DE19856265A1 - Process for the production of fire-resistant steel sheets - Google Patents

Abstract

Constructional sheet is manufactured from a nickel-free low alloy steel having a low yield strength ratio by hot rolling cast slab to strip and air cooling to the coiling temperature. Production of an up to 15 mm thick sheet from a steel having a yield strength (Re) greater than 235 N/mm<2>, yield strength ratio (Re/Rm) 0.4-0.65, and composition of (by weight) 0.01-0.14% C, 0.20-1.20% Mn, 0.020-0.045% soluble Al, 0.70-0.90% Cr, 0.10-0.25% Mo, 0.01-0.05% V, balance Fe and impurities, comprises hot rolling cast slabs or thin slabs to strip using a starting temperature of 1000-1350 degrees C and a finishing temperature of above 850 degrees C, air cooling to a coiling temperature of 720-780 degrees C, and then cutting up the coiled strip into sheets.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung feuerresistenter Stahlbleche mit einer Streckgrenze Re < 235 N/mm² und einem Streckgrenzenver­ hältnis Re/Rm (Streckgrenze R_e: Zugfestigkeit R_m) zwischen 0,4 und 0,6 für den Einsatz im Stahlbau.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 0.6 for use in steel construction .

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 Streckgrenzen­ verhältnis 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 Stahl­ konstruktionen gestellten Anforderungen hinsichtlich Zähigkeit und Verarbeitungsverhalten zu erfüllen und einen erhöhten Widerstand gegen atmosphärische Korrosion (Wetterfestigkeit) zu besitzen.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 strength have ratio 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 design requirements with regard to To meet toughness and processing behavior and increased resistance to atmospheric corrosion To have (weather resistance).

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. For fire protection of steel structures Steel parts currently z. B. by spray plaster or plates covered. The aim is to extend the duration in the event of a fire Reaching a critical temperature for as long as possible maintain or not reach this temperature at all.  

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.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.

Um die Brandschutzmaßnahmen zur Kostenreduzierung bei Stahlbauten zu verringern, sind bereits eine Reihe geeigneter feuerresistenter Stähle mit Streckgrenzen­ werten 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 Verformungs­ verhaltens ist jedoch sehr gering, weil das Streck­ grenzenverhältnis dieser Stähle nur um höchstens 10% niedriger liegt als bei konventionellen Baustählen mit gleich hoher Streckgrenze.In order to reduce the fire protection measures to reduce costs in steel structures, a number of suitable fire-resistant steels with yield strengths of at least 270 to 450 N / mm ² and increased heat resistance are known. B. from EP 0 470 055 A2. The critical temperature could be up to max. 600 ° C can be raised. This has already improved fire protection. The improvement in the deformation behavior is very small, however, because the yield ratio of these steels is only 10% lower than that of conventional structural steels with the same yield strength.

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 Streck­ grenzenverhältnis von 0,4 bis 0,6 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. 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 stretch limit ratio of 0.4 to 0.6. 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.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Verarbeitet wird nach diesem Verfahrens ein nickelfreier Stahl folgender chemischer Zusammensetzung (in Masse-%):
This object is achieved by a method with the measures of claim 1. A nickel-free steel with the following chemical composition (in mass%) is processed using this process:

0,01 bis 0,12% C,
0,20 bis 1,00% Mn,
0,020 bis 0,045% Al_lösl,
0,7 bis 0,9% Cr,
0,10 bis 0,30% Mo,
0,01 bis 0,05% V,
0.01 to 0.12% C,
0.20 to 1.00% Mn,
0.020 to 0.045% Al _solvent ,
0.7 to 0.9% Cr,
0.10 to 0.30% Mo,
0.01 to 0.05% V,

Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.Remainder iron with impurities due to melting.

Wahlweise können diesem Stahl zusätzlich ein oder mehrere der folgenden Elemente in den angegebenen Mengen (in Masse-%) zugesetzt werden:
Optionally, one or more of the following elements can also be added to this steel in the stated amounts (in% by mass):

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% Tiup to 0.30% Si
up to 0.008% N,
up to 0.50% Cu,
up to 0.0040% B,
up to 0.0030% Ca,
up to 0.02% Nb,
up to 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 nicht höher als 900°C. Die warmgewalzten Bänder mit Dicken bis max. 15 mm werden bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 760°C gehaspelt. Danach werden von den Bändern Bleche abgetafelt.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 up. 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 final hot rolling temperature is above 850 ° C, preferably not higher than 900 ° C. The hot-rolled strips with thicknesses up to max. 15 mm are at at a temperature in the range of 700 to 760 ° C. After that, sheets are removed from the strips.

Die so erzeugten Bleche werden bevorzugt im Temperaturbereich von 880 bis 950°C, vorzugsweise bei 920°C, für maximal 30 min normalgeglüht. Die Bleche können dann zusätzlich im Temperaturbereich von 400 bis 700°C angelassen werden.The sheets produced in this way are preferred in Temperature range from 880 to 950 ° C, preferably at 920 ° C, normalized for a maximum of 30 min. The sheets can then also in the temperature range of 400 to 700 ° C.

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 Carbid-ausscheidungen aufweist. Auf diesem Gefüge beruht die hohe Warmfestigkeit und das niedrige Streckgrenzenverhältnis als Voraussetzung für eine gute Verformbarkeit der Bleche.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.

In Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen dreier erfindungsgemäßer feuerresistenter nickelfreier Stähle in Form von 5 und 10 mm dickem Blech aufgelistet.In Table 1, the chemical compositions are three inventive fire resistant nickel free steels in Form of 5 and 10 mm thick sheet listed.

Die Stähle wurden zu Brammen vergossen, die anschließend auf 1200°C erwärmt und zu Band warmgewalzt wurden. Die Endwalztemperatur lag bei 890°C, die Haspeltemperatur bei 740°C. Nach dem Walzen wurden von den Bändern Bleche abgetafelt, die einer Normalglühung bei 920°C mit weniger als 30 min Haltedauer unterzogen wurden. The steels were cast into slabs, which were then were heated to 1200 ° C and hot rolled into strip. The Final rolling temperature was 890 ° C, the reel temperature at 740 ° C. After rolling were off the tapes Sheet metal that has been normalized at 920 ° C have been subjected to a holding time of less than 30 minutes.  

Tabelle 2 enthält die an Proben der Bleche aus den feuerresistenten nickelfreien Stählen 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 188 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.Table 2 contains the mechanical properties measured on samples of the sheets from the fire-resistant nickel-free steels 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 188 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 to prevent the steel from heating up in the event of a fire.

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 0,54 ein rd. 15 bis 20% niedrigeres Streckgrenzenverhältnis auf als konventionelle Stähle, die gleich hohe Streckgrenzenwerte besitzen. It also improves the ductility of the sheets produced according to the invention fire-resistant steels compared to conventional ones Steels clearly. So generated according to the invention Approx. 0.48 to 0.54 sheets. 15 to 20% lower Yield ratio on conventional steels, which have the same high yield strength values.  

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Blech mit Dicken bis 15 mm aus einem der Stahl mit einer Streckgrenze Re < 235 N/mm² und einem Streckgrenzenverhältnis Re/Rm zwischen 0,4 und 0,6 für den Stahlbau, bestehend aus (in Masse-%):
0,01 bis 0,12% C,
0,20 bis 1,00% Mn,
0,020 bis 0,045% Al_lösl,
0,70 bis 0,90% Cr,
0,10 bis 0,30% Mo,
0,01 bis 0,05% V,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu Brammen oder Dünnbrammen vergossene Stahl mit einer Anfangstemperatur im Bereich von 1000 bis 1350°C zu Bändern warmgewalzt werden bei Endwalztemperaturen über 850°C, daß die Bänder anschließend auf Haspeltemperatur im Bereich von 700 bis 760°C abgekühlt werden und daß das gehaspelte Band dann zu Blechen abgetafelt wird.1. Process for the production of sheet metal with thicknesses up to 15 mm from one of the steel with a yield strength Re <235 N / mm ² and a yield strength ratio Re / Rm between 0.4 and 0.6 for the steel construction, consisting of (in mass %):
0.01 to 0.12% C,
0.20 to 1.00% Mn,
0.020 to 0.045% Al _solvent ,
0.70 to 0.90% Cr,
0.10 to 0.30% Mo,
0.01 to 0.05% V,
Remainder iron and unavoidable impurities, characterized in that the steel cast into slabs or thin slabs is hot-rolled into strips with an initial temperature in the range from 1000 to 1350 ° C at final rolling temperatures above 850 ° C, that the strips are then reeled to a temperature in the range from 700 to Cooled 760 ° C and that the coiled strip is then cut into sheets. 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zusätzlich mit mindestens einem der folgenden Elemente in den angegebenen Mengen (in Masse-%) legiert wird:
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.2. The method according to any one of claims 1, characterized in that the steel is additionally alloyed with at least one of the following elements in the specified amounts (in% by mass):
up to 0.30% Si
up to 0.008% N,
up to 0.50% Cu,
up to 0.0040% B,
up to 0.0030% Ca,
up to 0.02% Nb,
up to 0.02% Ti. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche bei einer Temperatur im Bereich von 880°C bis 950°C normalgeglüht werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sheets at a temperature in the range of 880 ° C normalized up to 950 ° C. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 700°C angelassen werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sheets at temperatures in the range of 400 to 700 ° C. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur im Bereich von 850 bis 900°C liegt.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the finish rolling temperature in the range of 850 to 900 ° C lies.