DE2139934A1 - Schweissbarer naturharter betonstahl hoher festigkeit - Google Patents

Schweissbarer naturharter betonstahl hoher festigkeit

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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium

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Description

  • Schweissbarer naturharter Betonstahl hoher Festigkeit Die Erfindung betrifft einen schweissbaren naturharten Betonstahl hoher Festigkeit, insbesondere der Festigkeitsgruppe B St 42/50 oder B St 50/55.
  • Naturharter Betonstahl IIIa hat gegenüber kaltverfestigtem Betonstahl IIIb den Nachteil, dass er nicht oder nur schwer schweissbar ist. Dieser Nachteil fällt deshalb sehr ins Gewicht, weil im Bauwesen immer mehr die tendenz besteht, die einzelnen Bauelemente vorzufertigen und an der Baustelle kraft schlüssig zusammenzuführen. Die Bewehrungsstähle der einzelnen Bauelemente lassen sich aber nach wie vor am einfachsten durch Schweissen miteinander verbinden. Die Schweisseignung ist deshalb eine wichtige Voraussetzung für Bewehrungsstähle der modernen Bautechnik.
  • Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Naterialzusainmensetzung eines schweissbaren naturharten Betonstahls anzugeben.
  • Der erfindungsgemässe Betonstahl ist gekennzeichnet durch einen Gehalt von maximal 0,18 % Kohlenstoff, 00 - 0,40 % Silizium, 0,80.- 1,40 % Mangan, maximal 0,05 % Phosphor, maximal 0,05 % Schwefel, etwa 0,03 % Aluminium, maximal 0,02 % Stickstoff, 0,06 -0,10 % Niob, gegebenenfalls 0,10 - 0,15 % Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.
  • Wird ein Stahl dieser Zusammensetzung in der üblichen Weise erschmolzen, ausgewalzt und auf einem Kühlbett abgekühlt, dann erhält man einen naturharten Betonstahl hoher Bestigkeit, der im Gegensatz zu den bisherigen naturharten Betonstählen schweissbar ist. Im Vergleich zu den bekannten naturharten Betonstählen ist beim erfindungsgemässen Betonstahl der Perlitanteil verringert.
  • Der hierdurch bedingte Verlust an Streckgrenze und Festigkeit wird dadurch ausgeglichen, dass die Korngrösse verringert ist und ausserdem ein durch eine Ausscheidung von Niobkarbid und etwaigen Karbonitriden bewirkter Aushärtungseffekt ausgenutzt ist.
  • Bekanntlich hängt die Korngrösse davon ab, wieviel Eristallisationskeime im Austenit vorhanden sind. Bei vielen Eristallisationskeimen bildet sich eine Vielzahl von kleinen Körnern. Als Kristallisationskeime wirken z. B. Aluminiumnitride, Niobkarbide und Kerbonitride. Im vorliegenden Fall wird der in der Stahizusammensetzung vorhandene Stickstoffanteil bewusst in die Analyse mit ein gebaut, um den Anteil an Kristallisationskeimen gross zu halten.
  • Der Stickstoff wird hierbei durch Elemente, die zu Stickstoff eine grosse Affinität haben, wie Aluminium, Niob, Titan - im vorliegenden Fall ist es in der Hauptsache das Niob-, stabil abgebunden. Ist das Nitrid im Eisenkarbid gelöst, so spricht man von Karbonitriden. in kann mit diesen ein sehr feines Korn erzielen und damit die der Streckgrenze entsprechende Festigkeit anheben Der Aushärtungsenteil hängt davon ab, bei welcher Temperatur die maximale Löslichkeit des verwndetenMikrolegierungselemontes, wie Niob oder Vanadium, in der Matrix, d. h. in der Grundsubstanz vorliegt. Es hat sich gezeigt, dass bei der angegebenen Zusemmensetzung mit der üblichen Walzendtemperatur, d. h. ohne zusätzlich-en verfahrensmässigen Aufwand, bereits ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden können. Ausserdem hat sich gezeigt, dass zufällig auftretende legierungselemente, wie Chrom, Nickel, Kupfer und Arsen, ohne Einfluss auf den angestrebten Effekt sind.
  • Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Es wurde im Elektroofen aus Schrott unter Anwendung von Sauerstoff und durch Zulegieren von Silizium, Mangan und Niob, Material der folgenden Zusammensetzung erschmolzen : Kohlenstoff = 0,11 % Mangen = 1,12 % Silizium = 0,35 % Niob= 0,058 % Chrom = 0.10 °h = 0,10 % Kupfer = 0,26 % Eisen und Verunreinigungen = Rest Die Schmelze enthielt die bei Schrott üblichen unbeabsichtigten Beilegierungen an Chrom, Nickel, Kupfer, Arsen, etc. Das erschmolzene Material wurde im stehenden Guss zu Knüppeln abgegossen. Die Querschnittsabmessung der Kaüppel war 140 x 140 mm2.
  • Nach Erhitzung der Knüppel im Stossofen auf etwa 1150 0 C wurden diese in einer normalen Stabstahlstrasse zu einem gerippten Stahlstab von 16 mm ausgewalzt. Die Walzendtemperatur betrug 900 - 950 ° C. Das ausgewalzte Material wurde auf einem Rechenkühlbett vereinzelt und normal abkühlen gelassen. Der so hergestellte Betonrippenstahl hatte die folgenden Festigkeitseigenschaften: ausgeprägte Strsckgrenze ßb= 44,0 - 45,5 Zugestigkeit ßz= 55,2 - 56,8 Bruchdehnung @10 = 20,5 - 22,5 Der hergestellte Stahl genügte nicht nur den Vorschriften für Betonrippenstahl IIIa (B St 42/50 RU) nach DIN 488 E sondern bestand nach einer künstlichen Alterung von 1/2 Stunde bei 250 0 einen verschärften Rückbiegeversuch mit einem Dorn- D, der dem 2-fachen des Stab- d entsprach.
  • Zum Nachweis der Schweisseignung wurden aus dem Stahl mehrere Schweissproben hergestellt, die durch a) Abbrennstumpfschweissung und b) Lichtbogenhandschweissung gewonnen worden waren.
  • Die durch AbbrennstumpBschweissq1ng hergestellten Proben zeigten keinerlei Entfestigung. Beim Zugversuch trat der Bruch nicht an der Schweissstelle sondern 60 - 70 mm ausserhalb der Schweissstelle auf. Ausserdem bestanden die Proben einen Biegeversuch mit einem Biegewinkel von 180 ° und einem Dorn D = 4 d.
  • Mittels der lichtbogenhandschweissung wurden Aufschweissbiegeproben unter Verwendung einer Elektrode Ti VIIm hergestellto Es wurde auf einen Stab von 16 mm ein Stab von 10 mm % mittels Heftschweissung quer aufgeschweisst. Die Proben bestanden nicht nur einen Biegeversuch mit einem Biegewinkel von 90 ° und einem Dorn mit dem d - 4 d sondern sogar einen Biegeversuch mit einem Dorn- D 1 2 d.
  • Die zum Nachweis der Schweisseignung geführten Versuche zeigten, dass der erfindungsgemässe Betonstahl für eine Lichtbogenschweissung, eine Abbrennstumpfschweissung und eine Widerstandspunktschweissung geeignet ist.
  • Aufgrund der grossen Verformungsfähigkeit, die der erfindungsgemässe Betonrippenstahl besitzt, lassen sich mit ihm auch Bauwerke bewehren, die aufAnprallsicherheit berechnet werden müssen.
  • Ausserdem könnte bei dieser Art von Stählen der ?riifumfang zur Feststellung der Güteeigenschaften vermindert werden. Es könnte z. 3. der bei üblichen Stählen erforderliche aufwendige Rückbiegeversuch entfallen.
  • Wie bereits erwähnt, wird bei dem erfind;irngsgemässen Stahl ein durch eine Ausscheidung von lßiobkarbid und etwaigen Earbonitriden bewirkter Aushärtungseffekt ausgenutzt. Dieser wird nicht nur durch die Zusammensetzung beeinflusst, sondern auch durch das Herstellungsverfahren. Durch ein gezieltes Herstellungsverfahren lassen sich bei gleicher Zusammensetzung noch weitere Verbesserungen erzielen. Das Herstellungsverfahren soll zu diesem Zweck so gewählt werden, dass die Temperatur des Stahls am Ende der Walzperiode so eingestellt wird, dass sie der Temperatur entspricht, bei der die maximale Löslichkeit der Mikrolegierungselemente in der Matrix vorliegt, dann soll der Stahl zur Ankeimung der Aushärtung schnell um maximal 300 ° C abgekühlt und schliesslich auf einem Kühlbett normal abgelagert werden. Die Temperatur maximaler Löslichkeit der Mikrolegierungselemente und das Temperaturinterval der Abschreckung zur Erzielung des angestrebten Effekts lassen sich experimentell einfach ermitteln.

Claims (2)

Ansprüche
1. Schweissbarer naturharter Betonstahl hoher Festigkeit, insbesondere der Festigkeitsgruppe B St. 42/50 oder B St 50/55, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Gehalt von maximal 0,18 °% Kohlenstoff, 0,30 - 0,40 % Silizium, 0,80 - 1,40 % Mangan, maximal 0,05 % Phosphor, maximal 0,05 % Schwefel, etwa 0,03 % Aluminium, maximal 0,02 % Stickstoff, 0,06 -0,10 0% Niob, gegebenenfalls 0,10 - 0,15 % Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.
2. Verfahren zuin Herstellen eines schweissbaren naturharten Betonstahls, insbesondere nach Anspruch 1, d a d u r ch g e -kennzeichnet, dass die Temperatur des Stahls am Ende der Walzperiode so eingestellt wird, dass sie der Temperatur entspricht, bei der die maximale Löslichkeit der Mikrolegierungselemente in der Matrix vorliegt, dass der Stahl zur Ankeimung der Aushärtung danach schnell um maximal 300 O C abgekuhlt wird, und dass er dann auf einem Kühlbett normal abgelagert wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0005199A2 (de) * 1978-05-02 1979-11-14 Preussag Stahl Aktiengesellschaft Manganstahl sowie Verfahren zum Schweissen dieses Manganstahles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0005199A2 (de) * 1978-05-02 1979-11-14 Preussag Stahl Aktiengesellschaft Manganstahl sowie Verfahren zum Schweissen dieses Manganstahles
EP0005199A3 (en) * 1978-05-02 1979-12-12 Stahlwerke Peine-Salzgitter Ag Manganese steel as well as its use and a process for welding this manganese steel

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