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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Vergütung von Walzprodukten aus Stahl, insbesondere von Bewehrungsstäben, aus der Walzhitze durch Abschrecken mit Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprodukt beim Durchlaufen der Kühlstrecke um die Längsachse rotiert wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprodukt auf der Länge der Kühlstrecke wenigstens eine Umdrehung erfährt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprodukt einer Verdrillung ausgesetzt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an das letzte Walzgerüst Mittel zum Rotieren des Walzproduktes um seine Längsachse vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel wenigstens eine Düse (50) zum Abgeben der Kühlflüssigkeit mit einem Drall ist.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Walzgerüst ein Kaliber mit ovaler Offnung vorhanden ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Walzgerüst die beiden Rollen axial verschoben sind.
8. Bewehrungsstab, hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mit um seinen Umfang verteilt angeordneten, gleichlaufend angeordneten Schrägnppen (11, 12) versehen ist, und dass er um seine Längsachse verwunden ist.
9. Bewehrungsstab nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägrippen (11, 12; 21-26) in zwei Reihen auf sich gegenüberliegenden Partien des Stabes angeordnet sind.
10. Bewehrungsstab nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schrägrippen (11, 12) gleiche Neigungswinkel aufweisen (Fig. 2).
11. Bewehrungsstab nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägrippen (21,23,25; 22, 24, 26) abwechselnd unterschiedliche Neigungswinkel (a, ss) aufweisen (Fig. 4).
12. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Schrägrippen (11, 12; 21-26) noch Längsrippen (13, 14) vorhanden sind, deren Übergänge zur Oberfläche des Stabes gerundet sind.
13. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche elliptisch ist.
14. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägrippen (11, 12) über die gesamte Stablänge gleiche Teilungen (T) aufweisen.
15. Bewehrungsstab nach einem der Patentansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägnppen (21-26) abwechselnd ungleiche Teilungen (T1, T2) aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung von Walzprodukten insbesondere von Bewehrungsstäben gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 sowie einen Bewehrungsstab gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Die wichtigsten Eigenschaften, die gemäss dem Verlangen seitens der Verbraucher von Rund stählen erfüllt sein sollten, sind unter anderen eine möglichst hohe Elastizitätsgrenze für die jeweilige Stahlqualität sowie eine dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Dauerfestigkeit, Verformbarkeit 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.
Um diesen Nachteil auszuschalten, ist es bekannt, den Stahl möglichst sofort nach dem Austritt aus dem letzten Walzgerüst abzukühlen. In der DE-A 2353 034 wird vorgeschlagen, die Abkühlung durch Konvektion oder Strahlung, die eine Abhängigkeit der erwarteten Eigenschaften vom Stabdurchmesser schafft, 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 Kernpartie wird eine Umwandlung des Austenits in Ferrit und Karbide bewirkt.
Untersuchungen an derart behandelten Stäben haben gezeigt, dass diese Annahmen stimmen, dass also z.B. eine bessere Schweissbarkeit bei höherer Elastizitätsgrenze erreicht werden konnte. Diese Untersuchungen haben andererseits aber auch deutlich bewiesen, dass der vergütete Mantel des Stabes über die Stablänge und den Stabquerschnitt betrachtet stark variiert, indem die Kernpartie stellenweise bis an die Oberflächenschicht heranreichen kann, so dass der Mantel querschnittsmässig betrachtet ungleich dick ist. Diese ungleichen Stellen variieren jedoch an verschiedenen Orten auf der Länge des Stabes betrachtet (siehe Bilder in Fig. 7).
Eine mögliche Erklärung für die Entstehung solcher unerwünschter Unregelmässigkeiten ist die, dass der Stab durch sein Eigengewicht in der Kühlzone nach unten abgedrängt wird, wodurch die unteren Zonen des Stabes weniger stark gekühlt und damit weniger vergütet werden als Zonen oben am Stab.
Die damit erhaltene vermeintliche Verbesserung der erwarteten Eigenschaften zeigt ihre Nachteile bei der Verarbeitung, nämlich beim Biegen, ferner können starke Streuungen der zu garantierenden Festigkeits- und Verformungseigenschaften festgestellt werden. Insbesondere ergeben sich grosse Unterschiede in den Biegewinkeln bei gleicher Einstellung der Biegemaschine. Bedingt durch die grossen Streuungen der Eigenschaften bezüglich Festigkeit muss das Vorhaltemass der zu garantierenden Werte dementsprechend grösser gewählt werden und muss durch zusätzliches Legieren oder verstärktes Vergüten kompensiert werden. Wie bekannt, verteuert das zusätzliche Legieren die Produkte, während stärkeres Vergüten eine Sprödbruchneigung bewirkt.
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 4 und ein Bewehrungsstab, der gemäss dem Verfahren erhalten wird, im Patentanspruch 8 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 zusätzlichen Längsrippen,
Fig. 2 einen Grundriss eines Bewehrungsstabes mit Schrägrippen gemäss Fig. la,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Querschnittsform eines Bewehrungsstabes,
Fig. 4 einen Grundriss des Bewehrungsstabes nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Ringdüse für das Kühlmedium,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ringdüse nach Fig. 5,
Fig. 7 Fotografien von Querschnitten von Bewehrungsstäben, die nach einem bekannten Verfahren behandelt wurden, und
Fig. 8 Fotografien von Querschnitten von Bewehrungsstäben die gemäss der Erfindung behandelt wurden.
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 Wassermenge von etwa 400 m3/h der aus dem letzten Walzgerüst mit einer Temperatur von rund 1100 "C austretende Stahl auf die gewünschten rund 600 "C abzukühlen.
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 verdreht. 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 Längsrippen weist eine geringere Höhe h im Vergleich mit den Schrägrippen 11, 12 auf und beim Übergang zur Oberfläche des Stabes weisen diese Längsrippen 13, 14 eine Rundung mit dem Radius r auf (siehe Fig. Ib). Die Schrägrippen 11, 12 können symmetrisch und mit gleichen Abständen T gemäss Fig. 2 oder mit unterschiedlichen Winkeln a, 13 zur Längsrichtung des Bewehrungsstabes und mit unterschiedlichen Abständen T1, T2 gemäss Fig. 4 angeordnet sein.
Wenn derart ausgebildete Stäbe 10 oder 20 durch das letzte Walzgerüst geleitet 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 Öffnung 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 wenigstens eine Umdrehung ausführte.
Wie Fig. 8 zeigt, ist der vergütete Mantel an vier Stellen eines Stabes wenigstens angenähert gleich dick, womit nachgewiesen ist, dass die angestrebte Verbesserung durch die Erfindung erreicht werden kann.
Eine Variante zu den Längsrippen 13, 14 in Fig. Ib liesse sich auch durch einen elliptischen Querschnitt gemäss Fig. 3 bei einem Stab 20 mit Schrägrippen 21 erzielen. Die unterbrochene Linie 23 zeigt vergleichsweise einen Kreis. Die grosse Ellipsenachse ist beispielsweise etwa 45C zur Horizontalen geneigt. Damit kann auf Längsrippen verzichtet werden, ohne die Gefahr einzugehen, dass sich der Stab aus dem Beton ausdrehen kann.
Auch bei einer solchen Ausführungsform des Bewehrungsstabes tritt der Bewehrungsstab 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, wie aus Fig. 8 ersicht lichist.
Um die Drehung des Bewehrungsstabes um seine Längsachse noch zu unterstützen, könnte im Anschluss an das letzte Walzgerüst noch eine rotierende Führung vorgesehen werden. Auch könnte das Kaliber des letzten Walzgerüstes eine ovale Öffnung aufweisen, deren Längsachse einrichtung der Neigung der Schrägrippen ausgerichtet ist.
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PATENT CLAIMS
1. A process for the tempering of rolled products made of steel, in particular reinforcing bars, from the rolling heat by quenching with cooling liquid, characterized in that the rolled product is rotated about the longitudinal axis as it passes through the cooling section.
2. The method according to claim 1, characterized in that the rolled product undergoes at least one revolution along the length of the cooling section.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the rolled product is subjected to twisting.
4. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that subsequent to the last roll stand means for rotating the rolled product are available about its longitudinal axis.
5. The device according to claim 4, characterized in that the means is at least one nozzle (50) for dispensing the cooling liquid with a swirl.
6. Device according to claim 4, characterized in that a caliber with an oval opening is present in the last rolling stand.
7. The device according to claim 4, characterized in that the two rollers are axially displaced in the last rolling stand.
8. Reinforcement bar, produced by the method according to claim 1, characterized in that it is provided with diagonally arranged inclined nubs (11, 12) distributed around its circumference, and that it is twisted about its longitudinal axis.
9. Reinforcing bar according to claim 8, characterized in that the oblique ribs (11, 12; 21-26) are arranged in two rows on opposite parts of the bar.
10. Reinforcement bar according to claim 8 or 9, characterized in that all inclined ribs (11, 12) have the same angle of inclination (Fig. 2).
11. Reinforcing bar according to claim 8 or 9, characterized in that the oblique ribs (21, 23, 25; 22, 24, 26) alternately have different angles of inclination (a, ss) (Fig. 4).
12. Reinforcing bar according to one of the claims 8 to 11, characterized in that in addition to the oblique ribs (11, 12; 21-26) there are also longitudinal ribs (13, 14) whose transitions to the surface of the bar are rounded.
13. Reinforcing bar according to one of claims 8 to 11, characterized in that the cross-sectional area is elliptical.
14. Reinforcing bar according to one of claims 8 to 13, characterized in that the oblique ribs (11, 12) have the same pitches (T) over the entire bar length.
15. Reinforcing bar according to one of claims 8 to 13, characterized in that the inclined nubs (21-26) alternately have unequal divisions (T1, T2).
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 4, and a reinforcing bar according to the preamble of claim 8.
The most important properties that should be fulfilled by the demand of round steel consumers include the highest possible elastic limit for the respective steel quality as well as a fatigue strength, ductility and weldability adapted to the respective application.
For good weldability and ductility of the steel, its carbon content and manganese content must be reduced, which is known to result in a reduction in tensile strength.
In order to eliminate this disadvantage, it is known to cool the steel as soon as possible after leaving the last rolling stand. DE-A 2353 034 proposes to improve the cooling by convection or radiation, which creates a dependency of the expected properties on the rod diameter, 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.
Studies on rods treated in this way have shown that these assumptions are correct, e.g. better weldability with a higher elastic limit could be achieved. On the other hand, these investigations have also clearly shown that the tempered sheath of the rod varies greatly across the rod length and cross-section, since the core section can reach the surface layer in places, so that the sheath is unevenly thick when viewed in cross-section. However, these unequal locations vary at different locations along the length of the rod (see images in Fig. 7).
A possible explanation for the occurrence of such undesirable irregularities is that the rod is pushed downwards by its own weight in the cooling zone, as a result of which the lower zones of the rod are cooled less and therefore less tempered than zones at the top of the rod.
The alleged improvement in the expected properties obtained in this way shows its disadvantages in processing, namely in bending, and furthermore strong scatter of the strength and deformation properties to be guaranteed can be determined. In particular, there are large differences in the bending angles with the same setting of the bending machine. Due to the large scatter of the properties with regard to strength, the reserve dimension of the values to be guaranteed must be chosen accordingly and must be compensated for by additional alloying or increased tempering. As is well known, the additional alloying makes the products more expensive, while stronger tempering leads to a tendency to brittle fractures.
It is therefore an object of the invention to overcome these disadvantages in the case of rolled round bars.
According to the invention this is achieved by the features in the characterizing part of independent claim 1. A device for performing this method is characterized in claim 4 and a reinforcing bar, which is obtained according to the method, in claim 8.
The invention is explained below with reference to the drawing and exemplary forms of training of round bars.
Show it:
La is a sectional view of a reinforcing bar to show the position of oblique ribs,
Lb is a sectional view similar to FIG. La with two oblique ribs and additional longitudinal ribs,
2 shows a plan view of a reinforcement bar with oblique ribs according to FIG.
3 is a sectional view of another cross-sectional shape of a reinforcing bar;
4 is a plan view of the rebar according to FIG. 3,
5 is a sectional view of an annular nozzle for the cooling medium,
6 is a plan view of the ring nozzle of FIG. 5,
Fig. 7 photographs of cross sections of reinforcing bars treated by a known method, and
Fig. 8 photographs of cross sections of reinforcing bars treated according to the invention.
Experiments have shown that rotating the reinforcing bars during cooling can overcome the disadvantages mentioned, the bar having to be rotated at least once about its longitudinal axis. With a rolling capacity of 80 t / h, the cooling section must be 10 m and longer so that with a water volume of around 400 m3 / h the steel emerging from the last rolling stand with a temperature of around 1100 "C can be cooled down to the desired around 600" C .
If the known diagonal ribs, which improve the adhesion in the concrete, were arranged in the same direction on the surface, this would result in a twist of the rod at the exit of the last caliber and this twist could then be used to realize the inventive idea. However, it is known that there is a risk that the reinforcing bar may twist when the adhesive bond is made to the concrete if the oblique ribs run in the same direction. For this reason, longitudinal ribs were also arranged, which are more or less pronounced. These longitudinal ribs prevent the swirl effect caused by the oblique ribs.
In the drawing, some reinforcement bars are shown that are suitable for being guided through the cooling section with a twist.
For this purpose, 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 radius 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 a, 13 to the longitudinal direction of the reinforcing bar and with different distances T1, T2 according to FIG. 4.
If bars 10 or 20 designed in this way are passed through the last rolling stand, there is a certain twist, by means of which the bar 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 reinforcing bar 10. The gap nozzle 51 is arranged spirally to the center, as shown in FIG. 5, and has a plurality of passages for the line 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 for a cooling section up to 10 m with one nozzle and for 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 turn.
As shown in FIG. 8, the tempered jacket is at least approximately the same thickness at four points on a rod, which proves that the desired improvement can be achieved by the invention.
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. For example, the large ellipse axis is inclined at approximately 45C to the horizontal. This means that longitudinal ribs can be dispensed with without running the risk that the rod can turn out of the concrete.
In such an embodiment of the reinforcement bar, the reinforcement bar emerges with a twist from the last roll stand and is thereby evenly washed with cooling liquid during the subsequent quenching, and the heat treatment is thus evenly distributed over the cross section, so that a practically uniformly thick cladding layer is formed, as from Fig. 8 shows Lichist.
In order to support the rotation of the reinforcement bar around its longitudinal axis, a rotating guide could be provided after the last roll stand. The caliber of the last roll stand could also have an oval opening, the longitudinal axis of which is aligned with the inclination of the inclined ribs.