EP0331618B1 - Verfahren zum Herstellen eines Stahlprofiles, dessen Anwendung und Profil - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Stahlprofiles, dessen Anwendung und Profil Download PDF

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EP0331618B1
EP0331618B1 EP89730048A EP89730048A EP0331618B1 EP 0331618 B1 EP0331618 B1 EP 0331618B1 EP 89730048 A EP89730048 A EP 89730048A EP 89730048 A EP89730048 A EP 89730048A EP 0331618 B1 EP0331618 B1 EP 0331618B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
profile
sockets
rolling
rolled
flange
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89730048A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0331618A2 (de
EP0331618A3 (de
Inventor
Alfred Babilon
Ulrich Eggers
Martin Majewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Preussag Stahl AG
Original Assignee
Preussag Stahl AG
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Publication date
Application filed by Preussag Stahl AG filed Critical Preussag Stahl AG
Priority to AT89730048T priority Critical patent/ATE79572T1/de
Publication of EP0331618A2 publication Critical patent/EP0331618A2/de
Publication of EP0331618A3 publication Critical patent/EP0331618A3/de
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Publication of EP0331618B1 publication Critical patent/EP0331618B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/088—H- or I-sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H8/00—Rolling metal of indefinite length in repetitive shapes specially designed for the manufacture of particular objects, e.g. checkered sheets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D17/00—Caps for supporting mine roofs

Definitions

  • the invention relates to a steel profile that has periodically rolled recesses on at least one flange end and relates to a method for producing such a steel profile by hot rolling.
  • Steel profiles with recesses or recesses in one or more of the ends or edges of flanges can have the shape of H-profiles, I-profiles, double-T-profiles, T-profiles or angle profiles.
  • the recesses are used to connect to other components.
  • the profiles can also be welded together, with a pair of recesses forming an opening into which another component can engage.
  • the profiles can be symmetrical or asymmetrical.
  • the recesses on different flanges of a profile can be designed differently. Between two flange parts of such a profile, for example an H-profile, there is a flange node to which the web connects in the H-profile.
  • DE-patent application B 14853 VIb / 5c discloses a U-profile, onto which interrupted ribs are rolled, so that semicircular recesses result.
  • the rolled U-profiles are welded together into box girders as pit profiles, similar to what is also shown in GB-PS 786 538. However, further details on the rolling process or the dimensioning of the profiles are not described.
  • the object of the invention is to propose a rolled profile and a rolling method for producing such profiles, with which recesses can be rolled into flanges, the recesses being able to obtain a shape deviating from the circular arc and a relatively large depth and length, and also generating the recesses is possible in asymmetrical flange parts.
  • a steel profile with recesses which are rolled in periodically at at least one flange end is produced by hot rolling on a universal rolling mill, in which a pre-rolled profile continuously runs through a plurality of rolling stands and is thereby shaped to the finished dimensions.
  • the recesses are produced by rolling the amount of material to be displaced from the recesses into the flange knots by means of a suitable profile roller.
  • the shape changes of the profile are controlled in successive rolling steps so that the sum of the cross-sectional areas of these recesses produced at the same time during the production of the recesses is less than or at most equal to the cross-section of the incircle of the flange knot before rolling in the recesses. Then, in one or more rolling steps, the entire profile cross-section is reduced by at least 10% compared to the mean cross-section after the recesses have been rolled in. In this case, any compression in the area of the flange nodes and / or the remaining flange part is compensated for by stretching the profile, in particular in the area of the recesses. In addition, by reducing the cross-section, the profile is also stretched in the length ranges in which there are no recesses. The reduction in the average total profile cross-sectional area is preferably 15 to 20%.
  • the invention is based on the knowledge that when hot rolling a profile, for example an H-profile, it is possible to "empty" the flange node, ie the transition from the web to the flange, if the flange stretching becomes too great.
  • By stretching the flange material is drawn into the flange from the flange node and in particular from the transition to the web.
  • the compression or thickening caused by rolling in the recesses is reshaped by stretching the entire profile, so that there are no thickenings deviating from the normal cross section of the finished profile in the region of the recesses.
  • a particular problem in this context is the simultaneous or staggered rolling of recesses in two or more flanges that have a common flange node, that is, the angle corner in the case of angle profiles, the web / flange cross point in the case of T-profiles;
  • the total amount of the volume of material to be displaced must "flow off" via the flange nodes, otherwise pinch folds occur.
  • the flow cross-section can be approximated by the circular surface of the flange node, which is limited by the flange outer surface and the radii at the profile corners.
  • the volume of material displaced from the recesses produced leads to an extension of the length regions of the profile containing the recesses and can partly also flow into the length regions containing no recesses when the cross-sectional area is reduced.
  • both recesses are rolled in parallel and at the same shallow depth, there are hardly any problems. If parallel recesses of unequal depth are rolled into flange ends emanating from a flange node at the same time, the sum of the maximum return cross-sections occurring at approximately one flange cross-section should not be greater than the inscribed area of the flange node.
  • the generation of the recesses at the flange ends it should be noted that the generation of the recesses already causes a certain elongation of the profile in the region of the recesses. If different recesses are to be made in succession at both ends of a flange without intermediate rolling reducing the cross section, the recesses which require the more precise division should be formed last. However, the cross-sectional deformation of the recesses generated first must be taken into account.
  • the rolling temperatures are important for the deformation according to the invention via the flange knot and the subsequent stretching.
  • the total degree of stretching lambda comprises the stretching (lengthening) of the length regions produced by reducing the cross section without recesses and the possibly larger insertion of the regions with recesses.
  • the above-described measure of a further reduction in the stitch after the recesses have been rolled in makes it possible to produce longer recesses than corresponds to the rolling caliber, ie the length of the roller section producing the recess.
  • the final degree of deformation taking into account the known spreading behavior of the profile during rolling, on the other hand, must not be too high if an exact distance between the recesses - the periodic division - is required. This applies in particular to the Division ratio of recesses of different lengths on one or more flanges of the profile.
  • composite caliber rolls are used for producing the recesses, which have a corresponding, interchangeable caliber part.
  • These roller parts are subject to very heavy wear and should therefore consist of a more durable material than the other roller parts.
  • the knowledge according to the invention must be taken into account that after the recesses have been rolled in, the stretching of the overall profile is not identical to the stretching of the profile cross sections in the region of the recesses. Profiles with recesses close to the flange nodes showed an additional plastic elongation of the profile during the subsequent rolling up to 20%.
  • Modern continuous profile rolling mills have a control loop for setting a certain tensile force for the rolling stock between the stands.
  • the manipulated variable is, among other things, the roller speed. Since the mass inertia of the rollers prevents an abrupt change in speed, the tensile stress increases proportionally to the specified tensile force and the reduced profile cross section in the area of the recesses, and the profile is plastically stretched. An undesired partial compression of the web / flange can thus be at least partially corrected, and a defined one that is effective only in the recess area Profile stretch can be achieved.
  • the H-profiles, I-profiles or T-profiles which are often used as load-bearing components, are designed so that the greatest possible resistance / moment of inertia results, particularly in special dimensions. This creates very thin webs and thick flanges.
  • the profile provided with recesses according to the invention should have a minimum cross section at the flange node and at the web. According to the invention, therefore, the web thickness, the radius at the web / flange transition and the incircle of the flange node should be greater than 5% of the profile height which is decisive for the section modulus.
  • profile cross sections optimized in terms of rolling technology and design have a specific ratio of the dimensions mentioned.
  • the incircle radius should be 15 to 40% larger than the web radius and this 12 to 25% larger than the web thickness, whereby the respective lower limit values can be used for the larger profile heights of a series of profiles of similar cross-sectional shape and different heights.
  • the profile produced according to the invention can, for example, be welded together to form box girders.
  • box girders When welding four angle profiles with recesses in both legs, which are welded mirror-symmetrically on the longitudinal edges, there is a rectangular box girder with openings on all four sides, the opening width corresponding to the added recess depths of adjacent legs.
  • opening width corresponding to the added recess depths of adjacent legs.
  • perforated components made of T-beams or flanged, perforated box girders made of H-profiles can be welded.
  • An asymmetrical T-profile (FIG. 1) has two elongated small recesses R k1, R k2 in the rolling direction W on the left flange. Opposite of R k2, a large recess R g, which becomes deeper as the rolling length increases, is arranged in the right flange and extends into the vicinity of the web S.
  • FIG. 2 represents a section along line A-A through the T profile according to FIG. 1.
  • the table shows the absolute values of the profile dimension according to FIG. 2 for a finished rolled asymmetrical profile with differently sized recesses on both flanges.
  • the radius r i of the inscribed circle between the step gradients r s and the flange outer surface F a is dimensioned such that the inscribed surface F i is greater than the sum of the cross-sectional areas F Rk2 and F Rg of the rolled-in recesses R k2 and R g.
  • the cross-sectional area of the profile according to FIG. 2 within the outer contour - i.e. taking into account the cross-sectional areas of the recesses - was reduced by at least 10%, which, however, had only an insignificant influence on the depth and shape of the recesses previously formed.
  • FIG. 3 shows a top view of a component composed of the T-profiles 1, 2, 3 and welded to the flanges 7.
  • the profiles 1, 2, 3 have small recesses 4 and large recesses 5 which have been rolled into the profile flanges 7 at periodic intervals, the divisions T k and T g. After dividing the endless rolled sections into sections 1, 2, 3, these were joined together in such a way that an opening 8 was formed from two recesses 4 or an opening 6 from recesses 5.
  • openings 6, 8 are used for the positive fastening of other components, not shown, for example for concrete slab formwork.
  • Fig. 4 shows schematically the relationships between finished profile 14 with asymmetrical flanges 10, 13 and web S with recess 12 and the caliber roller 9 with the recess 12 producing the recess contour 11.
  • the caliber contour 11 is next to one for better clarity shown by them generated return 12 and not in direct engagement with the profile to generate this return.
  • the caliber roller 9 rotates in the rolling direction W.
  • This shortening of the caliber contour 11 must therefore take into account both the final insertion and the additional extension in the area of the recess.
  • This finding according to the invention can be applied to all elongated recess forms of profiles. It must also be taken into account when dividing between periodically successive recesses on one or more flange ends. With regard to the division, it should also be noted that even when deep, long recesses are rolled in, a certain extension can occur in the flange nodes.
  • the steel profiles produced by the process according to the invention have a substantially constant cross section which can only be changed by the recesses provided, the incircle of the flange knot also being at least as large as the sum in the finished profile the recessed cross sections formed on a cross section.
  • a sufficient incircle can be achieved by using a suitable web thickness and / or a suitable radius between the web and flange, the web thickness and radius preferably being greater than 5% of the height of the profile.
  • the hot-rolled steel profile according to the invention with recesses which are rolled in periodically at the flange ends and which are rolled at least partially up to the vicinity of the flange node, is used, as can be seen from FIG. 3, as a partial profile for a welded larger profile with openings.
  • the partial profiles each have recesses in mirror image, so that a pair of recesses forms a breakthrough through a common surface after the partial profiles have been joined together.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stahlprofil, daß an wenigstens einem Flanschende periodisch eingewalzte Rücksprünge aufweist und bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stahlprofiles durch Warmwalzen.
  • Stahlprofile mit Rücksprüngen oder Ausnehmungen in einem oder mehreren der Enden oder Kanten von Flanschen können die Form von H-Profilen, I-Profilen, Doppel-T-Profilen, T-Profilen oder Winkelprofilen aufweisen. Die Rücksprünge dienen zur Verbindung mit anderen Bauteilen. Die Profile können auch zusammengeschweißt werden, wobei ein Paar von Rücksprüngen eine Öffnung bildet, in die ein anderes Bauteil eingreifen kann. Die Profile können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Rücksprünge an verschiedenen Flanschen eines Profiles können unterschiedlich ausgebildet sein. Zwischen zwei Flanschteilen eines derartigen Profiles, beispielsweise eines H-Profiles, befindet sich ein Flanschknoten, an dem bei dem H-Profil der Steg anschließt.
  • Durch das Einwalzen von Rücksprüngen in den Flanschenden eines Profiles werden Konturen erzeugt, die möglichst eng dem endgültigen Verwendungszweck angepaßt sind, so daß umfangreiche spanende oder sonstwie formende Bearbeitungen vermieden werden und auch die Kerbwirkung an den Rücksprüngen verringert wird.
  • Es ist bekannt, Grubenausbauprofile mit H-förmigem Querschnitt für formschlüssige Verbindungen an den Flanschen mit während des Walzvorganges ausgebildeten Rücksprüngen zu versehen (DE 33 07 230 A1), die an den Flanschenden keine Materialaufstauchungen enthalten. Die Rücksprünge sind relativ klein im Verhältnis zur Flanschbreite. Besondere Walzbedingungen sind nicht offenbart.
  • Tiefe und lange Rücksprünge konnten bisher spanlos nur durch nachträgliche Umformung des fertiggewalzten Profiles erzeugt werden (DE-PS 976 549 und GB-PS 786 538).
  • In der DE-Altpatentanmeldung B 14853 VIb/5c ist ein U-Profil offenbart, an das unterbrochene Rippen angewalzt sind, so daß sich halbkreisförmige Rücksprünge ergeben. Die gewalzten U-Profile sind zu Kastenträgern als Grubenprofile zusammengeschweißt, ähnlich wie es auch in GB-PS 786 538 dargestellt ist. Nähere Angaben zum Walzverfahren oder der Bemessung der Profile sind jedoch nicht beschrieben.
  • Als Aufgabe der Erfindung ergibt sich, ein Walzprofil sowie ein Walzverfahren zum Herstellen derartiger Profile vorzuschlagen, mit dem Rücksprünge in Flansche eingewalzt werden können, wobei die Rücksprünge eine vom Kreisbogen abweichende Form sowie eine verhältnismäßig große Tiefe und Länge erhalten können und eine Erzeugung der Rücksprünge auch in asymmetrischen Flanschteilen möglich ist.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Stahlprofil mit an wenigstens einem Flanschende periodisch eingewalzten Rücksprüngen durch Warmwalzen auf einem Universalwalzwerk hergestellt, in dem ein vorgewalztes Profil eine Mehrzahl von Walzgerüsten kontinuierlich durchläuft und hierbei auf die Fertigabmessungen umgeformt wird. Bei diesem Verfahren werden während des kontinuierlichen Walzens der Profile in einem oder mehreren Walzschritten die Rücksprünge durch Einwalzen der aus den Rücksprüngen zu verdrängenden Materialmenge in die Flanschknoten mittels einer geeigneten Profilwalze erzeugt. Dabei werden die Formänderungen des Profiles in aufeinanderfolgenden Walzschritten so gesteuert, daß bei der Herstellung der Rücksprünge die Summe der gleichzeitig erzeugten Querschnittsflächen dieser Rücksprünge kleiner oder höchstens gleich dem Querschnitt des Inkreises des Flanschknotens vor dem Einwalzen der Rücksprünge ist. Anschließend wird in einem oder mehreren Walzschritten der gesamte Profilquerschnitt um mindestens 10 % gegenüber dem mittleren Querschnitt nach dem Einwalzen der Rücksprünge reduziert. Hierbei wird eine etwaige Stauchung im Bereich der Flanschknoten und/oder des verbliebenen Flanschteiles durch eine Streckung des Profiles, insbesondere im Bereich der Rücksprünge, wieder ausgeglichen. Darüberhinaus wird durch die Reduzierung des Querschnittes das Profil auch in den Längenbereichen gestreckt, in dem keine Rücksprünge vorhanden sind. Die Reduzierung der durchschnittlichen gesamten Profilquerschnittfläche beträgt vorzugsweise 15 bis 20 %.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es beim Warmwalzen eines Profiles, z.B. eines H-Profiles, möglich ist, den Flanschknotenpunkt, also den Übergang vom Steg zum Flansch, "leerzuziehen", wenn die Flanschstreckung zu groß wird. Dabei wird durch Streckung des Flansches Material aus dem Flanschknoten und insbesondere aus dem Übergang zum Steg in den Flansch hineingezogen. Von dieser Erkenntnis über die Verformungsmöglichkeiten am Flanschknoten ausgehend wird erfindungsgemäß die durch das Einwalzen der Rücksprünge entstandene Stauchung oder Verdickung durch eine Streckung des gesamten Profils zurückgeformt, so daß im Bereich der Rücksprünge keine von dem normalen Querschnitt des fertigen Profiles abweichenden Verdickungen vorhanden sind. Hierbei wurde es jedoch als eine Bedingung gefunden, daß die Querschnittsflächen der Rücksprünge in jedem Profilquerschnitt kleiner und höchstens gleich dem Querschnitt des Inkreises des Flanschknotens sein müssen. Dabei ist es zweckmäßig, von dem Inkreis des Flanschknotens vor dem Einwalzen der Rücksprünge auszugehen. Es ist möglich Rücksprünge zu erzeugen, die bis an den Inkreis des Flanschknotens reichen und sogar geringfügig in den Inkreis hineinragen.
  • In der Praxis bestätigt sich überraschend, daß es bei der Fertigung der vorliegenden Profile darauf ankommt, die gesamte verdrängte Materialmenge der Rücksprünge im wesentlichen in den Flanschknoten zurückzuwalzen und eine entsprechende Streckung des Profiles zu erreichen. Eine mögliche Stauchung (Verdickung) des Flansches und/oder des Steges wird in den folgenden Gerüsten durch überproportionales Strecken ausgeglichen. Die Rücksprünge können erst nach einer gewissen Vor-Umformung des Profiles erzeugt werden, da sonst die Maßhaltigkeit der Rücksprünge nicht zu gewährleisten ist. Zufriedenstellende Ergebnisse werden erzielt bei Streckgraden von etwa 10 bis 30 % gute bei 15 bis 20 %, nach Einwalzen der Rücksprünge.
  • Ein besonderes Problem stellt in diesem Zusammenhang das gleichzeitige oder gestaffelte Walzen von Rücksprüngen in zwei oder mehr Flansche dar, die einen gemeinsamen Flanschknoten haben, also bei Winkelprofilen die Winkelecke, bei T-Profilen der Kreuzpunkt Steg/Flansch; bei H-Profilen liegen, sofern in alle Flansche Rücksprünge zu walzen sind, entsprechend zwei Flanschknoten vor. Erfindungsgemäß muß daher die Gesamtmenge des zu verdrängenden Materialvolumens über die Flanschknoten "abfließen", sonst entstehen Quetschfalten. Näherungsweise läßt sich der Fließquerschnitt durch die Inkreisfläche des Flanschknotens bestimmen, die durch die Flansch-Außenfläche sowie die Radien an den Profilecken begrenzt wird. Das aus den erzeugten Rücksprüngen verdrängte Materialvolumen führt zu einer Verlängerung der die Rücksprünge enthaltenden Längenbereiche des Profils und kann teilweise auch in die keine Rücksprünge enthaltenden Längenbereiche bei der Reduzierung der Querschnittsfläche fließen.
  • Werden beide Rücksprünge parallel und in gleicher, geringer Tiefe gewalzt, ergeben sich kaum Probleme. Werden ungleich tiefe parallele Rücksprünge in von einem Flanschknoten ausgehende Flanschenden gleichzeitig eingewalzt, so ist die Summe der an etwa einem Flanschquerschnitt maximal auftretenden Rücksprungquerschnitte nicht größer als die Inkreisfläche des Flanschknotens auszubilden. Für eine genaue Teilung der Rücksprünge an den Flanschenden ist zu beachten, daß bereits die Erzeugung der Rücksprünge eine gewisse Längung des Profils im Bereich der Rücksprünge hervorruft. Wenn an beiden Enden eines Flansches verschiedene Rücksprünge nacheinander ohne zwischengeschaltetes, den Querschnitt verringerndes Walzen anzubringen sind, sollten die Rücksprünge zuletzt ausgeformt werden, die die genauere Teilung erfordern. Die Querschnittsverformung der zuerst erzeugten Rücksprünge ist hierbei jedoch zu beachten.
  • Für die erfindungsgemäße Verformung über den Flanschknoten und die anschließende Streckung sind die Walztemperaturen wichtig. Für das Einwalzen tiefer Rücksprünge in die Flanschenden von im Verwendungszustand höherfesten, nach dem Warmwalzen zu vergütenden oder zu normalisierenden Stahlprofilen, beispielsweise aus der Stahlgüte 31 Mn 4, hat die Praxis die besten Werte bei Walzendtemperaturen von 900 bis 1000 Grad Celsius gezeigt.
  • Grubenausbauprofile, die während der Erzeugung tiefer Rücksprünge in die Flanschenden, vorzugsweise thermo-mechanisch, gewalzt werden, sollen ihre Endumformung in einem Temperaturbereich erfahren, in dem der Austenit bei der Verformung nicht oder nicht wesentlich rekristallisiert. Die Walztemperatur liegt daher knapp oberhalb Ar3 oder beispielsweise für die Stahlgüte 17 MnV 7 zwischen Ar1 und Ar3.
  • Bei zu geringen Temperaturen und großen Rücksprüngen besteht die Gefahr von Rißbildung am Flanschknoten in den nachgeordneten Walzschritten.
  • Stahlprofile werden in modernen Walzwerken aus Stranggußbrammen reversierend vorgewalzt und dann in einem Universalwalzwerk beispielsweise mit neun Gerüsten, davon sechs Universal- und drei Stauchgerüste, kontinuierlich bis zur Fertigabmessung gewalzt. Als günstig für das Einwalzen von Rücksprüngen hat sich eine Anordnung entsprechender Kaliberwalzen im zweitletzten bis fünftletzten Gerüst erwiesen, da dort einerseits die Vorformung des Profiles ausreichend ist, andererseits aber der Umformgrad noch hoch genug ist, um eventuell entstehende Aufstauchungen wieder maßhaltig zu walzen. Bei Gesamtstreckgraden Lambda, bezogen auf die Reststreckung der Profile nach dem Einwalzen der Rücksprünge bis einschließlich Fertiggerüst, von Lambda = 1,1 bis 1,3 ergab sich eine gute Maßhaltigkeit der Stahlprofile. Bei verhältnismäßig kleinen Rücksprüngen kann Lambda = ca. 1,05 genügen, während große Rücksprünge Lambda bis 1,4 und gegebenenfalls mehr erfordern können. Der Gesamtstreckgrad Lambda umfaßt die durch Querschnittsreduzierung erzeugte Streckung (Verlängerung) der Längenbereiche ohne Rücksprünge und die gebenenfalls größere Steckung der Bereiche mit Rücksprüngen.
  • Die zuvor geschilderte Maßnahme einer weiteren Stichabnahme nach dem Einwalzen der Rücksprünge ermöglicht es, längere Rücksprünge zu erzeugen, als es dem Walzkaliber, d.h. der Länge des den Rücksprung erzeugenden Walzenabschnittes, entspricht. Je größer der abschließende Umformgrad ist, desto kleiner kann das Walzkaliber für den Rücksprung gewählt werden. Der abschließende Umformgrad darf, unter Berücksichtigung des bekannten Breitungsverhaltens des Profils während des Walzens, andererseits nicht zu hoch sein, wenn ein exakter Abstand zwischen den Rücksprüngen - die periodische Teilung - gefordert ist. Dieses gilt insbesondere für das Teilungsverhältnis unterschiedlich langer Rücksprünge auf einem oder mehreren Flanschen des Profiles zueinander.
  • Durch Schwankungen beispielsweise in der Walzzugkraft, Kalibergeometrie, Materialfestigkeit und Walzguttemperatur verursachte Toleranzen verringern mit zunehmendem Umformgrad die Genauigkeit der Teilung. Diese Einflußfaktoren sind daher mit dem für die Reststreckung zu wählenden Streckgrad abzustimmen.
  • Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der besseren Bearbeitbarkeit werden für die Erzeugung der Rücksprünge zusammengesetzte Kaliberwalzen verwendet, die einen entsprechenden, austauschbaren Kaliberteil haben. Diese Walzenteile sind sehr starkem Verschleiß unterworfen und sollten daher aus beständigerem Werkstoff bestehen als die übrigen Walzenteile.
  • Bei der Festlegung der erzeugenden Kaliberlänge ist erfindungsgemäß die Erkenntnis zu berücksichtigen, daß nach dem Einwalzen der Rücksprünge die Streckung des Gesamtprofils nicht identisch ist mit der Streckung der Profilquerschnitte im Bereich der Rücksprünge. Profile mit Rücksprüngen bis nahe an den Flanschknoten zeigten während der anschließenden Walzung eine zusätzliche plastische Dehnung des Profiles bis zu 20 %.
  • Dieser Effekt kann erfindungsgemäß gezielt eingestellt werden. Moderne kontinuierliche Profilwalzstraßen haben einen Regelkreis für die Einstellung einer bestimmten Zugkraft für das Walzgut zwischen den Gerüsten. Stellgröße ist unter anderem die Walzendrehzahl. Da die Massenträgheit der Walzen eine schlagartige Drehzahländerung verhindert, wird die Zugspannung proportional zur vorgegebenen Zugkraft und des im Bereich der Rücksprünge verminderten Profilquerschnittes größer und das Profil wird plastisch gedehnt. Damit ist eine unerwünschte partielle Stauchung des Steges/Flansches wenigstens teilweise korrigierbar, und es kann eine definierte, nur in dem Rücksprungbereich wirksame Profilstreckung erreicht werden.
  • Unter anderem aus Gründen der Materialersparnis werden die häufig als tragende Bauteile verwendeten H-Profile, I-Profile oder T-Profile insbesondere in Sonderabmessungen konstruktiv so gestaltet, daß sich ein größtmögliches Widerstands-/Trägheitsmoment ergibt. Dadurch entstehen sehr dünne Stege und dicke Flansche. Aus walztechnischen Gründen sollte das erfindungsgemäß mit Rücksprüngen versehene Profil jedoch einen Mindestquerschnitt am Flanschknoten und am Steg aufweisen. Erfindungsgemäß sollen daher die Stegdicke, der Radius am Übergang Steg/Flansch und der Inkreis des Flanschknotens größer als 5 % der für das Widerstandsmoment maßgebenden Profilhöhe betragen.
  • Walztechnisch und konstruktiv optimierte Profilquerschnitte weisen erfindungsgemäß ein bestimmtes Verhältnis der genannten Maße auf. Der Inkreisradius sollte 15 bis 40 % größer als der Stegradius und dieser 12 bis 25 % größer als die Stegdicke sein, wobei die jeweis unteren Grenzwerte bei den größeren Profilhöhen einer Reihe von Profilen ähnlicher Querschnittsform und unterschiedlicher Höhe anwendbar sind.
  • Das erfindungsgemäß erzeugte Profil kann beispielsweise zu Kastenträgern zusammengeschweißt werden. Bei Verschweißung von vier Winkelprofilen mit Rücksprüngen in beiden Schenkeln, die teilungsgerecht spiegelsymmetrisch an den Längskanten verschweißt werden, ergibt sich ein rechteckiger Kastenträger mit Durchbrüchen auf allen vier Seiten, wobei die Durchbruchbreite den addierten Rücksprungtiefen benachbarter Schenkel entspricht. Auf ähnliche Weise können breite, gelochte Bauteile aus T-Trägern oder mit Flanschen versehene, gelochte Kastenträger aus H-Profilen geschweißt werden.
  • Anhand einiger Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.
    • Es zeigen
    • Fig. 1 ein erfindungsgemäß gewalztes T-Profil in perspektivischer Sicht,
    • Fig. 2 einen Querschnitt A-A des T-Profiles gemäß Fig. 1 im vergrößerten Maßstab,
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform erfindungsgemäß gewalzter Profile,
    • Fig. 4 einen erfindungsgemäß erzeugten Rücksprung.
  • Ein asymmetrisches T-Profil (Fig. 1) weist in Walzrichtung W am linken Flansch zwei langgestreckte kleine Rücksprünge Rk1, Rk2 auf. Gegenüberliegend von Rk2 ist im rechten Flansch ein mit zunehmender Walzlänge tiefer werdender großer Rücksprung Rg angeordnet, der bis in die Nähe des Steges S reicht.
  • Die tatsächlichen Größenverhältnisse des Profilquerschnittes ergeben sich aus Fig. 2, die einen Schnitt entlang Linie A-A durch das T-Profil gemäß Fig. 1 darstellt.
  • Die Tabelle zeigt die absoluten Werte der Profilabmessung gemäß Fig. 2 für eine fertiggewalztes asymmetrisches Profil mit unterschiedlich großen Rücksprüngen an beiden Flanschen.
    Figure imgb0001
  • Der Radius ri des Inkreises zwischen den Stegradien rs und der Flansch-Außenfläche Fa ist so bemessen, daß die Inkreisfläche Fi größer als die Summe der Querschnittsflächen FRk2 und FRg der eingewalzten Rücksprünge Rk2 und Rg ist.
  • Unter Vernachlässigung der Kantenradien an den Flanschenden ergeben sich für das Profil in Fig. 2 folgende Werte:
    Figure imgb0002
    • Daraus folgt:
  • F R / F i = 0,97
    Figure imgb0003
  • Die Material-Fließbedingung ist eingehalten worden für die Stelle der tiefsten eingewalzten Rücksprünge. Die praktische Walzung mit entsprechend ausgebildeten Kaliberwalzen erbrachte ein einwandfrei maßgetreu gewalztes Profil.
  • Sollten die Rücksprünge an beiden Flanschen eine schwankende, eventuell sogar gegenläufige Tiefenänderung aufweisen, ist die größte, von den Kaliberwalzen gerade zu walzende, gesamte Querschnittsverringerung zu berücksichtigen.
  • Bei der abschließenden Streckung wurde die Querschnittsfläche des Profiles nach Fig. 2 innerhalb der äußeren Kontur - also Berücksichtigung der Querschnittsflächen der Rücksprünge - um mindestens 10 % reduziert, was jedoch auf Tiefe und Form der zuvor eingeformten Rücksprünge nur einen unbedeutenden Einfluß hatte.
  • Fig. 3 zeigt ein aus den T-Profilen 1, 2, 3 zusammengesetztes, an den Flanschen 7 verschweißtes Bauteil in Draufsicht. Die Profile 1, 2, 3 weisen kleine Rücksprünge 4 und große Rücksprünge 5 auf, die in periodischen Abständen, den Teilungen Tk bzw. Tg , in die Profilflansche 7 eingewalzt wurden. Nach Zerteilen der endlosen Walzprofile in die Profile 1, 2, 3 wurden diese teilungsgerecht so zusammengefügt, daß aus je zwei Rücksprüngen 4 ein Durchbruch 8 bzw. aus den Rücksprüngen 5 ein Durchbruch 6 entstand.
  • Diese Durchbrüche 6, 8 dienen der formschlüssigen Befestigung anderer nicht dargestellter Bauteile, beispielsweise für eine Betondecken-Schalung.
  • Fig. 4 zeigt schematisch die Verhältnisse zwischen fertigem Profil 14 mit asymmetrischen Flanschen 10, 13 und Steg S mit Rücksprung 12 sowie der Kaliberwalze 9 mit der den Rücksprung 12 erzeugenden Kaliberkontur 11. In Fig. 4 ist die Kaliberkontur 11 wegen einer besseren Übersichtlichkeit neben einem durch sie erzeugten Rücksprung 12 dargestellt und nicht im direkten Eingriff an dem Profil zur Erzeugung dieses Rücksprunges.
  • Während des Walzvorganges dreht sich die Kaliberwalze 9 in Walzrichtung W. Dabei schneidet die unter Berücksichtigung der örtlich wirksamen Materialvor- und -nacheilung ausgebildete Kaliberkontur 11 am Radius rv in das Profil 14 ein, rollt auf der Länge LK (Bogen aus zusammengesetzten Radien) ab und beendet den Umformvorgang am Radius rh.
  • Beim Vergleich gleichlanger Profilstücke LX (mit Ausgangslänge L0 nach dem Einwalzen der Rücksprünge 12 aber vor dem abschließenden Walzen) und der Rücksprunglänge LR am fertigen Profil 14 fällt auf, daß L0 größer als die erzeugende Länge LK (gemessen entlang des Bogens) der Kaliberkontur 11 ist. Das Profil erfährt nach Einwalzen des Rücksprunges 12 in diesem Bereich eine überproportionale Streckung, die je nach dem vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,3 zu wählenden abschließenden Streckgrad Lambda etwa 1 bis 20 %, vorzugsweise 2 bis 5 % beträgt. Das bedeutet, daß erfindungsgemäß die erzeugende Kaliberkontur 11 kürzer zu gestalten ist, als der Rücksprung 12 im fertigen Profil 14. Diese Verkürzung der Kaliberkontur 11 hat also sowohl die abschließende Steckung als auch die zusätzliche darüberhinausgehende Streckung im Bereich des Rücksprunges zu berücksichtigen. Diese erfindungsgemäße Erkenntnis läßt sich auf alle langgestreckten Rücksprungformen von Profilen übertragen. Sie ist darüberhinaus auch bei der Teilung zwischen periodisch aufeinander folgenden Rücksprüngen an einem oder mehreren Flanschenden zu berücksichtigen. Für die Teilung kann außerdem zu beachten sein, daß auch beim Einwalzen tiefer, langer Rücksprünge in den Flanschknoten eine gewisse Streckung eintreten kann.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stahlprofile insbesondere H-, I- oder T-Profile weisen einen im wesentlichen konstanten und nur durch die vorgesehenen Rücksprünge veränderlichen Querschnitt auf, wobei auch beim fertigen Profil der Inkreis des Flanschknotens mindestens so groß ist, wie die Summe der an einem Querschnitt eingeformten Rücksprungquerschnitte. Bei tiefen Rücksprüngen kann ein ausreichender Inkreis durch geeignete Stegdicke und/oder einen geeigneten Radius zwischen Steg und Flansch erreicht werden, wobei Stegdicke und Radius vorzugsweise größer als 5 % der Höhe des Profiles sind.
  • Das erfindungsgemäß warmgewalzte Stahlprofil mit an den Flanschenden periodisch eingewalzten Rücksprünge, die wenigstens teilweise bis in die Nähe des Flanschknotens eingewalzt sind, wird wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, als Teilprofil für ein geschweißtes größeres Profil mit Durchbrüchen verwendet. Dabei weisen die Teilprofile Rücksprünge jeweils spiegelbildlich auf, so daß ein Paar von Rücksprüngen nach dem Zusammenfügen der Teilprofile einen Durchbruch durch eine gemeinsame Fläche bildet.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen eines Stahlprofils, das an wenigstens einem Flanschende periodisch eingewalzte Rücksprünge aufweist, durch Warmwalzen auf einem Universalwalzwerk, in dem ein vorgewalztes Profil eine Mehrzahl von Walzengerüsten kontinuierlich durchläuft und auf die Fertigabmessungen gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des kontinuierlichen Walzens des Profiles (1, 2, 3, 14) in einem oder mehreren Walzschritten die Rücksprünge (4, 5, 12, R) durch Einwalzen der aus den Rücksprüngen zu verdrängenden Materialmenge in die Flanschknoten erzeugt werden, wobei die Summe der gleichzeitig erzeugten Querschnittsflächen der Rücksprünge (FR) kleiner oder höchstens gleich dem Querschnitt des Inkreises (Fi) vor dem Einwalzen der Rücksprünge ist, und anschließend in einem oder mehreren Walzschritten der gesamte Profilquerschnitt um mindestens 10 % gegenüber dem mittleren Querschnitt nach dem Einwalzen der Rücksprünge reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einwalzen der Rücksprünge der gesamte mittlere Profilquerschnitt um 15 bis 20 % reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei in aufeinanderfolgenden Walzschritten an zwei oder mehr Flanschenden eines Stahlprofils erzeugten Rücksprüngen diejenigen Rücksprünge zuletzt ausgeformt werden, für die die größte Maßhaltigkeit bezüglich Abmessungen und Teilung gefordert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei Flanschenden, die von einem Flanschknoten ausgehen, anzubringende Rücksprünge unterschiedlicher Tiefe gleichzeitig in demselben Walzgerüst erzeugt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzendtemperatur für nach dem Walzen zu vergütende oder normalisierend zu glühende Stähle 900 - 1000 Grad Celsius und für nur thermo-mechanisch gewalzte Stähle unter 900 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen Ar1 und knapp oberhalb Ar3, beträgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksprünge (4, 5, 12, R) in einer kontinuierlichen Walzstraße mit N Universalgerüsten in einem oder mehreren Gerüsten der Gruppe (N minus 1) bis (N minus 4) gewalzt und nach dem Einwalzen der Rücksprünge (4, 5, 12, R) ein Gesamtstreckgrad Lambda von 1,05 - 1,4 erzeugt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksprünge (12) mit zusammengesetzten Kaliberwalzen (9) erzeugt werden, die asymmetrische Kaliberteile (11) aufweisen, deren erzeugende Kaliberlänge (LK) kürzer als die Länge (LR) der Rücksprünge (12) am fertigen Profil (14) ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung des eingewalzten Rücksprunges durch eine Zugkraft auf das Walzprofil (1, 2, 3, 14) zwischen benachbarten Walzgerüsten eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaliberlänge (LK) aus der vorgegebenen Länge (LR) des Rücksprunges (12) am fertigen Profil (14) und dem Streckgrad des Profiles nach Einwalzen des Rücksprunges (12) unter Berücksichtigung einer zusätzlichen Streckung im Bereich der Rücksprünge bestimmt wird.
10. H-, I- oder T-Profil mit an den Flanschenden periodisch eingewalzten Rücksprüngen, hergeatellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Inkreises am Flanschknoten (Fi), größer als die Summe der Rücksprungquerschnitte (FR) ist und das Profil einen nur durch Rücksprünge (4, 5) veränderten, im übrigen aber konstanten Querachnitt aufweist.
11. Verwendung eines warmgewalzten Stahlprofiles hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit an den Flanschenden periodisch eingewalzten Rücksprüngen (4, 5), wobei mindestens ein Teil der Rücksprünge (5) bis in die Nähe des Flanschknotens eingewalzt wird, als Teilprofil (1, 2, 3) für ein geschweißtes Profil mit Durchbrüchen (6, 8), durch spiegelsymmetrisches Anordnen der Teilprofile (1, 2, 3), so daß jeweils zwei Rücksprünge ( 5 bzw. 4) einen Durchbruch (6 bzw. 8) bilden.
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