Abkühlung soll die Aussenschicht des Stabes von etwa 1100°C auf etwa 600°C abgekühlt werden, wobei der Kern des Stabes auf eine Temperatur von etwa 850°C abgekühlt wird. Damit wird eine Vergütung der abgeschreckten Mantelschicht bewirkt, indem diese Schicht eine Umwandlung in Martensit oder Bainit erfährt, und in der Kerπpartie wird eine Umwandlung des Auste- nits in Ferrit und Karbide bewirkt.
Untersuchungen an derart behandelten Stäben haben gezeigt, dass diese An¬ nahmen stimmen, dass also z.B. eine bessere Schweissbarkeit bei höherer Elastizitätsgrenze erreicht werden konnte. Diese Untersuchungen haben an¬ dererseits aber auch deutlich bewiesen, dass der vergütete Mantel des Stabes über die Stablänge und den Stabquerschnitt betrachtet variieren kann, z.B. indem die Kernpartie stellenweise bis an die Oberflächenschicht heranreicht, so dass der Mantel querschnittsmässig betrachtet ungleich dick ist.
Eine mögliche Erklärung für die Entstehung solcher unerwünschter Unregel- ässigkeiten ist die, dass der Stab durch sein Eigengewicht in der Kühl¬ zone nach unten abgedrängt wird, wodurch die unteren Zonen des Stabes weni¬ ger stark gekühlt und damit weniger vergütet werden als Zonen oben am Stab.
Die damit erhaltene ungleichmässige Verbesserung der erwarteten Eigenschaf¬ ten zeigt ihre Nachteile bei der Verarbeitung, nämlich beim Biegen, ferner können starke Streuungen der zu garantierenden Festigkeits- und Verformungs¬ eigenschaften festgestellt werden. Insbesondere ergeben sich dann Unter¬ schiede in den Biegewinkeln bei gleicher Einstellung der Biegemaschine. Bedingt durch die grossεn Streuungen der.Eigenschafteπ bezüglich Festigkeit uss das Vorhaltemass der zu garantierenden Werte dementsprechend grösser gewählt werden und muss durch zusätzliches Legieren oder verstärktes Ver¬ güten kompensiert werden. Wie bekannt, verteuert das zusätzliche Legieren die Produkte, während stärkeres Vergüten eine Sprödbruchneigung bewirkt.
OMPI Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, bei gewalzten Rundstäben diese Nachteile zu beheben.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Vorrichtung- zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 3 und ein Bewehrungsstab, der gemäss dem Verfahren erhalten wird, im Patentanspruch 5 gekennzeichnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung und an beispielsweisen Ausbildungsformen von Rundstäben erläutert. Es zeigen :
Fig. la eine Schnittansicht eines Bewehrungsstabes zur Darstellung der Lage von Schrägrippen,
Fig. lb eine Schnittansicht ähnlich Fig. la mit zwei Schrägrippen und zu¬ sätzlichen Längsrippen,
Fig. 2 einen Grundriss eines Bewehrungsstabes mit Schrägrippen gemäss Fig. la,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Querschnittsform eines Beweh- ruπgsstabes,
Fig. 4 einen Grundriss des Bewehrungsstabes nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Schnittansieht einer Ringdüse für das Kühlmedium,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ringdüse nach Fig. 5.
Versuche haben gezeigt, dass das Drehen der Bewehrungsstäbe während des Kühlens die genannten Nachteile beheben kann, wobei der Stab wenigstens einmal um seine Längsachse gedreht werden muss. Bei einer Walzleistung von 80 t/h muss die Kühlstrecke 10 m und länger sein, dass mit einer Wasser¬ menge von etwa 400 m3/h der aus dem letzten Walzgerüst mit einer Tempera- tur von rund 1100°C austretende Stahl auf die gewünschten rund 600°C abzu¬ kühlen.
Wenn auf der Oberfläche die bekannten, die Haftung im Beton verbessernden Schrägrippen gleichlaufend angeordnet würden, ergäbe dies einen Drall des Stabes am Ausgang des letzten Kalibers und dieser Drall könnte dann dazu benützt werden, um die erfinderische Idee zu verwirklichen. Es ist aber bekannt, dass bei gleichlaufenden Schrägrippen die Gefahr besteht, dass sich der Bewehrungsstab beim Haftverbund mit dem Beton möglicherweise ver¬ dreht. Aus diesem Grund wurden zusätzlich Längsrippen angeordnet, die mehr oder weniger stark ausgeprägt sind. Diese Längsrippen verhindern die durch die Schrägrippen hervorgerufene Drallwirkung.
In der Zeichnung sind einige Bewehrungsstäbe dargestellt, die sich eignen, um mit Drall durch die Kühlstrecke geführt zu werden.
Dazu können die Bewehrungsstäbe 10 gemäss Fig. la und 2 lediglich mit Schrägrippen 11, 12 versehen sein oder es können gemäss Fig. 1b besonders ausgebildete Längsrippen 13, 14 vorhanden sein, die dem Bewehrungsstab im Betonverbund eine Stabilität mitgeben. Eine geeignete Form solcher Längs¬ rippen weist eine geringere Höhe h im Vergleich mit den Schrägrippen 11, 12 auf und beim Uebergang zur Oberfläche des Stabes weisen diese Längs¬ rippen 13, 14 eine Rundung mit dem Radius r auf (siehe Fig. lb). Die Schrägrippen 11, 12 können symmetrisch und mit gleichen Abständen T gemäss Fig. 2 oder mit unterschiedlichen Winkeln α, 0 zur Längsrichtung des Beweh¬ rungsstabes und mit unterschiedlichen Abständen Tl, T2 gemäss Fig. 4 ange¬ ordnet sein.
Wenn derart ausgebildete Stäbe 10 oder 20 durch das letzte Walzgerüst ge¬ leitet werden, ergibt sich ein gewisser Drall, durch den der Stab um seine Längsachse gedreht wird.
Diese Drehung kann durch eine Ringdüse 50 gemäss Fig. 5, 6 verstärkt werden. Diese Ringdüse 50 besitzt eine zentrale Oeffnung 52 zur Durchführung eines Bewehrungsstabes 10. Die Spaltdüse 51 ist wie Fig. 5 zeigt spiralförmig zum Zentrum angeordnet und weist mehrere Durchgänge für die Leitung für die Kühlflüssigkeit auf. Der Flüssigkeitsstrahl ist durch die Pfeile S dargestellt. Der Drall D und die Walzrichtung W sind mit weiteren Pfeilen angedeutet. Versuche haben ergeben, dass mit einem Wasserdruck von 8 - 14 bar bei einer Kühlstrecke bis 10 m mit einer Düse und bei einer Kühlstrecke bis etwa 15 m mit zwei Düsen die verlangte Kühlung erreicht werden konnte, wobei der Stab durch die formbedingte Rotation um seine Längsachse wenig¬ stens eine Umdrehung ausführte.
Eine Variante zu den Längsrippen 13, 14 in Fig. lb liesse sich auch durch einen elliptischen Querschnitt gemäss Fig. 3 bei einem Stab 20 mit Schräg¬ rippen 21 erzielen. Die unterbrochene Linie 23 zeigt vergleichsweise einen Kreis. Die grosse Ellipsenachse ist beispielsweise etwa 45° zur Horizon¬ talen geneigt. Damit kann auf Längsrippen verzichtet werden, ohne die Ge¬ fahr einzugehen, dass sich der Stab aus dem Beton ausdrehen kann.
Auch bei einer solchen Ausführungsfo'rm des Bewehrungsstabes tritt der Be¬ wehrungsstab mit einem Drall aus dem letzten Walzgerüst heraus und wird dadurch beim anschliessenden Abschrecken gleichmässig mit Kühlflüssigkeit umspült und damit ist die Wärmebehandlung gleichmässig über den Querschnitt verteilt, so dass eine praktisch gleichmässig dicke Mantelschicht entsteht.
Um die Drehung des Bewehrungsstabes um seine Längsachse noch zu unterstüt¬ zen, könnte im Anschluss-an das letzte Walzgerüst noch eine rotierende Führung vorgesehen werden. Auch könnte das Kaliber des letzten Walzgεrüstes eine ovale Oeffnung aufweisen,' deren Längsachse in Richtung der Neigung der Schrägrippen ausgerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vergütung von Walzprodukten aus Stahl, insbesondere von Bewehrungsstäben, aus der Walzhitze durch Abschrecken mit Kühlflüssig- keit, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprodukt beim Durchlaufen der Kühlstrecke einer Verdrillung um die Längsachse ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walz¬ produkt auf der Länge der Kühlstrecke wenigstens eine Umdrehung erfährt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass anschliessend an das letzte Walzgerüst Mittel zur Verdrillung des Walzproduktes um-seine Längsachse vorhanden sind.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Walzgerüst ein Kaliber mit ovaler Oeffnung vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im letz¬ ten Walzgerüst die beiden Rollen axial verschoben sind.
6. Bewehrungsstab, hergestellt nach dem Verfharen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mit um seinen Umfang verteilt angeord¬ neten, gleichlaufend angeordneten Schrägrippen (11, 12) versehen ist, und dass er um seine Längsachse verwunden ist.
7. Bewehrungsstab nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägrippen (11, 12; 21-26) in zwei Reihen auf sich gegenüberliegenden Partien des Stabes angeordnet sind.
8. Bewehrungsstab nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägrippen (21, 23, 25; 22, 24, 26) abwechselnd unterschied¬ liche Neigungswinkel (α, B) aufweisen (Fig. 4).
9. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass neben den Schrägrippen (11, 12; 21-26) noch Längsrippen (13, 14) vorhanden sind, deren Uebergänge zur Oberfläche des Stabes ge¬ rundet sind.
10. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Querschnittsfläche elliptisch ist.
11. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Schrägrippen (21-26) abwechselnd ungleiche Abständen (Tl, T2) aufweisen.
PCT/EP1983/000270 1982-10-18 1983-10-14 Process and installation for the treatment of cylindrical products, particularly armouring bars by hardening and drawing temper WO1984001586A1 (en)

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