DE2900271A1 - Schweissbarer betonstahl und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Schweissbarer betonstahl und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen schweißbaren Betonstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25 %, der ohne zusätzliche
Nachbehandlung, wie Kaltverformung, Patentieren oder Oberflächenvergütung eine Streckgrenze ßn „ von mindestens 500 N/mm2 und
U , Δ
eine Zugfestigkeit von mindestens 550 N/mm2 aufweist und aus
einer konzentrischen Kernzone und einer Oberflächenschicht besteht,
wobei die Kernzone aus einem Mischgefüge aus Perlit, Ferrit und ggf. weiteren Bestandteilen besteht und die Oberflächenschicht
angelassenen Martensit enthält.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Betonstahls.
Es ist bekannt, Stähle mit einer chemischen Zusammensetzung
von 0,35 bis 0,45 % Kohlenstoff, bis zu 1,3 % Mangan, 0,2 bis 0,3 % Silizium neben üblichen Verunreinigungen als hochfeste
Betonstähle zu verwenden. Die Herstellung derartiger Stähle ist zwar billig, da als Festigkeitsbildner hauptsächlich
Kohlenstoff, Mangan und Silizium Verwendung finden. Jedoch ist
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das Verformungsvermögen dieser Stähle verhältnismäßig niedrig, insbesondere fehlt es ihnen an einer Schweißeignung.
Es sind auch schweißbare Betonstähle bekanntgeworden die einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt (maximal 0,28 %) aufweisen und
einen Siliziumgehalt von 0,5 %, einen Mangangehalt von maximal 1,6 % und neben üblichen Verunreinigungen einen Kupfergehalt
von mindestens 0,2 % aufweisten (ASTM Designation: A 440-74, Seite 336). Derartige Stähle werden jedoch einer
Kaltverformung unterworfen. Ein wesentlicher Nachteil dieser schweißbaren Betonstähle liegt darin, daß sie bereits nach
einer kurzzeitigen Auslagerung bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 800° C einen wesentlichen Streckgrenzenbzw.
Zugfestxgkeitsverlust anzeigen. Derartige Temperaturen ergeben sich jedoch beim Schweißen sowie beim Warmbiegen
von Betonstäi. -.an auf der Baustelle.
Ein Betonstahl mit den eingangs erwähnten Eigenschaften, der diese Nachteile nicht aufweist, ist aus der DE-OS 24 26 920
bekanntgeworden. Durch ein besonderes Abkühlungsverfahren werden Betonstahlstäbe hergestellt, die aus mehreren, feinkörnigen
Mikrogefügen bestehen. Vom Stabrand aus besteht der Stahl aus stark angelassenem Martensit-Bainit, aus
Ferrit-Bainit bis Ferrit-Perlit zuzüglich Bainit im Stabkern. Dabei soll der Anteil Perlit mit Bainit vorzugsweise prozentual
größer sein als der Anteil an Ferrit.
Ein derartiger Stahl weist die geforderten Schweißeigenschaften sowie ausreichend hohe Zugfestigkeits- und ausreichend
große Streckgrenzwerte auf. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Bruchdehnung des bekannten Stahles verbesserungsbedürftig
ist. Er neigt zu Rißeinleitungen und daher zu einem nicht optimalen Dauerschwingverhalten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit den guten Eigenschaften des bekannten Stahles zu erstellen,
der jedoch weniger rißanfällig ist, also bessere Werte für die Bruchdehnung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem schweißbaren
Betonstahl der eingangs erwähnten Art gelöst, dessen Kernzone aus einem reinen Perlit-Ferrit-Mischgefüge gebildet ist, bei
dem der Ferritanteil zwischen 20 % und 80 % liegt und bei dem die Kernzone ohne eine Zwischenschicht an die Oberflächenschicht
angrenzt, die ihrerseits aus reinem, angelassenen Martensit besteht.
Der erfindungsgemäße Stahl ist daher durch einen reinen konzentrischen
Zweischichtenaufbau gekennzeichnet, in dem beide Schichten völlig bainitfrei sind. Der erfindungsgemäße Stahl
weist sowohl die guten Schweißeigenschaften und die durch die DIN-Norm 488 geforderten mechanischen Eigenschaften als auch
eine xtfesentlich vert jsserte Bruchdehnung auf, wodurch er
gegen Rißeinleitungen wesentlich unanfälliger ist und ein verbessertes Dauerschwingverhalten zeigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Betonstahl in
der Kernzone Ferrit und perlit zu etwa gleichen Anteilen auf. Es hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Betonstahl sich
auch für gerippte Bewehrungsstäbe sehr gut eignet, da die
beiden Schichten sich der Rippenform r.o anpassen, daß auch
die Rippen die mechanischen Eigenschaften des ungerippten Stabes aufweisen.
O
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Anteil der Oberflächenschicht
an der Querschnittsfläche mindestens 20 %, vorzugsweise 33 % , aufweist.
Der erfindungsgemäße Betonstahl hat darüber hinaus den Vorteil,
daß er sich kostengünstig und schnell auf einer Drahtstraße herstellen läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahles ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
a) Der Betonstahl wird auf einer Drahtstraße gefertigt
b) nach dem Verlassen der Fertigstaffel wird das Walzgut
einer intensiven, vorzugsweise mehrstufigen Kühlung unterworfen
c) durch die Kühlung wird die Oberfläche des Walzgutes unter die Martensit-Start-Temperatur abgekühlt
d) die Kühlung erfolgt mit einer derartigen Intensität, daß die Ausgleichstemperatur zwischen Kern und Oberfläche
erreicht wird, bevor eine Umwandlung in Bainit, Ferrit oder Perlit einsetzen kann und daß die Ausgleichstemperatur
etwa in dem i'emperaturbereich liegt, in dem eine frühest mögliche Umwandlung des Austenits in Ferrit
und Perlit erfolgen kann
e) nach dem Erreichen der Ausgleichstemperatur wird bis zum
Ende der Perlitumwandlung die Temperatur etwa konstant
gehalten und das Walzgut danach einer langsamen Abkühlung ausgesetzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Walzgut unmittelbar nach dem Durchlaufen der Kühlung aufgehaspelt und im
Haspel an der Luft abgekühlt. Dadurch wird sowohl die mit der Erfindung angestrebte isothermische Umwandlung als auch das
Anlassen des Martensits in der Randzone unmittelbar direkt aus der Walzhitze, d.h. ohne zusätzliche Maßnahmen, gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine schnelle und
sichere Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahles, ohne daß hierfür ein großer Aufwand betrieben werden müßte. In
überraschend einfacher Weise läßt sich Betonstahl auf einer Drahtstraße fertigen und so behandeln, daß die seit langem
angestrebten Eigenschaften schon bei der Herstellung ohne großen Aufwand erzielt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird für die Herstellung von Betonstahl mit einer Stärke bis zu 13 mm Normalstahl· verwendet. Bei einem
Normalstahl liegt die Summe aller Legierungselemente (Mangan, Silizium, Schwefel und ähnliches) unter 1,7 %. Dieser
Normalstahl ist besonders preisgünstig und läßt sich für die Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahls hoher
Qualität bei der Benutzung einer normalen Wasserkühlung verwenden, wenn die Stärke des Betonstahls unter 13 mm
liegt.
Um für die Kühlung keinen zu hohen Aufwand betreiben zu müssen,
ist es vorteilhaft, wenn für die Herstellung von Betonstahl mit einem Durchmesser vcn >■ 1 3 mm ein Normalstahl· verwendet
wird, der mit einem Anteil an Mikrolegierungseiementen
bis 0,08 % mikrolegiert ist.
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Alternativ dazu kann für Durchmesser zwischen 13 und 25 mm
ein legierter Stahl verwendet werden. Bei diesem Stahl liegt die Summe der Legierungselemente zwischen 1,7 % und 3 %. Für Durchmesser von mehr als 25 mm muß dem legierten Stahl eine
Mikrolegierung zugegeben werden und zwar mit einem Anteil an Mikrolegierungselementen bis zu 0,03 %·
ein legierter Stahl verwendet werden. Bei diesem Stahl liegt die Summe der Legierungselemente zwischen 1,7 % und 3 %. Für Durchmesser von mehr als 25 mm muß dem legierten Stahl eine
Mikrolegierung zugegeben werden und zwar mit einem Anteil an Mikrolegierungselementen bis zu 0,03 %·
Diese Legierungsvorschriften beruhen auf der Erkenntnis, daß sich die Umwandlung des Austenits in Ferrit, Perlit oder
Bainit zu späteren Zeitpunkten durch die Verwendung von
legiertem Stahl und/oder mikrolegiertem Stahl verschieben
läßt.
Bainit zu späteren Zeitpunkten durch die Verwendung von
legiertem Stahl und/oder mikrolegiertem Stahl verschieben
läßt.
Es hat sich gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren
am ökonomischsten durchführen läßt, wenn die erste Stufe der Kühlung innerhalb von 0,2 Sekunden beendet ist.
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Nähere Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Betonstahl und
zu dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen im folgenden näher
erläutert werden. Hierzu wird auf die Figuren verwiesen, die zeigen:
Figur 1 das Foto eines Querschnitts eines bekannten Betonstahles gemäß der DE-OS 24 26 920
Figur 2a bis 2d fotographische Schliffbilder in 500-facher
Vergrößerung der in dem bekannten Betonstahl enthaltenen Gefüge
Figur 3 das Foto des Querschnitts eines erfindungsgemäßen
Betonstahles
Figur 4a und 4b fotographische Schliffbildet in 500-facher
Vergrößerung der beiden Gefüge des erfindungsgemäßen Betonstahles.
Figur 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der kontrollierten Abkühlung gemäß dem erflndungsgemaßen
Verfahren
Figur 6 eine Tabelle zur Verdeutlichung der Abkühlung bei Betonstählen verschiedenen Durchmessers
und deren Abkühlverhaltens
Figur 7 ein ZTU-Schaubild für einen Normalstahl
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Figur 8 ein ZTU-Schaubild für einen legierten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
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Die Figuren 1 und 2 zeigen fotografische Aufnahmen des aus
der DE-OS 24 26 920 bekannten Betonstahls. Aus Figur 1 ist deutlich zu ersehen, daß der Betonstahl über seinen Querschnitt
mindestens vier konzentrische Schichten aufweist. Die Außenschicht besteht aus angelassenem Martensit-Bainit,
an die nach innen eine bainitische Zwischenschicht angrenzt. Darauf folgt eine ringförmige Ferrit-Bainit-Schicht, während
der Kern im wesentlichen aus Ferrit und Perlit besteht.
Diese vier Gefügearten sind in den Schliffbildern in den
Figuren 2a bis 2d in 50Ofacher Vergrößerung dargestellt. Die feinstreifige Außenschicht aus angelassenem Martensit-Bainit
unterscheidet sich deutlich von der in Figur 2b dargestellten bainitischen Zwischenschicht. Eine gröbere Struktur hat die
daran angrenzende Ferrit-Bainit-Schicht, die aus Figur 2c zu ersehen ist. Die Kernstruktur ist in Figur 2d dargestellt,
worin die dunklen Flecken die Perlitanteile und die hellen die Ferritanteile darstellen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen entsprechende Schliffbilder des
erfindungsgemäßen Betonstahls. Dieser ist lediglich aus zwei Schichten aufgebaut. Die Randschicht besteht aus reinem angelassenem
Martensit und grenzt unmittelbar an eine Kernschicht an, die aus einem reinen Perlit-Ferrit-Gefüge besteht. Dies
wird insbesondere aus den Figuren 4a und 4b deutlich, in denen Figur 4a die aus angelassenem Martensit bestehende Oberflächenschicht
zeigt und 4b den plötzlichen Übergang des angelassenen Martensit-Gefüges in das deutlich zu unterscheidende
Ferrit-Perlit-Gefüge. Auch die in Firjur 4 dargestellten
Schilffbilder weisen eine 50Ofache Vergrößerung auf.
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Der strenge Zweischichten-Aufbau des erfindungsgemäßen Stahls
führt zu den früher nicht zu erwartenden vorteilhaften Eigenschaften, die oben erläutert worden sind.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Betonstahls
soll beispielhaft anhand der Figuren 5 bis 8 näher erläutert
werden- Figur 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Abkühlung eines Betonstahles dargestellt ist, der mit einer Temperatur
von ca. 850° C in die Kühlstrecke einläuft und dort eine dreistufige Wasserkühlung erfährt. Der Stahl wird sofort nach
dem Verlassen der Kühlstrecke aufgehaspelt und im Haspel an der Luft abgekühlt. Das aufgehaspelte Walzgut erfährt im Haspel
eine isotherme Umwandlung, wobei der Austenit im Kern in Ferrit und Perlit umgewandelt wird und durch die freiwerdende
Umwandlungsenergie der Martensit der Oberflächenschicht angelassen
wird. Diese Vorgänge werden weiter unten näher erläutert. Figur 5 zeigt in dem linken Teil die langsame Abkühlung
des Walzgutes während des Durchlaufens der Fertigstaffel.
Bei dem mit t„ gekennzeichneten Zeitpunkt läuft das Walzgut
in die Kühlstrecke ein und verbleibt ca. 0,15 Sekunden in der ersten Kühlstufe. Die dritte Kühlstufe ist nach ca.
0,35 Sekunden durchlaufen.
In Figur 5 ist zur Illustration des Temperaturverlaufes über den Drahtquerschnitt das Walzgut in konzentrische Ringe unterteilt.
Der Außenring ist mit 1 und der Mittelpunkt des Walzgutes mit 4 bezeichnet. Der mit 2 bezeichnete Ring verläuft
etwa beim halben Durchmesser und der mit 3 bezeichnete Ring hat einen Durchmesser, der einem Viertel des Drahtdurchmessers
entspricht. Der mit 1a bezeichnete Ring hat einen Radius von ca. 9/11 des Radius (R) des Walzgutes und
er kennzeichnet etwa die Grenze zwischen Martensitschicht und Kernzone.
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Aus den entsprechend mit 1, 1a, 2, 3 und 4 bezeichneten Kurven ist der Temperaturverlauf auf den Ringen während der Kühlung
zu ersehen. Der Außenring wird dabei unter die Martensitstarttemperatur
M abgekühlt, so daß sich eine Außenschicht zwischen den Ringen 1 und 1a aus Martensit bildet. Da sich
der Kernbereich selbstverständlich nicht so stark abkühlt, wird die Martensitschicht zwischen den Ringen 1 und 1a durch
die im Kernbereich befindliche Wärme wieder aufgeheizt, wodurch einerseits das Martensit angelassen und andererseits
eine Ausgleichstemperatur T erreicht wird. Das Erreichen der Ausgleichstemperatur ist gleichbedeutend mit der Tatsache,
daß das Walzgut über den gesamten Querschnitt nach der Kühlung eine gleiche Temperatur aufweist. Diese Temperatur
wird nun gehalten, bis die Umwandlung des Austenits in Ferrit und Perlit abgeschlossen ist. Dann kann eine kontinuierliche
Abkühlung stattfinden.
Die Ausgleichstemperatur T ist so zu wählen, daß während der
isothermen Umwandlung das Bainit-Gebiet nicht geschnitten wird. Außerdem soll sie in dem Bereich liegen, in dem die
frühest mögliche Umwandlung des Austenits in Ferrit stattfindet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Umwandlung des
Astenits in Ferrit und Perlit in einer möglichst kurzen Zeit stattfindet und nicht zu einem sehr langdauernden Prozeß
ausartet.
Aus der Figur 5 wird deutlich, daß erfindungsgemäß die Entstehung
von Bainit dadurch vermieden wird, daß die Ausgleichstemperatur bereits erreicht ist, bevor eine Umwandlung
in Ferrit stattfinden kann, und darüber hinaus die Umwandlung isotherm erfolgt, so daß während der Abkühlung das Bainit-Gebiet
nicht durchlaufen wird.
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Die in Figur 5 gewählten Umwandlungskurven entsprechen den üblichen ZTU-Schaubildern, wobei mit F das Gebiet der Ferritbildung,
mit P das Gebiet der Perlitbildung, mit B das Gebiet der Bainitbildung und mit M die MartensitStarttemperatur
bezeichnet sind. Austenit, das unter die Martensitstarttemperatur abgekühlt wird, wandelt sich sofort in Martensit um.
Die in Figur 6 dargestellte Tabelle zeigt an einem Ausführungsbeispiel die mögliche Ausgestaltung der Abkühlung für verschiedene
Stahldurchmesser von 5,5 bis 30 mm. Dabei ist von einer Eintrittstemperatur in die Kühlung von 850° C ausgegangen,
ein normal legierter Stahl vorausgesetzt, d.h. die Summe der Legierungselemente des Stahls übersteigt nicht einen Anteil
von 1,7%.
Daraus wird deutlich, daß die erste Stufe der Kühlung nie langer als 0,2 Sekunden andauert. Während für einen Durchmesser
von 5,5 mm eine Abkühlstufe ausreichend ist, können bei größeren Durchmessern bis zu 8 Kühlstufen vorgesehen sein.
Die gesamte Kühlung ist dabei spätestens nach dreiSekunden abgeschlossen. In der nächsten Spalte ist die Zeit bis zum
Erreichen der Ausgleichstemperatur angegeben. Hierdurch lassen sich die Betonstähle in drei, nach Durchmessern unterschiedenen
Gruppen I, II, III unterteilen. Die erste Gruppe umfaßt die Stärken von 5,5 bis 13 mm, die zweite Gruppe von
13 bis 25 mm und die/Gruppe von 25 bis 30 mm.
Innerhalb der ersten Gruppe ist die Ausgleichstemperatur in zwei Sekunden erreicht. In der zweiten Gruppe wird die Ausgleichstemperatur
innerhalb von 10 Sekunden erreicht, in der dritten Gruppe innerhalb von 14 Sekunden. Diese Zusammenhänge
haben für die Verwendbarkeit der hier durchgeführten
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Wasserkühlung eine erhebliche Bedeutung, die weiter unten näher erläutert wird.
In den weiteren Spalten der Figur 6 sind die Kerntemperaturen am Ende jedes Abkühlschrittes für die verschiedenen Walzgutdurchmesser
angegeben. Unter Kern wird hier der Durchmesser r = O verstanden. Außerdem ist noch für jeden Drahtdurchmesser
die erreichte Ausgleichstemperatur angegeben.
Aus den Figuren 7 und 8 geht der Sinn der bereits erwähnten Unterteilung in drei Durchmesser-Gruppen hervor. Figur 7
zeigt das ZTU-Diagramm für einen kohlenstoffarmen (C 4 0,25 %) Normalstahl. Die frühestmögliche Umwandlung
des Austenits in Ferrit ist danach nach ca. 2 Sekunden bei einer Temperatur von ca. 500° C möglich. Entsprechend der
erfindungsgemäßen Lehre soll die Ausgleichstemperatur bis zu diesem Zeitpunkt erreicht sein. Daraus ergibt sich, daß
bei der Verwendung der in Figur 6 charakterisierten Wasserkühlung Normalstähle bis zu einem Durchmesser von 13 mm verwendet
werden können. Die Ausgleichstemperatur liegt dann etwas oberhalb von 500° C.
Im Vergleich dazu zeigt Figur 8 das ZTU-Schaubild eines
kohlenstoffarmen Stahls, bei dem die Summe der Legierungselemente zwischen 1,7 % und 3 % liegt. Dabei wird deutlich/
daß die frühestmögliche Umwandlung des Austenits in Ferrit erst nach größenordnungsmäßig 10 Sekunden möglich ist. Weiterhin
ist zu bemerken, daß die Ausgleichstemperatur wesentlich höher zu wählen ist, da die frühestmögliche Umwandlung
in Ferrit bei ungefähr 700° C einsetzt, Durch die Zugabe von Legierungselementen kann daher der Zeitpunkt der frühestmöglichen
Umwandlung des Austenits in Ferrit hinausgezögert werden, so daß für das Erreichen der Ausgleichstemperatur
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mehr Zeit zur Verfügung steht.
Ein gleicher Effekt, nämlich die Verschiebung des Zeitpunktes der frühestmöglichen Umwandlung des Austenits in Ferrit zu
späteren Zeiten ist durch die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Niob, Vanadin oder Molybdän erzielbar. Im
Unterschied zu der Verwendung von legierten Stählen (Figur 8) werden dabei lediglich die Umwandlungskurven der Figur 7 um
ca. 1 Dekade nach rechts verschoben, ohne daß darüber hinaus die Lage oder die Form der Umwandlungskurven verändert würde.
Daher wird durch die Zugabe von Mikrolegxerungselementen - im Gegensatz zu der Zugabe der anderen Legierungselemente die
Ausgleichstemperatur nicht verändert.
Bei der Beibehaltung der in Figur 6 angedeuteten Wasserkühlung ergibt sich die Notwendigkeit, bei der Herstellung von
Betonstahl mit Durchmessern 2* 13 mm entweder einen legierten
Stahl (Summe der Legierungselemente zwischen 1,7 % und 3 %) oder einen mikrolegierten Stahl (Vanadin, Niob, Molybdän bis
zu 0,8 %) zu verwenden.
Bei einem Durchmesser von"^ 25 mm müßte bei einem legierten
Stahl die Summe der Legierungselemente über 3 % gesteigert werden. Dies wird sich im allgemeinen nicht empfehlen, so daß
für diese Durchmesser zusätzlich oder allein Mikrolegierungen vorzusehen sind.
Statt der Veränderung des Legierungsanteil des Stahl könnte
auch eine Intensivierung der Kühlung bewirken, daß die Ausgleichstemperatur früher erreicht würde. Eine derartige Kühlung
ist jedoch sehr aufwendig.
- 18 -
03Ö02Ö/0233
Aus den Schaubildern in Figur 7 und 8 ist noch zu entnehmen,
daß der Anteil von Ferrit zu Perlit im Kern durch die Wahl der Ausgleichstemperatur beeinflußt werden kann.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist von einer Eintrittstemperatur des Walzgutes in die Kühlstrecke
von 850° C ausgegangen worden. Es sind auch andere Temperaturen denkbar, jedoch muß die Eintrittstemperatur zumindest
so hoch liegen, daß der Austenit noch stabil ist und so niedrig gewählt sein, daß die Abkühlung des Walzgutes auf die
Ausgleichstemperatur innerhalb der geforderten Zeiten möglich ist. Das bedeutet, daß insbesondere bei kleineren Walzgutdurchmessern
eine höhere Eintrittstemperatur des Walzgutes in die Kühlstrecke in Kauf genommen werden kann. Insgesamt
hat sich jedoch die Temperatur von 850° C für diese Zwecke als besonders geeignet erwiesen.
Die isotherme Umwandlung des Austenits in Ferrit und Perlit kann durch Einschaltung eines Ofens hinter der Kühlstrecke
errreicht werden. Es ist allerdings viel vorteilhafter, den ungeschnittenen, von der Drahtstraße kommenden Betonstahl sofort
nach Austritt aus der Kühlstrecke aufzuhaspeln. Durch
das Liegen im Haspel fällt die Temperatur des Betonstahles für eine ausreichend lange Zeit nicht ab, da sie durch das
Freiwerden der Umwandlungswärme eher noch ansteigt und durch den Haspel eine verminderte Wärmeabfuhr an die Luft erfolgt.
Darüber hinaus ermöglicht diese Art der Abkühlung den schnellen Herstellungsprozeß, der von der Drahtstraße an sich bekannt
ist, aber für die Herstellung von Betonstählen noch nicht angewendet worden ist.
- 19 -
030029/0233
2300271
Unter gleichen Voraussetzungen beträgt die Bruchdehnung, die bei einem nach der Lehre der DE-OS 24 26 92 0 hergestellten
Betonstahl 5,2 % beträgt, bei dem erfindungsgemäßen Betonstahl
10,1 %. Hieraus ergeben sich die Verbesserungen hinsichtlich der Rißeinleitungsbeständigkeit und der Dauerschwingfestigkeit
.
Unter günstigeren Voraussetzungen kann die Bruchdehnung für den erfindungsgemäßen Betonstahl noch erheblich weiter gesteigert
werden. Die mittlere Bruchdehnung kann dann beispielsweise zwischen 13,9 % und 17,4 % liegen, wodurch die gemäß
DIN 488/Blatt 1 geforderten Werte erheblich überschritten werden.
030029/0233
-ίο-
Leer sette
Claims (15)
1. Schweißbarer Betonstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von
weniger als 0,25 %, der ohne zusätzliche Nachbehandlung, wie Kaltverformung, Patentieren oder Oberflächenvergütung,
eine Streckgrenze ßn „ von mindestens 500 N/mm2 und eine
Zugfestigkeit von mindestens 550 N/mm2 aufweist und aus
einer konzentrischen Kernzone und einer Oberflächenschicht besteht, wobei die Kernzone aus einem Mischgefüge
aus Perlit, Ferrit und ggf. weiteren Bestandteilen besteht und die Oberflächenschicht angelassenen Martensit enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kernzone aus einem reinen Perlit-Ferrit-Mischgefüge
gebildet ist, bei dem der Ferritanteil zwischen 20 % und 80 % liegt und daß die Kernzone ohne eine Zwischenschicht
an die Oberflächenschicht angrenzt, die ihrerseits aus reinem angelassenen Martensit besteht.
2. Betonstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kernzone Ferrit und Perlit etwa zu gleichen Anteilen
enthalten sind.
Ü3CÜ29/0233
ρ
3. Betonstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonstahlstäbe gerippt sind.
4. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil der Oberflächenschicht an der Querschnittsfläche mindestens 20 %, vorzugsweise 33 %,
aufweist.
5. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Durchmesser von ^r 13 mm die
Summe aller Legierungselemente -^ 1,7 % ist.
6. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Summe aller Legierungselemente bei einem Durchmesser von >· 13 mm ^1,7 % ist und daß der
Stahl einen Anteil an Mikrolegierungselementen bis zu 0,08 % enthält.
7. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Stärke zwischen 13 mm und 25 mm die Summe aller Legierungselemente zwischen 1,7 %
und 3 % liegt.
8. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Summe der Legierungselemente für eine Stärke von mehr als 25 mm zwischen 1,7 % und 3 %
liegt und daß der Stahl einen Anteil von Mikrolegierungselementen bis zu 0,03 % aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung des Betonstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden
Verfahrensschritte:
030029/0233
2800271
a) Der Betonstahl wird auf einer Drahtstraße gefertigt
b) nach dem Verlassen der Fertigstaffel wird das Walzgut
einer intensiven, vorzugsweise mehrstufigen Kühlung unterworfen
c) durch die Kühlung wird die Oberfläche des Walzgutes unter die Martensit-Start-Temperatur abgekühlt
d) die Kühlung erfolgt mit einer derartigen Intensität, daß die Ausgleichstemperatur zwischen Kern und Oberfläche
erreicht wird, bevor eine Umwandlung in Bainit, Ferrit oder Perlit einsetzen kann und daß die Ausgleichstemperatur
etwa in dem Temperaturbereich liegt, in dem eine frühest mögliche Umwandlung des Austenits
in Ferrit und Perlit erfolgen kann.
e) Nach dem Erreichen der Ausgleichstemperatur wird bis
zum Ende der Perlitumwandlung die Temperatur etwa konstant gehalten und das Walzgut danach einer langsamen
Abkühlung ausgesetzt.
10.Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Walzgut unmittelbar nach Durchlaufen der Kühlung aufgehaspelt wird und im Haspel an der Luft abkühlt,
11.Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Stufe der Kühlung innerhalb von 0,2 Sekunden abgeschlossen ist.
G3ÖG29/0233
2300271
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Herstellung von Betonstahl
mit einem Durchmesser von ~ζ 13 mm Normalstahl (Summe aller
Legierungselemente -^- 1,7 % ) verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Herstellung von Betonstahl mit einer Stärke von ^>
13 mm Normalstahl verwendet wird,
der einen Anteil von Mxkrolegierungselementen bis zu
0,08 % mikrolegiert ist.
der einen Anteil von Mxkrolegierungselementen bis zu
0,08 % mikrolegiert ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Herstellung von Betonstahl mit einer Stärke zwischen 13 und 25 mm legierter Stahl (Summe
aller Legierungselemente zwischen 1,7 % und 3 % ) verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet
, daß für die Herstellung von Betonstahl mit einer Stärke von mehr als 25 mm legierter Stahl verwendet wird, der mit einem Anteil an Mikrolegierungselementen
bis zu 0,03 % mikrolegiert ist.
:entanwälte
Gramm + Lins
Li/Gru.
Gramm + Lins
Li/Gru.
029/023
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