DE3220890C1 - Use of a high-strength, ageing-resistant and tough steel as a material for producing rust-resistant mine support sections - Google Patents

Abstract

The invention relates to the use of a high-strength, ageing-resistant and tough steel, consisting of 0.10-0.30% of carbon, 0.20-0.60% of silicon, 0.50-2.00% of manganese, at most 0.050% of phosphorus, at most 0.050% of sulphur, 0.005-0.050% of aluminium, 1.50-4.00% of chromium and 0.001-0.01% of boron, the remainder being iron and impurities resulting from smelting, as a material for producing rust-resistant mine support sections. After hot-rolling, the sections are cooled with formation of an intermediate structure. In this structural state, they have the following technological minimum values: yield strength 700 N/mm<2>, tensile strength 1100 N/mm<2>, contraction on fracture 50%, elongation at break 16%.

Description

Analysenmäßig gleiche Proben, bei denen jedoch durch eine entsprechende Abkühlung nach dem Warmwalzen ein Bainit-Gefüge vorlag, wiesen dagegen nur einen Abrostungsverlust von 75 g/m2 Jahr auf. Das entspricht einer Verbesserung um 40%. Gegenüber Samples that are analytically the same, but with a corresponding one Cooling after hot rolling showed a bainite structure, on the other hand, had only one Corrosion loss of 75 g / m2 year. This corresponds to an improvement of 40%. Opposite to

einem Grubenausbaustahl nach DIN 21 544 mit einem Abrostungsverlust unter gleichen Testbedingungen von 263 g/m2 - Jahr entspricht die Verbesserung sogar 70%.a pit lining steel according to DIN 21 544 with a loss of rust under the same test conditions of 263 g / m2 - year, the improvement even corresponds 70%.

Die bainitischen Stähle nach Anspruch 1 sind damit den bekannten hochfesten niedriglegierten ferritisch-perlitischen Stählen einschließlich der wetterfesten Baustähle in bezug auf das Abrostungsverhalten deutlich überlegen.The bainitic steels according to claim 1 are thus the known high-strength steels low-alloy ferritic-pearlitic steels including weatherproof Structural steels clearly superior in terms of corrosion behavior.

Das das Abrostungsverhalten dieser hochfesten Stähle wesentlich verbessernde Gefüge wird dadurch eingestellt, daß die Profile nach dem Warmwalzen so abgekühlt werden, daß sich Zwischenstufengefüge einstellt, insbesondere durch eine beschleunigte Abkühlung an bewegter Luft Wie aus der nachfolgenden Tabelle hervorgeht, besitzen die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Grubenausbaustähle mit Zwischenstufengefüge hervorragende Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerte, verbunden mit guten Brucheinschnürungs- und Bruchdehnungswerten, die bei bekannten Stählen dieser Art nur im vergüteten Zustand (Härten und Anlassen) erreicht werden. That significantly improves the corrosion behavior of these high-strength steels The structure is adjusted by the fact that the profiles are cooled in this way after hot rolling that an intermediate structure is established, in particular by an accelerated one Cooling in moving air As can be seen in the table below, have the pit lining steels proposed according to the invention with an intermediate structure excellent yield strength and tensile strength values, combined with good necking-in at break and elongation at break, which in known steels of this type are only quenched and tempered State (hardening and tempering) can be achieved.

Durch eine Zugabe von Titan und/oder Zirkon entsprechend den Ansprüchen 4 bzw. 5 können die Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerte gesteigert werden. Die Summe der Mangan- und Chromgehalte liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 4,5%, wobei höheren Chromgehalten ein niedrigerer Mangangehalt und niedrigeren Chromgehalten ein höherer Mangangehalt zugeordnet ist Die Zähigkeit kann durch eine Anlaßbehandlung im Temperaturbereich von 550 bis 650"C verbessert werden. So ergeben sich für die in der Tabelle aufgeführten Schmelze Nr.4 nach einer Anlaßbehandlung von 1/2 h folgende Brucheinschnürungswerte: 550"C - 58%,600"C - 650Jo, 650"C - 720Jo. By adding titanium and / or zirconium according to the requirements 4 or 5, the yield strength and tensile strength values can be increased. the The sum of the manganese and chromium contents is preferably in the range between 3 and 4.5%, with a higher chromium content, a lower manganese content and a lower chromium content A higher manganese content is assigned. The toughness can be improved by a tempering treatment can be improved in the temperature range from 550 to 650 "C. This results in the 4 listed in the table after a tempering treatment of 1/2 h the following Constriction at break values: 550 "C - 58%, 600" C - 650Jo, 650 "C - 720Jo.

Die Stähle sind alterungsbeständig. Die Prüfung des erfindungsgemäßen Stahls Nr.4 weist als Beispiel gemäß Bild 1 im gealterten Zustand (lOYo Verformung, l/2 h Wärmebehandlung bis 250"C) gegenüber dem Walzzustand eine Verschiebung der Kerbschlagzähigkeits-Temperatur-Kurve auf (DVMF-Probe), die nur aus der aufgebrachten Verformung resultiert und keinen zusätzlichen Versprödungseffekt durch Alterung aufweist Ein solches Verhalten ist für die vorgesehene Verwendung der erfindungsgemäßen Stähle von Bedeutung, da die Grubenausbauprofile zunächst kaltverformt werden und auch bei ihrem Einsatz unter Tage mit weiteren Kaltverformungen zu rechnen ist Durch die Kombinafion von verbesserten Festigkeitseigenschaften mit erhöhtem Korrosionswiderstand ergibt sich eine wesentliche Überlegenheit zu den heute gebräuchlichen Grubenausbauprofilen hinsichtlich erhöhter Tragfähigkeit und Aufrechterhaltung dieser Tragfähigkeit unter Einsatzbedingungen mit aggressiver Korrosionswirkung. The steels are resistant to aging. The examination of the invention As an example according to Figure 1, steel number 4 shows in its aged condition (lOYo deformation, l / 2 h heat treatment up to 250 "C) compared to the rolled state a shift in the Notched impact strength-temperature curve on (DVMF sample), only from the applied Deformation results and no additional embrittlement effect due to aging Such behavior is for the intended use of the invention Steels are important because the pit lining profiles are first cold-formed and Even when used underground, further cold deformations are to be expected the combination of improved strength properties with increased corrosion resistance This results in a significant superiority over the pit support profiles commonly used today with regard to increased load-bearing capacity and maintenance of this load-bearing capacity Conditions of use with aggressive corrosive effects.

Tabelle Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Grubenausbaustähle mit Zwischenstufengefüge Schmel- C Si Mn P S Al Cr B Ti Zr Streck- Zug- Bruch- Bruchze grenze festig- ein- dehnung Nr. Re keit schnü- Lo =sdo rung % % % % % % % % % % Nimm2 N/mm2 % 1 0,18 0,40 0,52 0,023 0,021 0,023 3,2 0,004 - - 730 1130 52 17 2 0,27 0,38 0,47 0,020 0,018 0,026 2,9 0,005 0,17 - 830 1330 54 18 3 0,30 0,36 0,51 0,018 0,022 0,023 2,7 0,003 - 0,13 750 1210 56 19 4 0,25 0,33 1,60 0,021 0,019 0,024 2,5 0,004 0,18 - 880 1350 53 17 - Leerseite - - Leerseite -Table chemical composition and mechanical properties of the Pit lining steels according to the invention with intermediate structure Schmel- C Si Mn P S Al Cr B Ti Zr stretch- tensile- fracture- fracture limit strength- elongation No. Re Schnü- Lo = sdo tion%%%%%%%%%% Nimm2 N / mm2% 1 0.18 0.40 0.52 0.023 0.021 0.023 3.2 0.004 - - 730 1130 52 17 2 0.27 0.38 0.47 0.020 0.018 0.026 2.9 0.005 0.17 - 830 1330 54 18 3 0.30 0.36 0.51 0.018 0.022 0.023 2.7 0.003 - 0.13 750 1210 56 19 4 0.25 0.33 1.60 0.021 0.019 0.024 2.5 0.004 0.18 - 880 1350 53 17 - Blank page - - blank page -

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Verwendung eines hochfesten, alterungsbeständigen und zähen Stahles, bestehend aus 0,100,30% Kohlenstoff 420-060% Silizium 450 - 2.00% Mangan max.0,050% Phosphor max.0,050% Schwefel 0,0050,050% Aluminium 1,504,00% Chrom 0,0010,01% Bor Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff für die Herstellung von abrostungsbeständigen Grubenausbauprofilen, insbesondere Rinnenprofilen für den nachgiebigen Streckenausbau, mit der Maßgabe, daß die Profile aus der Walzhitze so abgekühlt werden, daß sich Zwischenstufengefüge bildet, und in diesem Zustand eine Mindest-Streckgrenze von 700 im2, eine Mindest-Zugfestigkeit von 1100 N/mm2, eine Mindest-Brucheinschnürung von 50% und eine Mindestbruchdehnung von 16% aufweisen. Claims: 1. Use of a high-strength, non-aging and tough steel, consisting of 0.100.30% carbon 420-060% silicon 450 - 2.00% Manganese 0.050% or less phosphorus 0.050% or less sulfur 0.0050.050% aluminum 1.504.00% chromium 0.0010.01% boron, remainder iron and impurities from the melting process as material for the production of corrosion-resistant pit support profiles, in particular Channel profiles for the flexible route extension, with the proviso that the profiles are cooled from the rolling heat so that an intermediate structure is formed, and in this condition a minimum yield strength of 700 im2, a minimum tensile strength of 1100 N / mm2, a minimum necking at break of 50% and a minimum elongation at break of 16%. 2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, der aus der Walzhitze an bewegter Luft abgekühlt wird, für den Zweck nach Anspruch 1. 2. Use of a steel according to claim 1, from the rolling heat is cooled in moving air for the purpose of claim 1. 3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Summe der Gehalte an Mangan und Chrom im Bereich von 3 bis 4,5% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1. 3. Use of a steel according to claim 1 with the proviso that the Sum of the contents of manganese and chromium ranges from 3 to 4.5% for the purpose according to claim 1. 4. Verwendung eines Stahls nach den Ansprüchen 1 oder 3 mit der Maßgabe, daß er zusätzlich einen Gehalt an Titan von 0,10 bis 0,30% aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1. 4. Use of a steel according to claims 1 or 3 with the proviso, that it additionally has a titanium content of 0.10 to 0.30% for the purpose according to claim 1. 5. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 4 mit der Maßgabe, daß das Titan ganz oder teilweise durch Zirkon ersetzt ist, für den Zweck nach 5. Use of a steel according to claim 4 with the proviso that the Titanium is replaced in whole or in part by zirconium, for the purpose according to Anspruch 1. Claim 1. 6. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maßgabe, daß die Stähle nach Abkühlung auf Zwischenstufengefüge 1/2 h bei Temperaturen von 550 bis 650"C angelassen werden, für den Zweck nach Anspruch 1. 6. Use of a steel according to one of claims 1 to 5 with the Provided that the steels have cooled to an intermediate structure for 1/2 hour at temperatures from 550 to 650 "C are tempered for the purpose of claim 1. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines hochfesten, alterungsbeständigen und zähen Stahls als Werkstoff für die Herstellung von abrostungsbeständigen Grubenausbauprofilen, insbesondere Rinnenprofilen für den nachgiebigen Streckenausbau. The present invention relates to the use of a high strength, aging-resistant and tough steel as a material for the production of corrosion-resistant Pit lining profiles, in particular channel profiles for flexible route lining. Zur Zeit wird im Kohlebergbau für Grubenausbauprofile vor allem der Stahl 31 Mn 4 nach DIN 21 544 eingesetzt. Dieser Stahl weist im nach dem Warmwalzen normalgeglühten Zustand Streckgrenzenwerte von mindestens 350 N/mm2, Zugfestigkeitswerte von mindestens 550 N/mm2 und Bruchdehnungswerte von mindestens 20% auf. Durch eine Vergütungsbehandlung können die Streckgrenzenwerte auf mindestens 520 N/mm2 und die Zugfestigkeitswerte auf mindestens 650 N/mm2 gesteigert werden. At present, the Steel 31 Mn 4 according to DIN 21 544 used. This steel exhibits after hot rolling normalized condition, yield strength values of at least 350 N / mm2, tensile strength values of at least 550 N / mm2 and elongation at break of at least 20%. By a Tempering treatment can reduce the yield strength values to at least 520 N / mm2 and the tensile strength values can be increased to at least 650 N / mm2. Ähnlich hohe Festigkeitswerte verbunden mit guten Zähigkeitseigenschaften wie des Stahls 31 Mn 4 im vergüteten Zustand erreicht ein ebenfalls für den Grubenausbau vorgesehener Stahl nach der DE-AS 27 13 782 im normalgeglühten Zustand nach dem Walzen aufgrund eines Nickelgehaltes bis zu 0,7% in Verbindung mit einem Stickstoffgehalt von 0,015 bis 0,020%. Similar high strength values combined with good toughness properties like the steel 31 Mn 4 in the quenched and tempered condition, one can also be used for pit lining intended steel according to DE-AS 27 13 782 in the normalized state after Rolling due to a nickel content of up to 0.7% in connection with a nitrogen content from 0.015 to 0.020%. Die genannten Stähle verhalten sich jedoch in ihrem Abrostungsverhalten ähnlich wie übliche unlegierte oder niedriglegierte schweißbare Baustähle. Sie korrodieren im Untertagebetrieb sehr stark. Die Korrosion ist besonders ausgeprägt, wenn in Verbindung mit erhöhter Luftfeuchtigkeit und erhöhten Temperaturen zur Abbindung des Kohlenstaubs Salzlösungen versprüht werden. So können beispielsweise Rinnenprofile, die als nachgiebiger Grubenausbau zur Abstützung der Grubengewölbe verwendet werden, bereits nach wenigen Jahren ihre Tragfähigkeit verlieren. The steels mentioned, however, behave in terms of their corrosion behavior similar to common unalloyed or low-alloy weldable structural steels. They corrode very strong in underground operations. The corrosion is particularly pronounced when in Connection with increased humidity and increased temperatures for setting the coal dust salt solutions are sprayed. For example, channel profiles, which are used as a flexible pit lining to support the pit vaults, lose their load-bearing capacity after just a few years. Aus diesem Grunde besteht seitens des Steinkohlenbergbaus Interesse an Stählen mit einem erhöhten Abrostungswiderstand, wobei diese Stähle im Vergleich zu den bisher benutzten Grubenausbaustählen gleichzeitig weiter erhöhte Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerte verbunden mit guten Zähigkeitseigenschaften aufweisen sollen. For this reason there is interest on the part of the coal mining industry of steels with an increased corrosion resistance, these steels in comparison at the same time higher yield strengths than the previously used pit lining steels and should have tensile strength values combined with good toughness properties. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stahl aufzufinden, der in bezug auf das Abrostungsverhalten einerseits und die technologischen Werte andererseits die im Bergbau bestehenden Anforderungen erfüllt, d. h., sicherstellt, daß die erhöhte Tragfähigkeit des Grubenausbaues auch unter verschärften korrosiven Bedingungen langfristig erhalten bleibt Die Erfindung löst die vorstehende Aufgabe durch die Verwendung des im Anspruch 1 angegebenen Stahles als Werkstoff für die Herstellung von Grubenausbauprofilen. The object of the present invention is therefore to find a steel the one with regard to the corrosion behavior on the one hand and the technological values on the other hand, meets the existing requirements in mining, d. i.e., ensures that the increased load-bearing capacity of the pit lining even under intensified corrosive conditions Conditions is maintained in the long term The invention achieves the above object through the use of the steel specified in claim 1 as a material for the Production of pit support profiles. Stähle mit der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung sind an sich bekannt als sogenannte »high strength structural steels« (Metals Handbook, American Society für Metal, 1961, 8. Ausgabe, Band 1, Seiten 257 bis 280). Aus dieser Literaturstelle ist außerdem bekannt, daß derartige Stähle gegenüber unlegierten schweißbaren Baustählen einen erhöhten Korrosionswiderstand in feuchter Atmosphäre bzw. Steels with the composition specified in claim 1 are on known as so-called "high strength structural steels" (Metals Handbook, American Society for Metal, 1961, 8th Edition, Volume 1, pages 257-280). From this Literature is also known that such steels compared to unalloyed weldable structural steels have increased corrosion resistance in a humid atmosphere respectively. beim Besprühen mit salzhaltigen Lösungen aufweisen.when spraying with saline solutions. Bei höheren Chromgehalten bis zu 3% sind sie selbst bekannten, wetterfesten kupferlegierten Stählen in bezug auf das Abrostungsverhalten überlegen.With a higher chromium content of up to 3%, they are known, weatherproof Superior to copper alloy steels in terms of corrosion behavior. Ausgehend von diesen bekannten hochfesten Stählen mit erhöhtem Abrostungswiderstand war es Jedoch überraschend, daß durch die Einstellung des erfindungsgemäß vorgesehenen Zwischenstufengefüges (Bainit-Gefüge) das Abrostungsverhalten der bekannten, im ferritisch-perlitischen Gefüge vorliegenden Stähle gerade unter den im Bergbau vorherrschenden Bedingungen wesentlich verbessert werden konnte. Based on these well-known high-strength steels with increased corrosion resistance However, it was surprising that by setting the inventively provided Intermediate structure (bainite structure) the corrosion behavior of the known im ferritic-pearlitic structure, especially among those prevalent in mining Conditions could be improved significantly. So wiesen Proben mit der Zusammensetzung 0,25% C, 0,43% Si, 0,80% Mn, 0,019% P, 0,024% S, 0,025% Al, 3,00% Cr und 0,0035% B mit einem ferritisch-perlitischen Gefüge nach über 8jähriger Bewitterung an aggressiver Industrieatmosphäre (vergleichbar den Bedingungen im Untertagebetrieb) einen Abrostungsverlust von 128 g/m2 - Jahr auf. Samples with the composition 0.25% C, 0.43% Si, 0.80% Mn, 0.019% P, 0.024% S, 0.025% Al, 3.00% Cr and 0.0035% B with a ferritic-pearlitic Structure after more than 8 years of weathering in an aggressive industrial atmosphere (comparable the conditions in underground operation) a corrosion loss of 128 g / m2 - year on.