DE2426920C2 - Verfahren zum Herstellen von schweißbarem Stabstahl und Verwendung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von schweißbarem Stabstahl und Verwendung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von schweißbarem Stabstahl nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 sowie eine Verwendu ^g dieses Verfahrens nach den Patentansprüchen 3 bis 10.
Bei der Verwendung von Beton-Armierungsstahl ergäbe sich ein stetig steigender Bedarf an Betonstahl
hoher Qualitätsgrade mit einer Streckgrenze von 40 kg/mm2 und mehr sowie mit guten (Heft-)Schweißeigeiischaften.
Diese Kombination an notwendigen Materialeigenschaften führte zwangsläufig zu Herstellungsverfahren
mit festigkeitserhöhenden Verfahrensschritten, und zwar entweder durch Ausscheidungshärtung über die
Zugabe von gesonderten Legierungselementen, wie z. B. Niob (Nb) und/oder Vanadin (V), oder aufgrund
von Kaltverformung, d.h. Kaltziehen bzw. -strecken oder -drillen. Hauptnachteil dieser zwei bekannten
Methoden ist es, daß sie vergleichsweise für einen normalerweise benutzten Betonstahl, wie z. B.
FeB 40—42, verhältnismäßig teuer sind. Im Fall von
Stählen höherer F-stigkeit, wie z. B. PeB 50—60, ergibt
sich eine unvermeidliche Verschlechterung der Heft-Schweißbarkeit und/oder der Zähigkeit, weil bei diesen
Qualitäten ein verhältnismäßig hoher Gehalt an Kohlenstoff, Mangan und/oder zusätzlichen Legierungselementen
vorhanden sein muß oder ein recht hoher Prozentsatz an Kaltverformung durchzuführen
ist
Ein drittes bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften bei gleichbleibend guter Heft-Schweißbarkeit
und Zähigkeit besteht darin, das aus der Walzhitze kommende Draht- oder Stabmaterial einer
forcierten Kühlung zu unterwerfen. Durch die verstärkte Kühlung direkt nach dem letzten Walzen zielt dieses
Verfahren auf die Umwandlung zu einer festeren Metall-Mikrostruktur ab, als diese durch normale
Abkühlung, z. B. innerhalb des Bundes und statischer Luftkühlung oder auf einem Kühlbett, erfolgen kann.
Ein Verfahren zum Herstellen von Stahlstab aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch
kontrollierte Abkühlung unmittelbar aus der letzten Walzhitze ist in der NL-Patentanmeldung 69 05 3C8
beschrieben, wofcei ganz allgemein Beton-Armierungsstähle
mit hoher Elastizitätsgrenze und verbesserter Schweißbarkeit angesprochen sind. Gemäß dem hierbei
beschriebenen Verfahren können diese Eigenschaften durch intermittierende Wasserkühlung innerhalb geneigter
Ebenen erreicht werden, indem die mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit des Materials höher als die
kritische Abschreckgeschwindigkeit für Bainit und niedriger ist als die kritische Martensit-Abschreckgeschwindigkeit
für die verwendete Stahlzusammensetzung. Durch Halten der Stabtemperatur zwischen der
Starttemperatur der Umwandlung von Martensit bzw. Bainit wird dabei auf eine vollständige isotherme
Transformation zu Bainit abgestellt. Dabei wird einer Martensit-Abschreckung des Stabrands bei diesen
Bedingungen vorgebeugt und der Temperaturgradient zwischen dem Stabrand bzw. der Staboberfläche und
dem Stabkern wird auf dem niedrigstmöglichen Wert gehalten.
Es ist davon auszugehen, daß ein derartiges
intermittierendes Abkühlen zur befriedigenden Einstellung von T- Martensit
< T-Stab < T-Bainit, bevor die isotherme Umwandlung von Austenit in Bainit beginnt,
metallurgisch kaum durchführbar ist, weil die zur Verfügung stehende Abkühlzeit von der Ac-3-Tempera- ί
tür, unterhalb der der Austenit bis zum Beginn der Umwandlung während der wirklichen Kühlung instabil
wird, zu kurz ist. Dies trifft gewiß für Stabdurchmesser
oberhalb 12 bis I^ mm zu, weil die Martensit-Bildung im
äußeren Rand des Stabs so'gut wie möglich vermieden w
werden soll. Wie aus der vorstehenden NL-Patentanmeldung 69 05 308 hervorgeht, wurde dies erreicht,
wobei bei etwa 1 mm unter der Oberfläche des Stabs nur eine geringe vorübergehende instabile Martensit-Bildung zugelassen wurde. Dieses Verfahren benötigt
ein verhältnismäßig langes Abkühlungsstadium, wodurch es einerseits teuer ist und andererseits bei
Durchführung mit wirtschaftlichen Walzgeschwindigkeiten nicht mehr einsetzbar sein dürfte. Auch ist die
vollständige isothermische Bainit-Umwandlung beispiclswcise für einen Stabdurchrr.esser von 14 mm und
einer Endwalzgeschwindigkeit von 7 m/s (w':2 in der vorgenannten NL-Patentanmeldung angegeben) unwahrscheinlich, und das Verfahren wird gewiß mit
moderneren Endwalzgeschwindigkeiten von etwa 15 m/s nicht mehr ausführbar sein. Die Verwendung
dieses Verfahrens wird voraussichtlich zu einem verfeinerten Ferrit-Perlit-Gefüge mit einigen Bainit-Gefügebestandteilen lediglich im Randbereich des Stabs
führen, wobei bei Stabdurchmessern von mehr als 12 mm die maximal erreichbaren Festigkeitseigenschaften nicht erreicht werden.
In der NL-Patentanmeldung 7104 985 wird ein
Verfahren zum Herstellen profilierter Stäbe zur Verwendung für Betonstahlmatten beschrieben, bei dem
eine kontrollierte Walzstab-Abkühlung im Bund verwendet wird. Bei diesem Verfahren ist das profilierte
Material unmittelbar von der Walzhitze einer teilweisen Verbesserung des Mikrogefüges unterworfen, und zwar
durch intermittierende Wasserkühlung in wenigstens «o
drei, vorzugsweise aber vier Stadien einer abwechselnden Wasser/statische Luft-Kühlstrecke von jeweils 0,05
bis 0,06 s, wobei die letzte Kühlstrecke in statischer Luft 0,5 bis 3 s, etwa 1 s im Mittel, dauert, bevor der Draht bei
530 bis 7000C aufgehaspelt wird. Als verwendete
Stahlqualitat wird vorzugsweise ein Si-halbberuhigter
Stahl mit 0,16 bis 0,22 Gew.-% C, 030 bis 0,60 Gew.-%
Mn vorgeschlagen, der mit diesem Verfahren zu einem Profil-Beton-Armierungsstahl mit stark feinkörnigem
Ferrit-Mikrogefüge und t/ner Mischung von Perlit und Bainit führt, der eine Streckgrenze von bis zu 75 kg/mm2
und eine Zugfestigkeit von bis zu 110 kg/mm2,
kombiniert mit einer Bruchdehnung von bis zu 20%, besitzen kann.
Die Wärmebehandlung von Betonbewehrungsstählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt aus der Walzhitze ist
aus IfL-Mitteilungen, Band 12, Heft 8, 1973, Seiten 282 bis 288, bekannt. Bei diesem Verfahren durchläuft der
aus der Walze austretende Stab eine unmittelbar anschließende Wasser-Kühlstrecke, eine Schere und
anschließend ein Kühlbett. Durch die Wasserabkühlung wird in der Randzone ein Härtegefüge erzeugt, das
durch die Eigenwärme der Kernzone wieder angelassen wird. Nähere Angaben über dem Abkühlungsverlauf und
das Anlassen aus der Kernzüne werden aber nicht gemacht.
Aus der AT-PS 1 93 91 ; ist ein Stahl für Bewehrungszwecke im Bauwesen bekannt, der zur Erhöhung der
Kriechgrenze aus einer komplexen Legierung auf der Basis der Zusatzelemente Kupfer, Chrom, Molybdän,
Vanadin, Tantal, Zirkonium, Niob, Aluminium, Titan, Bor, Stickstoff und Phosphor besteht Auf die mit
solchen zusätzlichen Legierungselementen verbundenen Nachteile wurde bereits oben hingewiesen.
Aus der DE-PS 9 27 213 ist es bekannt, vergütete Baustähle für die Herstellung von Fahrzeug-, Schiffsund Flugzeugbauteilen sowie von Gegenständen für die
chemische Industrie zu verwenden, die aus der Walzhitze heraus gehärtet sind und einen Kohlenstoffgehalt von 0,25 bis etwa 0,60% haben. Auf den
Prozentsatz des in dem Stahl enthaltenen Mangans wird nicht eingegangen. Als weitere Legierungsbestandteile
sind schließlich Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadin und Wolfram vorgesehen.
In Neue Hütte, 9. Jahrgang, Heft 2,1964, Seite 8 J sind
die Stähle StIH und StIV beschrieben, die 0,20 bis 0,29% Kohlenstoff, 0,40 bis 0,90% Silizium und 1,20 bis 1,60%
Mangan bzw. 0,12 bis 0,22% Kohlenstoß, 037% Silizium
und 030 bis 0,60% Mangan enthalten, fiine thermomechanische Behandlung solcher Stähle ist wiederum in
den bereits genannten IfL-Mitteilungen (vgL Oben) erwähnt
Schließlich ist aus der BE-PS 7 90 867 ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die
Temperatur des Stabkernes nach der Abkühlung mit Wasser etwa 8500C beträgt Damit kann in der
Oberflächenschicht zwar ein Martensitgefüge gebildet werden; es entsteht aber keine Martensit/Bainitschicht,
und auch der Stabkern enthält kein Ferrit-Perlit-Mischgefüge.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit
hoher Walzgeschwindigkeit Stabstahl eines feinen Martensit/Bainitgefüges in der Oberflächenschicht und
einer Streckgrenze von etwa 40 bis 45 kg/mm2 herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß
durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprächen 2 bis 10.
Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zum Herstellen von Stabstahl aus einem Stahl mit niedrigem
C-Gehalt durch kontrollierte Abkühlung unmittelbar aus der letzten Walzhitze, wobei dieses Verfahren sehr
einfach und kostensparend durchgeführt werden kann sowie insbesondere zu einer profilierten Stabstahlqualität mit teilweise verbesserter hochqualitativer Heft-Schweißbarkeit führt Mit dem erfindungsgemäße.!
Verfahren kann aus einem Produkt niedrigerer Qualität ein hochqualitatives Erzeugnis hergestellt werden,
wobei bei einem ProFilmalerial mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm eine teilweise Gefügeverbesserung unmittelbar aus der Walzhitze und vor dem
Aufhaspeln erzielt wird, so daß ein hochgradig heft-schweißbarer 3eton-Armierungsstah! hoher Festigkeit und guter Zähigkeit aus einem Betonstahl
niedrigerer Qualität hergestellt wird. Ferner kann Beton-Armierungsstabstahl mit einem Siab-Durchmesser von bis zu 20 bis 30 mm bei Walzung mit modernen
Walzgeschwindigkeiten unmittelbar aus der Walzhitze eine teilweise GefCjjeverbesserung bei gleichzeitig
optimaler Gefügekontrolle erhalten, so daß maximal erreichbare Festigkeitseigenschaften unter Beibehaltung adäquater Zähigkeitseigenschaften erhalten wer-
Im Vergleich zu der durch zusätzliche Legierungselemente und/oder Kaltverformung (natürlich gehärteter
bzw. gedrillter Armierungsstahl) bietet die kontrollierte Stabstahlabkühlung gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren unmittelbar nach dem letzten Walzen zahlreiche neue Möglichkeiten für die Herstellung von
heft-schweißbaren Armierungsstahlrohrqualitäten. Die unter Beibehaltung guter Zähigkeit benötigte Festigkeit
wird durch direkte Kontrolle des Metall-Mikrogefüges aus der Walzhitze erreicht, wobei auf eine Verbesserung
des Mikrogefüges in der Randzonc des Stabstahls und eine Umwandlung zu einem Mikrogefüge mit höherer
Festigkeit im Stabstahlkern abgezielt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bei Anwendung auf kostengünstige, halbberuhigte Si- und
Mn-haltige Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt vorteilhaft, z. B. bei einem Stahl mit etwa 0,25 Gew.-% C
und Q^o Ciew-% Mn. hei dem eine Festigkeit von 15 bis
25 kg/mm2 möglich erscheint im Vergleich zu einer normalen vollständigen Abkühlung auf dem Kühlbett,
wobei die Bruchdehnung (Adp-5) besser als 25 bis 15% bleibt.
Da das Stabmaterial einer hohen mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit
ausgesetzt wird, kann die notwendige Kühl-Auslauflänge auch bei hohen Walzendgeschwindigkeiten
verhältnismäßig kurz gehalten werden. Speziell vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren
bei einer kontrollierten Abkühlung eines profilierten Stabstahlmaterials mit einem Stab-Durchmesser über 8
bis 10 mm, wobei dieses Material nach dem Walzen in Stablängen geschnitten und über einen Auslauftisch auf
ein Kühlbett gebracht wird.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es
zeigt
F i g. 1 eine diagrammartige Wiedergabe eines Auslauftisches eines Stabstahl- bzw. Drahtwalzwerks,
F i g. 2 eine Graphik, in der die erfindungsgemäße kontinuierliche Abkühlungskurve bei einem mit Silizium
halbberuhigten Beton-Armierungsstahl mit einem Durchmesser von 16 mm und 0,25Gew.-% C und
0,50 Gew.-% Mn dargestellt ist, sowie
F i g. 3 eine Anzahl von Mikrogefüge-Photographien.
Gemäß F i g. 1 ist eine Kühleinrichtung 40 unmittelbar hinter dem letzten Walzgerüst 20 eines Stabstahl-
bzw. Drahtwalzwerks angeordnet Zum Zerschneiden des Walzstrangs in die benötigten Stabstahllängen sind
Scheren 77 vorgesehen, auf die eine Anzahl von Kühleinrichtungen, wie z. B. die Kühleinrichtungen 1
und 3, foigen, an die sich ein Auslauftisch 4 und ein (nicht
gezeigtes) Kühlbett anschließen. Das Walzmaterial durchläuft die Kühleinrichtung 40 kontinuierlich unter
verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit Bei Durchlaufen des Materials durch dieses Stadium sehr intensiver
Wasser-Abkühlung bildet sich ein sehr feines Martensit-Bainit-Mikrogefüge
in der Randzone des Stabstahls, und zwar über eine homogene Dicke von mindestens 0,2 bis
03 mm, vorzugsweise von mehr als 0,5 bis 1 mm, um den
Umfang des Stabs. Unmittelbar nach Verlassen der Kühleinrichtung 40 wird dieser martepsitisch-bainitische
Kühlring sehr schnell während einer Kühlphase in ruhender Luft ausreichend unter Temperaturausgleich
durch den Stab-Querschnitt als Ergebnis des Wärmeflusses vom Stabkern zum Stabrand angelassen. Bei
einem Stab-Durchmesser von 10 bis 20 mm mit einer Endwalzgeschwindigkeit von 16 bis 12 m/s wird mit
üblichen halbberuhigten C-Mn-Stahlqualitäten bei normalerweise
vollständig nur in ruhender Luft erfolgender Abkühlung eine Streckgrenze von etwa 30 kg/mmJ
erreicht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden mit nur einer Phase intensiver Wasserkühlung
vor Erreichen der Endscheren eine Streckgrenze von 45 bzw. 40 kg/mm2 erzielt, während die Adp-5-Bruchdehnung
oberhalb 25% blieb. Diese günstigen mechanischen Eigenschaften sind das Ergebnis fester und zäher
Härtungsstrukturen, d. h. einem stark angelassenen
ίο Martensit-Bainit, in der Randzone des Stabs sowie eines
feinen Ferrit-Perlit-Gefüges im Stabkern. Die a-ASTM-Korngrenze liegt bei 11 im Vergleich zu 9 bis 10 bei
einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft. Nach der sehr intensiven Wasser-Abkühlung zur
Bildung eines martensitisch-bainitischen Kühlrings um
den Stabumfang und der nachfolgenden Abkühlung in ruhender Luft zur Erzielung eines ausreichenden
Anlassens dieses Härtungsgefüges wird das Stabmaterial wiederum einer oder mehrerer weniger intensiven
Wasser-Kühlungsstadien ausgesetzt, an die sich eine Abkühlung unter ruhender Luft anschließt. Dabei wird
der angelassene martensitisch-bainitische Kühlring durch Ringe aus bainitischem bzw. ferritisch-bainitischen
Mikrogefüge vergrößert, während gleichzeitig eine verhältnismäßig hohe Abkühlungsgeschwindigkeit
des Stabkerns zur Verfugung steht, wodurch sich ein sehr feines ferritisches Mikrogefüge mit einem
Λ-ASTVi-Wert von mehr als 11 aus einem Mischgefüge
von feinem Perlit mit Bainit ergibt, bei dem das Verhältnis des festeren Perlit-Bainit-Anteils vorzugsweise
größer als der Prozentsatz des Ferrits ist.
Diese weniger intensive und gleichzeitig intermittierende Wasser-Abkühlung wird im allgemeinen auf dem
Auslaufrollgang nach den Endscheren durchgeführt und schließt zugleich die Kühlung der geschnittenen
Stablängen ein.
Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Kombination einer sehr intensiven Kühlung vor den Endscheren
mit einer weniger intensiven Kühlung auf dem Auslaufrollgang den zum Kühlbett gelangten Stab
einem Kühlverfahren aussetzt, das geeignet ist, ihm die benötigten mechanischen Eigenschaften zu verleihen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen Bereich sehr feinkörniger Mikrogefüge zu erzielen, den
beginnend vom Stabrand nacheinander aus stark angelassenen Martensit-Bainit Ferrit-Bainit bis Ferrit-Perlit
zuzüglich Bainit im Stabkern besteht in dem vorzugsweise der Anteil Perlit mit Bainit prozentual
größer ist als der Anteil an Ferrit Diese Mikrogefüge
so werden alle über einem Bereich von Umwandlungstemperaturen gebildet wobei dafür keine isotherme
Umwandlung des gesamten Stabquerschnitts vorliegt welche nicht nur vom angewendeten Kühlverfahren,
sondern auch sehr stark von der verwendeten Stahlqualität abhängt und zwar im Zusammenhang mit
der Form und dem Verlauf des betroffenden speziellen kontinuierlichen Abkühlungsdiagramms.
Fig.2 zeigt ein kontinuierliches Abkühlungsdiagramm als Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auf einen Stabstahl von 16 mm Stabdurchmesser aus einem Si-halbberuhigten Stahl mit
0,25Gew.-% C und 0",50Gew.-% Mn. Die Abszisse
dieses Diagramms gibt die Temperatur in °C wieder, während die Ordinate die Zeit im logarithmischen
Maßstab angibt Die Kurve 11 gibt die Abkühlungsverhältnisse
für diesen Stahi in ruhender Luft wieder. Die Kurve 12 zeigt die Temperatur im Stabkern, während
die Kurve 13 den Kurvenverlauf der Temperatur 1 mm
■liner iler Staboberfläche zeift. Die Kurve I·} gibt den
Temperaturverlauf bei etwa 0.5 mm unter der Staboberfläche α ieder. und die Linie 15 zeigt die Temperatur der
Staboberfläehe selbst.
Ks ist aus K ig. 2 ersichtlich, daß die erste sehr
intensive Wasser-Abkühlung in der Kühleinrichtung 40 (Fig. i) die- Randzone des Stabs auf eine Temperatur im
Bereich ,-..artensitischen Mikrogefüges bringt, so daß
auf dem Stabumfang über eine Dicke von mindestens 0.2 mm und vorzugsweise größer als I mm ein >
'hr feines manensitisches Mikrogefüge ausgebilJct wird,
welches zudem eine maximal mögliche Gleichmäßigkeit besitzt.
Unmittelbar nach dem Verlassen des Stadiums intensiver k lhlung wird der Stab in Luft angelassen,
wobei Wärme vom Stabkern zu seiner Oberfläche fließt. Unter diesen Voraussetzungen besteht ein sehr
schneller natürlicher Temperaturausgleich über den Siabquerschnki. so uaS cincrsciis die gcnäiicic
Randzone des Stabs ausreichend angelassen wird, während andererseits der Stabkern im Vergleich zu
einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft einer laufend verstärkten Abkühlung unterworfen
wird. Sobald die Wasserkühlung nach der Kühleinrichtung 40 beendet ist, erfolgt die weitere Abkühlung längs
der gestrichelten Kurven 12a, 13a, 14a und 15a in F i g. 2, wodurch das durchgeführte Kühlverfahren zu einer
Verbesserung des Mikrogefüges in der Randzone des Stabs und zu einer entsprechenden Festigkeit darin
sowie zu einem zähen Härtungsgefüge (stark angelassener Ma; iensit und Bainit) führt. Die unter diesen
Bedingungen gemäß der Kurve 12a erfolgende beschleunigte Stabkernabkühlung ergibt ein Mikrogefüge
des Stabkerns aus feinem Ferrit-Perlit-Mischgefüge mit einem Wert von 11 gemäß at-ASTM, während bei der
normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft gemäß Kurve 1! der gesamte Stabquerschnitt ein
normales Ferrit-Perlit-Mikrogefüge gemäß λ-ASTM
gleich 9 bis 10 aufweist. Wenn ein üblicher Si-halbberuhigter Stahl mit etwa 0.25 Gew.-% C und 0,50 Gew.-%
Mn auf bekannte Weise vollständig in ruhender Luft abgekühlt wird, dann besitzt er bei einem Stabdurchmesser
von !0 bis 16 bis 20 mm und einer Endwalzgeschwindigkeit von 16 bis 12 m/s eine Streckgrenze von
etwa 30 kg/mm2. Mit nur einer intensiven Wasser-Abkühlung vor den Endscheren 77 ist aber eine
Streckgrenze von 45 bis 40 kg/mm2 erreichbar, während die Adp-5-Bruchdehnung größer als 25% bleibt
Bei dieser spezifizierten Ausführungsform der Erfindung mit kontrollierter Abkühlung von profiliertem
Stabmaterial mit einem Durchmesser von 16 mm wird der Stab einer oder mehrerer Abkühlungs-Behandlungen
unmittelbar nach der vorstehend beschriebenen Verbesserung der Stabrandzone unterworfen. Diese
weiteren Abkühlungs-Behandlungen finden in den Wasser-Abkühlungseinrichtungen 1 und 3 statt, die
gemäß Fig. ! nach der Schere 77 angeordnet sind. Diese kontinuierliche Abkühlung auf dem Auslauftisch 4
findet an den geschnittenen Stablängen statt, so daß auch praktische Gründe zu einer weniger intensiven
Wasser-Abkühlung als in der ersten Kühleinrichtung 40 führen (vgl. F i g. 2).
Die Verwendung der Wasser-Kühlstationen 1 und 3 unmittelbar nach der Verbesserung der Stabrandzone
während und nach dem Durchlaufen der Kühleinrichtung 40 ermöglicht eine weitere Kontrolle des
Mikrogefüges, bei der die adäquat stark angelassene martensitische Stabrandzone durch Kühlringe von
Mikrogefügen aus Bainit b/.w. Ferrit-Ba ait weiter ausgedehnt werden kann. Ferner wird e entails im
Verhältnis dazu eine hohe Abkühlgeschwi Jigkeit für den Stabkern unter diesen Bedingungen er - ielt. die zu
einem Mikrogefüge des Stabkerns aus s.hr feinem Ferrit mit einem Λ-ASTM-Wcrt von 11 bis 1. und einem
Mischgefüge aus feinem Perlit. Troostit und Bainit führt, in dem der Anteil des festeren Perlit/Troostit Bainit-Mikrogefüges
vorzugsweise größer ist als der Prozentsatz an Ferrit. Es hat sich herausgestellt, daß die spezifische
Verbindung von sehr intensiver Wasserkühlung vor den Endscheren und einer weniger intensiven, intermittierenden
Wasserkühlung nach den Endscheren auf dem Auslauftisch 4 das profilierte Stabmaterial der für seine
benötigten mechanischen Eigenschaften bestmöglichen Kühlung unterwirft. Bei dem vorstehend erwähnten
Beispiel eines Si-halbberuhigten Stahls mit etwa 0,25 Gew.-°/o C und 0,50Gew.-% Mn ermöglicht diese
üpümicfic Auii'üi'nüug cine SiicCkgrcfiZc Von 55 bis
50 kg/mm2 bei 10 bis 20 mm Stabdurchmesser und einer
Adp-5-Bruchdehnung von größer als 15 bis 20%.
Die Photographic Nr. 1 (Fig. 3) zeigt das Mikrogefüge
eines Stabmaterials nach einer normalen vollständig unter ruhender Luft erfolgten Abkühlung auf einem
Kühlbett, d. h. ein relativ grobes, ferritisch-perlitisches Mikrogefüge, welches über den gesamten Stabquerschnitt
homogen verteilt ist und einen «-ASTM-Wert von 9 bis 10 sowie einen Ferrit Anteil von mehr als 70%
besitzt.
Die Photographic Nr. 2 zaigt makrographisch einen Profil-Stabstahl nach Behandlung mit der kontrollierten
Stabkühlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei jedoch nur eine intensive Wasser-Abkühlung
in der Kühleinrichtung 40 vor den Endscheren angewandt wird (gemäß F i g. 2). In dieser Photographie
Nr. 2 ist die vorstehend beschriebene Verbesserung des Mikrogefüges der Stabrandzone sichtbar, während die
beschleunigte Abkühlung im Stabkern gemäß detallierter Photographie 2a ein feineres Ferrit-Perlit-Gefüge
wiedergibt als bei einer normalen vollständigen Abkühlung in ruhender Luft (Photographie Nr. 1).
Photographie Nr. 3 gibt ein makrographisches Bild eines Profilstabs wieder, der einer kontrollierten
Stababkühlung sowohl mit einer intensiven Wasser-Abkühlung vor den Endscheren als auch einer intermittierenden
und weniger intensiven Wasser-Abkühlung auf dem Auslauftisch zum Kühlbett gemäß F i g. 2 (Kühleinrichtungen
40 bzw. 1, 3) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgesetzt wurde. Zusätzlich zu der Verbesserung
des Mikrogefüges in der Stabrandzone zeigt die Photographie Nr. 3 auch die weitere kontrollierte
Ausbildung des Mikrogefüges durch Vergrößerung der verbesserten Stabrandzone unter Ausbildung von
Kühlringen aus einem Mikrogefüge von Bainit bzw. Ferrit-Bainit und zugleich von sehr feinem Ferrit und
einem im Stabkern ausgebildeten Mischgefüge aus Perlit, Troostit und Bainit als Ergebnis der ebenfalls
verhältnismäßig hohen Abkühlungsgeschwindigkeit des Stabkerns. Dies wird in Einzelheiten insbesondere aus
Photographie 3a (stark angelassener Martensit), Photographie 3b (angelassener Bainit), sowie 3c(Ferrit-Bainit)
und 3d (Ferrit mit a-ASTM 11 bis 12 sowie
Perlit + Troostit + Bainit mit mehr als 50 bis 70%) ersichtlich.
Um die benötigte Festigkeit von Stählen, wie FeB 40 (42), FeB 50, FeB 60 etc, zu erhalten, gibt es eine große
Auswahl bezüglich der Stahlzusammensetzung sowie des geeigneten Abkühlungsverfahrens oder der Abküh-
lungsintensität im Hinblick auf die erzielte Heft-Schweißbarkeit und den billigstmöglichen Preis für
einen Armierungsstahl. Prinzipiell können sowohl beruhigte als auch halbberuhigte Stahlqualitäten mit
0,10 bis 0.30Gew.-% C, 0,40 bis l,60Gew.-% Mn, 0,01
bis 1,2 Gew.-% Si, P, S. Al < 0,05, N
< 0,01, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Grundlage verwendet werden. Es i-: aber auch möglich, besonders günstige
Wirkungen durch Zugabe von gesonderten Legierungselementen, wie z. B. Nb, V, Ti, B (<
0,10 Gew.-°/o), und bzw. oder Legierungselementen, wie Cr und Mo (<
0,50 Gew.-%) zu erzielen.
Als speziell geeigneter Stahl eignet sich ein Si-halbberuhigter Stahl mit 0,15 bis 0,30 Gew.-% C und
0,40 bis l,00Gew.-% Mn mit einer Analyse gemäß der
Stahlqualität FeB 40 (42), während ein Si-halbberuhigter Stahl mit Ο,ίυ bis 0,30Gew.-% C und 0,80 bis
1,50 Gew.-% Mn mit oder ohne einem Extrazusatz von 0,02 bis 0,04 Üew.-% Nb für die Stahlqualität FeB 50
zum Einsatz kommen kann. Das erfindungsgemäße Abkühlungsverfahren kann mit oder ohne Zugabe
gesonderter Legierungselemente mit einer Kaltverformung, beispielsweise einem Kaltziehen, mit einer
Gesamtabnahme von 20 bis 40% oder durch ein Drillen von neun- bis elfmal je Stabdurchmesser kombiniert
werden. Schließlich kann das Abkühlungsverfahren mit oder ohne Zusatz gesonderter Legierungselemente
und/oder Kaltverformung auch mit einer Hochtemperaturalterung, beispielsweise einer gewünschten Temperatur
von 200 bis 5000C, verbunden werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen von schweißbarem Stabstahl aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
durch kontrollierte Kühlung sofort nach dem letzten Walzen, wobei das Walzgut unmittelbar
nach dem letzten Walzgerüst eine Strecke von intensiver Wasserkühlung durchläuft, derart daß
eine Oberflächenschicht mit einem feinen Martensitgefüge gebildet wird, und danach das Walzgut in
ruhender Luft weiter gekühlt wird, wobei die Martensitschicht angelassen wird durch die auftretende
Wärmeströmung von dem Stabkern nach der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Wasserkühlung derart ausgeführt wird,
daß die Martensit/Bainitschicht eine Dicke aufweist von mindestens 0,2 mm weiche sofort danach
während Abkühlung in ruhender Luft genügend angelassen wird, und daß der Stabkern sofort nach
dem Verlassen der Kühlstrecke eine genügend hohe Temperier aufweist bei der anschließenden Abkühlung
an ruhender Luft im Stabkern ein feines Ferrit-Perlit-Mischgefüge zu erreichen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut sofort nach dem Anlassen,
aber noch vor der Gefügeumwandlung des Stabkerns, aufs neue eine oder mehrere Wasserkühlstrecken
durchläuft, gefolgt durch eine weitere Abkühlung in ruhender Luft, derart, daß die
angelassene Martensit/Bainitschicht weiter nach dem Stabkern hin mit einer Zone aus Bainit/Ferritgefüge
ausgedehnt wird, und der Stabkern in ein feines Ferrit/Perlit/Xroostii.'Bainitgefüge, mit einem
höheren Gehalt von Perlit/Troostit/Bainit als Ferrit
umgewandelt wird.
3. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 auf profilierten Betonarmierungsstabstahl
mit einem Durchmesser von mehr als 8 mm, welcher nach dem Walzen, und Kühlen und
Schneiden in einzelne, rechte Stablängen über einen Auslaufrollgang auf ein Kühlbett transportiert wird.
4. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 auf profilierten Betonarnjerungsstabstahl
mit einem Durchmesser kleiner als 20 mm, der nach Walzen und Kühlen zu Bunden
gehaspelt wird.
5. Anwendung des Verfahrens auf einen Stahl, der mit einer Endwalzgeschwindingkeit von 16 bis
12 m/Sek. auf einen Enddurchmesser von 10 bis etwa 20 mm gewalzt wurde.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf einen beruhigten oder halbberuhigten
Stahl mit 0,10 bis 030Gew.-% C, 0,40 bis
1,60 Gew.-% Mn, 0,01 bis UO Gew.-% Si, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf einen Stahl nach Anspruch 5, der
zusätzlich Legierungselemente, wie Nb, V und weniger als 0,10 Gew.-% B, oder Cr, Mo (weniger als
0,50 Gew.-%), enthält. ω
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf einen Si-halbberuhigten Stahl mit 0,15 bis
030 Gew.-% C, 0,40 bis 1,50 Gew.-% Mn, Rest Eisen
und übliche Verunreinigungen.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf einen Stahl nach Anspruch 7, der
zusätzlich 0,01 bis 0,04 Gew.-% Nb aufweist.
10. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1
oder 2 auf einen Stahl nach Anspruch 7, der etwa 0,25 Gew.-o/o C und 0,50 Gew.-% Mn aufweist
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