DE2713782C3 - Verwendung von niedriglegierten Stählen als Werkstoff für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben - Google Patents
Verwendung von niedriglegierten Stählen als Werkstoff für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in GrubenbetriebenInfo
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-
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Description
als Werkstoff für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben
mit der Maßgabe, daß die Profile im normalgeglühten oder in einem diesem vergleichbaren, durch Walzen
und Abkühlung erzeugten Zustand eine Streckgrenze von rund 550 N/mm2 und eine Kerbschlagzähigkeit
(DVM) in gealtertem Zustand und Längsrichtung von mindestens 80 J/cm2 aufweisen müssen.
2. Verwendung eines denitrierten niedriglegierten Stahls nach Anspruch 1, der zusätzlich einen Stickstoffgehalt
von 0,015 bis 0,020% aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung eines denitrierten niedriglegierten Stahls nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus
0,17 bis 0,21% Kohlenstoff
0,35 bis 0,45% Silizium
1,45 bis 1,65% Mangan
max. 0,035% Phosphor
max. 0,030% Schwefel
0,02 bis 0,07% Aluminium
0,45 bis 0,60% Nickel
0,12 bis 0,18% Vanadium
Rest Eisen
für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verfahren zur Herstellung von Streckenausbauprofilen, die aus einem niedriglegierten Stahl nach
einem der Ansprüche 1-3 hergestellt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile nach dem letzten
Walzstich abgekühlt, dann normalgeglüht, anschließend unter Ausnützung der Wärme des Normalglühens
gebogen und schließlich an Luft abgekühlt werden.
5. Verfahren zur Herstellung von Streckenausbauprofilen, die aus einem niedriglegierten Stahl nach
einem der Ansprüche 1-3 hergestellt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile nach dem letzten
Walzstich abgekühlt, dann normalgeglüht, anschließend wieder abgekühlt und schließlich bei Raumtemperatür
kalt gebogen werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Stahllegierung für die Herstellung von
Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben.
Bekannt ist gemäß der DE-AS 10 69 169 die Verwendung eines Stahles mit 0,32 bis 0,38% C, 0,10 bis 0,30%
Si, 1,00 bis 1,20% Mn, 0,060% P, bis 0,040% S, bis 0,009% N, 0,03 bis 0,08% Al, Rest Eisen für
Grubenausbausegmente, der so heiß gewalzt wird, daß er nach der letzten Walzung noch eine Temperatur von
über 880° C aufweist und der alsdann als Einzelstab an der Luft, gegebenenfalls unter Verwendung von
Ventilatoren, derart abgekühlt wird, daß er im gealterten Zustand in Hin- und Herbiegeversuchen nach
Biegeversuchen in Anlehnung DIN 21 511 eine Biegezahl von mehr als fünf Biegungen bei einem Biegewinkel
von ± 20° aus dem geraden Zustand aushält. Dieser DE-AS lag die Bestrebung zugrunde, einen Stahl zu
finden, der unvergütet zum Ausbausegment verarbeitet werden kann. Dabei wurde davon ausgegangen, daß es
zweifelhaft und ungeklärt ist. ob die Kerbschlagzähigkeit ein Maß für die Beurteilung von Grubenausbaustählen
darstellt. Die geregelte Abkühlung des Stahles bezweckt lediglich die Einstellung der gewünschten Festigkeits-
In der Veröffentlichung »Baustähle der Welt« (VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1964)
ist auf Seite 231 unter Bezugnahme auf eine Mitteilung aus dem Eisenforschungsinstitut Hennigsdorf (»Die
Technik«), 1962, Seiten 434 ff.) auf den Austausch des Stahles St 52-3 gegen einen Stahl St 45/60 bei
Grubenausbauprotilen zwecks Erhöhung der Tiagfäliigkeit Hingewiesen. Dieser Stahl hat die Zusammensetzung
M) 0.14-0,20% C, 0.40-0.60% Si, ~ 1.50% Mn, max. 0,040% P, max. 0,040% S, 0,12-0,20% V, ~ 0,015% N und
eine Mindeststreckgrenze von 441 N/mm2 im normalgeglühten Zustand. Offenbart ist die Verwendung für
sogenannte Pokaleisen, die einem Doppel-T-Profil ähneln und ausschließlich für den starren Ausbau bestimmt
sind. Die Verwendung derartiger Stähle erfolgt unter dem Gesichtspunkt, daß die Kerbschlagzähigkeit eine
untergeordnete Rolle spielt. Dies wird damit begründet, daß die Streckenbögen keinen schlagartigen Beanspru-
<i5 chungen unterliegen, wie sie bei Kerbschlagversuchen auftreten, und daß auch bei sehr niedriger Kerbschlagzähigkeii
keine Sprödbrüche vorkommen. Bei Stählen mit einer Streckgrenze von mehr als 392 N/mm2 wird eine
Kerbschlagzähigkeit von mindestens 19 J/cm2 im gealterten Zustand als ausreichend angesehen und lediglich
sicherheitshalber werden mindestens 29,4 J/cm2 verlangt.
Alle vorerwähnten Stähle haben nicht die Streckgrenzenwerte des ebenfalls bekannten vergüteten Stahls 32
Mn 3 der DIN 21 544 (1961) erreichen können, der Streckgrenzmittelwerte von 569 N/mm2 aufweist und für den
Mindeststreckgrenzenwerte von 491 N/mm2 vorgeschrieben sind. In der Praxis hat sich daher der vergütete Stahl
32 Mn 3 für Rinnenprofile des nachgiebigen Streckenausbaus umfassend durchgesetzt. Für die Kerbschlagzähigkeit
waren in Übereinstimmung mit der Auffassung des Standes der Technik in der DIN 21 544 (1961) Werte
von mindestens 29,4 J/rain2 für ausreichend angesehen worden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß entgegen der Auffassung des Standes der Technik wesentlich
höhere Kerbschlagzähigkeitswerte im gealterten Zustand erwünscht sind. Bei der Entwicklung der Erfindung
hat sich herausgestellt, daß in der Fachwelt der Einfluß der klimatischen Bedingungen, insbesondere der
Temperatur, unterschätzt worden war. Diese führen zu Rostnarben, welche bei nachfolgenden Beanspruchungen
infolge von Kerbwirkungen zu Rißbildungen führen können.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Stahl aufzufinden, der nicht vergütet zu werden
braucht und der bezüglich der Streckgrenze die vergüteten Stähle der DIN 21 544 zumindest erreicht, in bezug
auf die Kerbschlagzähigkeit im gealterten Zustand die Werte der vergüteten Stähle dieser Norm aber wesentlich
überschreitet. Außerdem sollen Verfahren zur Herstellung von Rinnenprofilen vorgeschlagen werden.
Die Erfindung löst die vorstehende Aufgabe durch die Verwendung eines denitrierten niedriglegierten Stahls,
bestehend aus
0,16 bis 0,23% Kohlenstoff
0,25 bis 0,55% Silizium
1,40 bis 1,80% Mangan
max. 0,050% Phosphor
max. 0,050% Schwefel
0,40 bis 0,70% Nickel
Rest Eisen
als Werkstoff für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben mit
der Maßgabe, daß die Profile im normalgeglühten oder einem, diesem vergleichbaren, durch Walzen und
Abkühlung erzeugten Zustand eines Streckgrenze von rund 550 N/mm2 und eine Kerbschlagzähigkeit (DVM) in
gealtertem Zustand und Längsrichtung von mindestens 80 J/cm2 aufweisen müssen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dieser Legierung mindestens 0,10% Vanadin zuzugeben, was eine
weitere Steigerung der Zugfestigkeit ohne Beeinträchtigung der Zähigkeit ermöglicht.
Wenn ein besonders feinkörniges Gefüge erzielt werden soll, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen
Stickstoffgehalt von 0,015 bis 0,020% einzustellen. Als technischer Vorteil kann sich dabei der Umstand
ergeben, daß die Menge des zulegierten Nickels reduziert werden kann, weil in an sich bekannter Weise die
Feinkörnigkeit vor allen Dingen im gealterten Zustand die Erreichung von Zähigkeitswerten ermöglicht, die
auch durch die Zulegierung von Nickel angestrebt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der verwendete Stahl aus
0,17 bis 0,21% Kohlenstoff
0,35 bis 0,45% Silizium
1,45 bis 1,65% Mangan
max. 0,035% Phosphor
max. 0,030% Schwefel
0,02 bis 0,07% Aluminium
0,45 bis 0,60% Nickel
0,12 bis 0,18% Vanadium
Rest Eisen
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Zähigkeiten noch weiter verbessert werden
und es lassen sich Werte von 150 J/cm2 nach einem Normalglühvorgang ohne weiteres erreichen.
Es sind zwar Stähle bekannt, die zwischen 0,06 bis 0,30% Kohlenstoff, bis zu 1,5% Silizium, 0,5 bis 4%
Mangan und Rest Eisen enthalten, bei denen eine Streckgrenze von mehr als 40 kg/mm2 angestrebt wird, indem
die Stähle bei Temperaturen zwischen 800 und 1000° C erhitzt, dann gewalzt und mit einem Reduziergrad von
mehr als 30% bei Fertigwalztemperaturen zwischen 680 und 850° C hergestellt werden, die die vorgenannte
Zähigkeit auch bei Temperaturen von weniger als —60% C beibehalten. Gemäß einer anderen Variante wird
die Bramme oder Platte auf eine Temperatur über 1000° C erwärmt, dann in üblicher Weise gewalzt, bis die
Bramme oder Platte eine mittlere Dicke erreicht hat, wonach dann der Walzvorgang einmal unterbrochen wird,
die Bramme oder Platte auf eine Temperatur unter 650° C gekühlt und dann wieder auf 800 bis 1000° C
erwärmt wird, worauf dann mit einem Reduktionsgrad von nicht weniger ais 30% vurgewai&i und in einem m>
Temperaturbereich von 680 bis 850% C fertiggewalzt wird. Diese bekannten Stähle konnten dem Fachmann
keine Anregung geben, diese für den erfindungsgemäßen Zweck einzusetzen, ganz abgesehen davon, daß die
weiten Legierungsberciche auch die Möglichkeit einer solchen Übertragung ausschließen.
Es sind weiterhin Stähle für Schienen bekannt, bei denen der Stahl mindestens ein Kornverfeinerungselement
enthält, welches bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahles 0,015 bis 0,1% Aluminium, ü,()l bis 0,1% Niob,
0,05 bis 0,2% Vanadin, 0,015 bis 0,3% Titan und 0,015 bis 0,3% Zirkon aufweist. Es ist auch bekannt,
derartigen Stählen Härtungselemente zuzusetzen, wobei vorgeschlagen wird, daß derartige Stähle bezogen auf
ihr Gesamtgewicht 0,5 bis 2,5% Mangan, bis zu 1,5% Silizium, bis zu 1,5% Chrom, bis zu 1% Nickel und bis zu
0,6% Molybdän aufweisen. Gemäß einer typischen Zusammensetzung des bekannten Stahls weist dieser
folgende Analyse auf:
| Kohlenstoff | 0,2 bis 0,85% |
| Schwefel | 0,06% (Maximum) |
| Phosphor | 0,06% (Maximum) |
| Mangan | 0,5 bis 2,5% |
| Silizium | 0 bis 1,5% |
| Chrom | 0 bis 1,5% |
| Nickel | 0 bis 1,0% |
| Molybdän | 0 bis 0,6% |
| Aluminium | 0,015 bis 0,1% |
| Vanadium | 0,05 bis 0,2% |
| Niobium | 0,01 bis 0,1% |
| Titan | 0,015 bis 0,3% |
| Zirkon | 0,15 bis 0,3% |
| Stickstoff | 0,03 bis 0,030% |
Derartige Stähle können einer Normalisierung oder einem geregelten Walzvorgang unterzogen werden. Für
den Einsatz bei Streckenausbauprofilen sind diese Stähle aber nicht geeignet. Ihre Kerbschlagzähigkeit kann
nicht die bei Streckenausbauprofilen erforderlichen Mindestwerte erreichen. Abgesehen von dem völlig anderen
Anwendungsgebiet weichen diese bekannten Stähle insbesondere bezüglich der Höhe des Kohlenstoffgehaltes
von den erfindungsgemäß verwendeten Stählen ab. Dieser liegt zwischen 0,2 bis 0,85% und ist insgesamt
wesentlich höher als der Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäß verwendeten Stahls, was insbesondere auch
daraus hervorgeht, daß der bevorzugte Kohlenstoffgehalt für diese bekannten Stähle zwischen 0,4 und 0,6%
liegt.
Auf dem Sektor der hochfesten schweißbaren Feinkornbaustähle sind schon Legierungen bekanntgeworden,
die bei einer beachtlichen Kerbschlagzähigkeit relativ hohe Streckgrenzwerte aufweisen. Diese bekannten
Stähle werden praktisch nur für Flachprodukte verwendet. Am nächsten kommt der erfindungsgemäßen
Analyse der Stahl StE 51 mit der Werstoffnummer 1.8907 im normalgeglühten Zustand. Dieser Stahl ließ jedoch
dem Fachmann für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben
keinen Vorteil gegenüber dem vergüteten Stahl 32 Mn 3 erkennen. Insbesondere ließ die Stahlsorte StE 51 nicht
erwarten, daß in dem normalerweise nicht untersuchten Bereich zwischen +20 und +60° C eine merkliche
Steigerung der Kerbschlagzähigkeit im gealterten Zustand und in Walzrichtung stattfindet, welche die mit den
erfindungsgemäßen Stählen hergestellten Rinnenprofilen für den Grubenausbau auch bei den hohen Einsatztemperaturen
und den entsprechenden hohen Gebirgsdrücken gegen Bruchgefahr zusätzlich absichern.
Gegenstand der Erfindung sind auch Verfahren zur Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen
Streckenausbaus, die aus einem niedriglegierten Stahl der vorstehend definierten Art hergestellt sind, wobei das
Verfahren so durchgeführt wird, daß die Profile nach dem letzten Walzstich abgekühlt, dann normalgeglüht,
anschließend unter Ausnützung der Wärme des Normalglühens gebogen und schließlich an Luft abgekühlt
werden. Hierbei können die Profile nach dem Normalglühen auch anschließend wieder abgekühlt und
schließlich bei Raumtemperatur kalt gebogen werden.
Es wurde gefunden, daß bei den erfindungsgemäß verwendeten Stählen eine mit der Temperatur in
unerwarteter Weise ansteigende Kerbschlagzähigkeit vorliegt, was im Hinblick auf die Betriebstemperatur,
welche auf den Streckenausbau wirkt, von entscheidender Bedeutung ist. Zur besseren Veranschaulichung des
durch die Erfindung erzielten technischen Fortschritts wird auf die nachstehende Tabelle verwiesen.
Einfluß der Temperatur auf die Kerbschlagzähigkeit:
50 Bezeichnung
Wärmebehand- Streckgrenze Kerbschlagzähigkeit DVM, Längsrichtung
lungszustand bei RT bei 20° C bei 40° C bei 60" C
N/mm2 J/cm2 J/cm2 J/cm!
A) Prüfzustand wie wärmebehandelt:
55 Erf.-gem. zu verwendender Stahl normalisiert
32 Mn 3 vergütet
B) Prüfzustand wie wärmebehandelt, 60 jedoch zusätzlich gealicii
gem. DIN 21545
Erf.-gem. zu verwendender Stahl normalisiert
32 Mn 3 vergütet
mind. 510 106-185
mind. 100
mind. 100
mind. 510 89-169
mind. 80
mind. 80
mind. 510 83-180
mind. 80
mind. 80
mind. 490 73-142
mind. 60
mind. 60
130-193 151-223
mind. 120 mind. 140 80-167 92-157
mind. 80 mind. 80
101-180 123-171
mind. 100 mind. 120
66-124 62-113
mind. 60 mind. 60
Der Vergleich mit dem Stahl 32 Mn 3, der als einziger bezüglich des Verwendungsgebietes und der
Einsatzmöglichkeiten mit der erfindungsgemäß verwendeten Legierung vergleichbar ist und auch in vergüteter
Form als Streckenausbauprofil unter den gleichen Betriebsbedingungen eingesetzt wird, zeigt, daß dieser bei
steigender Temperatur eine gleichbleibende Kerbschlagzähigkeit aufweist, was bei vergüteten Profilen gerade
im höheren Temperaturbereich angesichts der Bruchgefahr keine Gegenwirkungen bei starken Bruchbelastungen
erzeugen kann. Im Teil B der Tabelle ist zusätzlich die Kerbschlagzähigkeit in gealtertem Zustand
angegeben. Auch hier zeigt sich die gleiche Tendenz, aber in verstärktem Umfang. Bei der erfindungsgemäß
verwendeten Stahllegierung ergibt sich bei 60° C ein Mindestwert der Kerbschlagzähigkeit von 120 J/cm2, bei
dem Stahl 32 Mn 3 nur ein Mindestwert der Kerbschlagzähigkeit von 60 J/cm2. Damit ergibt sich gerade im
gealterten Zustand eine überraschende und klare Überlegenheit des erfindungsgemäß verwendeten Stahls.
Neben den betriebstechnischen Vorteilen, die sich insbesondere aus der mit der Temperatur steigenden
Kerbschlagzähigkeit ergeben, erzielt die technische Lehre der Erfindung den weiteren Vorteil, daß das sehr
problematische Vergütungsverfahren vermieden werden kann, indem eine Normalglühung oder ein Verfahren
durchgeführt wird, bei dem durch Walzen und Abkühlungsprozeß ein dem Normalglühen entsprechender
Zustand erzielt wird.
Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt darin, daß die mit dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl
hergestellten Streckenprofile verschweißt werden können, ohne daß eine Zerstörung des Gefüges wie bei den
bekannten, für den vorliegenden Zweck verwendeten vergüteten Stählen eintritt. Auch die Nachbearbeitung
der Profile läßt sich beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung wesentlich leichter durchführen. Diese
Nachbearbeitung findet insbesondere infolge der Verformung der Streckenprofile statt und wird bei so hohen
Temperaturen durchgeführt, daß das Vergütungsgefüge stark beeinträchtigt oder sogar völlig beseitigt wird.
Claims (1)
1. Verwendung eines denitrierten niedriglegierten Stahls bestehend aus
0,16 bis 0,23% Kohlenstoff
0,25 bis 0,55% Silizium
1,40 bis 1,80% Mangan
max. 0,050% Phosphor
&iacgr;&ogr; max. 0,050% Schwefel
0,40 bis 0,70% Nickel
Rest Eisen
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772713782 DE2713782C3 (de) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | Verwendung von niedriglegierten Stählen als Werkstoff für die Herstellung von Rinnenprofilen des nachgiebigen Streckenausbaus in Grubenbetrieben |
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