DD202309A5

DD202309A5 - Verfahren zur herstellung von betonbewehrungsstahl

Info

Publication number: DD202309A5
Application number: DD82241555A
Authority: DD
Inventors: Marios Economopoulos; Nicole Lambert
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1983-09-07
Also published as: ES8401530A1; CA1201960A; DK152691B; FI822426A0; IE821651L; NO156903B; JPS589920A; CH639137A5; IN154221B; GR77249B; MX159859A; ZA818244B; NO156903C; AT375401B; BE889575A; AU7862481A; SE8204207L; DK455481A; FI822426L; YU42779B

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Betonstahl, wobei das Ziel der Erfindung darin besteht, dass dieser Stahl eine hohe Streckfestigkeit bei gleichfalls guter Verformbarkeit und weitgehend befriedigender Schweissbarkeit besitzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Verfahren, bei welchem die Bewehrungsstaebe waehrend des Walzens oder im unmittelbaren Anschluss an das Walzen einer Phase einer schnellen Abkuehlung unterworfen werden, die Bedingungen der Abkuehlung vorzugeben. Die Abkuehlung wird dabei gekennzeichnet durch d. mittlere Waermeflussdichte Durchmesser in MW/m hoch 2 zwischen 800 Grad C und 600 Grad C sowie die Abkuehlungszeit t in s. Mit dem Stabdurchmesser d in mm muessen die vorstehend genannten beiden Werte den folgenden beiden Bedingungen genuegen: 0.45 d - 0.4 < Durchmesser x t < 0.82 d + 0.6 log Durchmesser > gleich - 0.94 x log d + 2.098. Die Ausfuehrungsbeispiele veranschaulichen die Anwendung der Erfindung einerseits bei einem Stabstahl von 20 mm Durchmesser, der mit einer Walzendgeschwindigkeit von 12 m/s und einer Walzendtemperatur von 1050 Grad C erzeugt wird, und andererseits bei einem Stabdurchmesser von 8 mm, d. mit einer Walzendgeschwindigkeit von 18 m/s u. einer Walztemperatur von 1000 Grad C erzeugt wird. In beiden Faellen handelt es sich um niedrig legierte Kohlenstoffstaehle mit Manganzusaetzen, bei denen d. geforderten Werte hoher Streckfestigkeit u. guter Verformbarkeit erzielt werden, indem die Waermeflussdichte Durchmesser sowie die Abschreckzeit der fuer die Kuehlstrecke verfuegbaren Laenge entsprechend gewaehlt werden koennen.

Description

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Verfahren zur Herstellung von Betonbewehrungsstahl

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in der Stahlindustrie, und zwar bei der Herstellung gewalzter Betonstahl stäbe während des Warmwalzens oder aber im unmittel baren Anschluß an das Walzen derselben, anwendbar. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von für Bewehrungszwecke vorgesehenen Betonstahl, bei welchem sich eine hohe Streckfestigkeit mit guter Verformbarkeit und möglichst auch befriedigender Schweißbarkeit erzielen lassen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Bekanntlich muß der Walzwerker, der das einleitend bezeichnete Problem lösen will, verschiedenen, sich ihm auferlegenden Notwendigkeiten Rechnung tragen. Zunächst sind die Walzendgeschwindigkeit sowie die Temperatur der gewalzten Stäbe praktisch durch das Walzwerk vorgegeben. Weiterhin steht dem Walzwerker für die Ausführung der Kühlanlage nur ein begrenzter Platz zur Verfügung.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, um zu einem Kompromiß einerseits der mechanischen Eigenschaftswerte und anderer-

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seits der Herste!!kosten zu gelangen. Eine erste Lösung besteht darin, sogenannte naturharte Stahl stäbe herzustellen, bei denen die Streckfestigkeit durch den Zusatz von beispielsweise 0.35% Kohlenstoff und beispielsweise 1.3% Mangan erreicht wird. Diese Stähle haben eine annehmbare Streckfestigkeit von wenigstens 420 MPa, indes sind ihre Dehnung und ihre Biegbarkeit verhältnismäßig gering bei nicht befriedigender Schweißbarkeit.

Zur Verbesserung der Schweißbarkeit muß man den Kohlenstoffgehalt senken, woraufhin die Streckfestigkeit zurückgeht.

Man kann diesem Rückgang der Streckfestigkeit auf zwei bekannte Weisen begegnen. Die erste Methode besteht darin, Mikrolegierungselemente, wie Niobium oder Vanadium,in den Stahl einzuführen. Diese Technik ist indes infolge des Preises der Legierungselemente kostspielig. Die zweite Methode besteht darin, die Streckfestigkeit durch Kaltverformung des Stabes, zum Beispiel durch Torsion, zu steigern. Zusätzlich zu den Kosten, die diese Behandlung erforderlich macht, gelingt in diesem Fall die Festigkeitssteigerung lediglich auf Kosten der Dehnung.

Die vorliegende Erfindung geht von einem jüngeren Stand der Technik aus, der darin besteht, den warmgewalzten Betonstahl innerhalb einer begrenzten Zeit einer schnellen Abkühlung zu unterwerfen, um eine Randschicht aus Martensit oder Bainit beim Stab zu schaffen. Der hierbei erfolgenden Abschreckung schließt sich eine Abkühlung an, während welcher der Kern des Stabes, der von der schnellen Abkühlung nicht erfaßt wurde, eine Umwandung in Ferrit und in Karbide erfährt. Durch geeignete Begrenzung der Dauer der schnellen Abkühlung ist es ebenfalls möglich, in der Kernzone des Stabes Hitze zu erhalten und einen derartigen Temperaturverlauf über den Querschnitt des Stabes zu bilden, daß bei weiterer Abkühlung eine Anlaßwirkung der martensitischen oder bainitischen Randzone stattfindet. Eine geeignete

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Begrenzung der Dauer der schnellen Abkühlung kann dadurch erreicht werden, daß eine bestimmte Kerntemperatur am Ende der Phase der schnellen Abkühlung angestrebt wird. In der Praxis läßt sich eine derartige Betriebsweise dadurch ausführen, daß die Temperatur der Oberfläche an der Stelle des Stabes beobachtet wird, an welcher als Folge der aus der Kernzone nachfließenden Wärme eine Wiederaufheizung feststellbar ist.

Eine derartige Verfahrensweise, wie sie allgemein als "Härten und Selbstanlassen" bekannt ist, läßt sich daher bei einem gegebenen Walzwerk mit bekannten Herstellungsbedingungen für den Bewehrungsstahl auf der Grundlage des charakteristischen Merkmals der Kerntemperatur am Ende der schnellen Abkühlungsphase ausführen. Für diese Temperatur sind zum Zwecke der optimalen Kombination zwischen Streckfestigkeit und Dehnung des Bewehrungsstahls etwa 850⁰C vorgeschlagen worden.

Die Anwendung dieses kombinierten Verfahrens führt zur Herstellung von Bewehrungsstählen mit verbesserten Qualitätseigenschaften. Sowie dem Walzwerker diese Arbeitsbedingung zur Verfugung steht, kann er die Mittel bestimmen, um die gewünschte Temperatur herbeizuführen.

Ziel der Erfindung

Der vor!legenden-Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebsparameter für jedes Erzeugnis festzulegen, für welche die Schnellkühl strecke maßgeblich ist, um dem Bewehrungsstahl die gewünschten Eigenschaftswerte zu verleihen.

Darlegung des Wesens .der Erfindung

Die betrieblichen Bedingungen lassen sich im wesentlichen dadurch

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einstellen, daß die Intensität während der schnellen Abkühlung berücksichtigt wird; diese schnelle Abkühlung stellt sich dar als die mittlere Wärmeflußdichte zwischen 800⁰C und 600⁰C, üblicherweise bezeichnet mit 0 ausgedrückt in MW/m². Weiterhin ist zur Festlegung der Betriebsbedingungen die Zeit t der Abschreckung maßgeblich, die in s ausgedrückt ist.

Man kann das neue Verfahren vor allem für die Herstellung derartiger Bewehrungsstähle anwenden, deren mechanische Eigenschaftswerte den Qualitätsanforderungen entsprechen, indem sie inbesondere eine Streckfestigkeit zwischen 400 und 600 MPa sowie eine Dehnung von wenigstens 14% aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bewehrungsstahl, bei welchem die Stäbe während des Walzens oder im unmittelbaren Anschluß an das Walzen einer schnellen Abkühlung unterzogen werden, müssen die Parameter φ und t zur Regulierung der schnellen Abkühlung gleichzeitig den beiden folgenden Bedingungen entsprechen:

0.45 d - 0.4 <T 0 · t <T 0.82 d + 0.6

log0 ^ - 0.964 · log d + 2.098,

in welchen Beziehungen d den Durchmesser des behandelten Stabes in mm angibt.

Die erfindungsgemäße Methode ermöglicht es, besonders vorteilhafte Erzeugnisse bezüglich der Relation ihrer mechanischen Eigenschaftswerte zu schaffen. Einderseits sind der martentitisch-bainitische Bereich sowie das Ausmaß seiner Vergütung durch das Selbstanlassen derart,

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daß man zu einer hohen Streckfestigkeit kommt. Auf der anderen Seite bleibt die Dehnung noch innerhalb der gewünschten Grenzen.

1. Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf die Herstellung von Stäben mit einem Durchmesser von 20 mm, die in einem Walzwerk mit einer Walzendgeschwindigkeit von 12 m/s bei einer Temperatur von 1050⁰C gewalzt werden. Im Interesse der Schweißbarkeit sowie der Wirtschaftlichkeit ist die chemische Zusammensetzung des Stahls in einem bestimmten Bereich vorgegeben, beispielsweise zwischen 0,10 bis 0,20% C und 0,8 bis 1,3% Mn. Im vorliegenden Fall hat dieser Stahl genau 0,13% C und 1,2% Mn. Im Walzzustand betrug die Steckfestigkeit etwa 365 MPa bei einer Dehnung zwischen 22% bis 24%.

Um zu einem Betonbewehrungsstab zu kommen, der eine verbesserte Streckfestigkeit und Verformbarkeit aufweist, wählt der Walzwerker nun nach Maßgabe der Anlage und des verfügbaren Raumes eine Kühlstrecke, bei welcher die Abkühl intensität und die der Behandlungsdauer entsprechende Länge den oben erwähnten Bedingungen entsprechen, nämlich

0 ^> 7 MW/m² 8.6<-0 · t <r 17.

Die Auswahl "der Kühlstrecke, deren durchschnittliche Wärmeflußdichte zwischen 800⁰C und 600⁰C bei 10 MW/m² liegt, deren Länge L = 12 m ist, führt zu einer Streckfestigkeit von 500 MPa bei einer Dehnung von 20,6%. Die Auswahl einer Kühlstrecke, die sich durch eine Wärmeflußdichte von 0 8,4 MW/m² und eine Länge von L = 20,5 m kennzeichnet, würde zu einem Bewehrungsstahl führen, dessen Streck-

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festigkeit 550 MPa und dessen Dehnung 18,5% beträgt. In diesem Falle würde die Behandlungsdauer 1,7 s betragen, womit sich für das Produkt 0 * t 14,35 ergeben würde.

2. Ausführungsbeispiel

Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Ausfuhrungsbeispiel finden Stäbe von 8 mm Durchmesser Verwendung, die im Walzwerk bei einer Walzendgeschwindigkeit von 18 m/s und einer Temperatur von etwa 1000⁰C hergestellt werden. Der Stahl enthält 0,18% C und 0,8% Mn. Im Walzzustand besteht eine Streckfestigkeit von 325 MPa bei einer Dehnung von etwa 30%.

In diesem Falle sind die erfindungsgemäß vorgegebenen Bedingungen:

φ ^ 17 MW/m²

3,2 < 0 · t <7,16.

Wenn die Kühlstrecke eine Wärmeflußdichte von φ = 17 MW/m² bei einer Behandlungslänge L = 4,5 m aufweist, kommt man zu Stäben mit einer Streckfestigkeit von 500 MPa bei einer Dehnung von 18%. In diesem Falle würde die Behandlungsdauer 0,25 s betragen, so daß sich das Produkt φ · t mit 4,25 ergeben würde. Man kommt zu den gleichen Eigenschaftswerten bei einer Wärmeflußdichte φ = 25 MW/m² und einer Behandlungsdauer von 0,17 s bei einer Länge der schnellen Abkühlung von 3 m.

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Claims

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Erfindungsanspruch

Verfahren zur Herstellung von Betonstahl mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa und einer Dehnung von wenigstens 14%,
wobei die Betonbewehrungsstäbe während des Walzens oder im
unmittelbaren Anschluß an das Walzen einer schnellen Abkühlung unterworfen werden, gekennzeichnet dadurch, daß die mittlere Wärmeflußdichte zwischen 800⁰C und 600⁰C, angegeben in 0 und ausgedrückt in MW/m², während der in t angegebenen und in s ausgedrückten Abkühl zeit, gleichzeitig den nachstenden beiden Bedingungen genügt:

0.45 d - 0.4< φ · t < 0,82 d + 0,6
log0 ^s - 0.964 log d + 2.098,

wobei d den Stabdurchmesser, ausgedrückt in mm, angibt.

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