EP0403916A1 - Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl - Google Patents

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EP0403916A1 EP90111026A EP90111026A EP0403916A1 EP 0403916 A1 EP0403916 A1 EP 0403916A1 EP 90111026 A EP90111026 A EP 90111026A EP 90111026 A EP90111026 A EP 90111026A EP 0403916 A1 EP0403916 A1 EP 0403916A1
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stretching
steel wire
elongation
disks
guided
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/02—Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums
    • B21C1/12—Regulating or controlling speed of drawing drums, e.g. to influence tension; Drives; Stop or relief mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F9/00—Straining wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F9/00—Straining wire
    • B21F9/007—Straining wire to induce a plastic deformation of the wire
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/08—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires for concrete reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a method for producing ribbed reinforcing steel, wherein a steel wire is produced by hot rolling and is thereby provided with inclined ribs and optionally longitudinal ribs (in particular according to DIN 488), and wherein the steel wire which has been hot-ribbed in this way is subjected to cold stretching and thereby related is adjusted to the yield strength and the elongation. It is essential for this process that the rib-forming shape takes place during rolling and is a so-called hot rib. In contrast, stretching takes place as cold stretching. It goes without saying that the yield strength and the elongation are set so that the prescribed, standardized values are observed. - The invention further relates to a plant for performing such a method.
  • the stretching results from a torsional deformation with the aid of a torsional machine which operates discontinuously.
  • the discontinuous procedure interferes with the operational process.
  • Relatively large, unavoidable tolerances must be permitted or taken into account for the yield strength to be set and for the stretching to be set.
  • the values for the yield strength and the stretching over the length of a reinforcing steel are not very uniform in accordance with the different stretching sections which belong to the discontinuous procedure.
  • the fatigue strength of the stretched concrete is often unsatisfactory. There is a risk of fatigue failure in the event of vibration stress. On the other hand, practice increasingly demands high values for the fatigue strength.
  • the invention has for its object to carry out the method described above so that the yield strength and the elongation can be set very precisely and also other physical properties of the reinforcing steel, in particular its fatigue behavior, are improved.
  • the invention is also based on the object of specifying a system with which the method according to the invention can be carried out in a particularly simple and reliable manner.
  • the invention teaches that the steel wire is continuously stretched and, for this purpose, is guided over at least two driven stretching disks (or stretching rollers), which are under Different peripheral speeds work on the steel wire, that the degree of stretch is controlled via the difference in peripheral speed of the two stretching disks and that the yield strength and the elongation are controlled via the stretching speed.
  • the invention is based on the knowledge that with a continuous linear stretching there is the possibility, for a given degree of stretching, of intervening to optimize the process in the sense that very precise values for the yield strength and the elongation can be specified and maintained. In addition to the stretching speed, the degree of stretching is still an influencing variable which can be varied.
  • the reinforcing steel produced in this way is also characterized by a very high fatigue strength.
  • the stretching speed should be selected so that the specified values for the yield point and the elongation are maintained, but the stretching speed should be selected as low as possible within this condition.
  • - Degree of stretching denotes the elongation that the steel wire or a unit of length of the steel wire undergoes during stretching, in percent.
  • Stretching speed denotes the permanent change in length of the steel wire or a unit of length of the steel wire in the area between the two stretching disks in the unit of time. According to the invention, both variables can be set and maintained by influencing the peripheral speeds of the stretching disks.
  • the steel wire is guided over the stretching disks without slippage.
  • This can be accomplished in several ways, e.g. B. by vulcanized rubber-elastic pads on the tread of the stretching discs, by form-fitting configurations that correspond to the ribs on the steel wires. This can also be achieved in other ways, possibly also by multiple wrapping of the stretching discs.
  • it is always advantageous to guide the steel wire over the stretching discs without damaging the ribs. In this respect, too, rubber-elastic pads and adapted form-fitting designs have proven to be advantageous.
  • the yield strength and the elongation can be set and maintained very precisely.
  • a surprising reduction in the susceptibility to fatigue fracture is also achieved.
  • the fatigue fractures often also start from microcracks in the surface area of the steel wires, which in turn are based on damage to the ribs or other defects.
  • the formation of microcracks which are disruptive in this respect can largely be avoided by adjusting the stretching speed, but the yield strength and the elongation can nevertheless be controlled very precisely.
  • the invention also relates to a plant which is particularly suitable for carrying out the method described.
  • the stretching disks 1 or 2 have a radius of at least 500 mm. They can be driven via the motor / gear unit 3 or 4 with a predeterminable peripheral speed and a predeterminable peripheral speed difference.
  • the steel wire 5 is guided around the two stretching discs 1 and 2 in an S-shape. It can be fed to the inlet stretching disk 1 with a tangential inlet section 6 and can be removed from the outlet stretching disk 2 with a tangential outlet section 7.
  • the hot-ribbed steel wire 5 which was deposited with a permanent torsional deformation of 360 ° per turn via a winding layer out of the rolling heat, is drawn off from a beater 8 in the cold state with this twisting deformation.
  • a recovery device 9 for this torsional deformation.
  • the reshaping device 9 works with reshaping rollers 10. It goes without saying that the stretching disks 1 and 2 are designed such that they guide the steel wire 5 without slipping. The design is also made so that the ribs of the steel wire 5 on the stretching discs 1 and 2 and in the recovery device 9 are not damaged.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl, wobei ein Stahldraht durch Warmwalzen hergestellt und dabei mit Schrägrippen sowie ggf. Längsrippen (insbesondere nach DIN 488) versehen wird. Der auf diese Weise warmgerippte Stahldraht (5) wird kalt einer Rekkung unterworfen sowie dadurch in bezug auf die Streckgrenze und die Dehnung eingestellt. Der Stahldraht (5) wird kontinuierlich gereckt und dazu über zumindest zwei angetriebene Reckscheiben (1,2) (oder Reckwalzen) geführt, die mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auf dem Stahldraht (5) arbeiten. Über die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz der beiden Reckscheiben (1, 2) wird der Reckgrad gesteuert. Über die Reckgeschwindigkeit werden die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert. - Auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens wird angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl, wobei ein Stahldraht durch Warmwalzen hergestellt und dabei mit Schrägrippen sowie ggf. Längsrippen (insbesondere nach DIN 488) versehen wird, und wobei der auf diese Weise warmgeripp­te Stahldraht kalt einer Reckung unterworfen sowie dadurch in be­zug auf die Streckgrenze und die Dehnung eingestellt wird. Wesent­lich für dieses Verfahren ist, daß die rippenbildende Formgebung beim Walzen erfolgt und eine sogenannte Warmrippung ist. Demge­genüber erfolgt die Reckung als Kaltreckung. Es versteht sich, daß io die Streckgrenze und die Dehnung so eingestellt werden, daß die vorgeschriebenen, normierten Werte eingehalten sind. - Die Erfin­dung betrifft fernerhin eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Bei dem großtechnisch ausgeführten, bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, resultiert das Recken aus einer Torsionsver­formung mit Hilfe einer Torsionsmaschine, die diskontinuierlich ar­beitet. Die diskontinuierliche Verfahrensführung stört den betrieb­lichen Ablauf. Für die einzustellende Streckgrenze sowie für die ein­zustellende Reckung müssen verhältnismäßig große, unvermeidbare Toleranzen zugelassen oder berücksichtigt werden. Insbesondere sind die Werte für die Streckgrenze und die Reckung über die Länge eines Betonstahls nach Maßgabe der unterschiedlichen Reckungsab­schnitte, die zu der diskontinuierlichen Verfahrenweise gehören, we­nig gleichmäßig. Die Dauerschwingungsfestigkeit des so gereckten Be tonstahls ist häufig unbefriedigend. Es besteht bei Schwingungsbe­anspruchungen Dauerbruchgefahr. Andererseits verlangt die Praxis in zunehmendem Maße auch hohe Werte für die Dauerschwingungs­festigkeit. - Wegen der beschriebenen Probleme wird, um bei Beton­ stahl die vorgeschriebenen Werte für die Streckgrenze und die Deh­nung einzuhalten, häufig von der beschriebenen Kaltreckung durch Torsion Abstand genommen und werden die vorgeschriebenen physi­kalischen Eigenschaften durch Microlegierung eingestellt, insbeson­dere durch Zugabe von Vanadium. Das führt zu befriedigenden Er­gebnissen. Das ist jedoch wegen der Notwendigkeit, Vanadium zuzu­legieren, aufwendig, zumal die Vanadium-Preise in der Tendenz seit vielen Jahren steigen und weitere Steigungen zu erwarten sind.
  • In neuerer Zeit ist über Versuche berichtet worden, die nicht zum Stand der Technik gehören und die sich bemühen, das Microlegieren durch ein kontinuierliches Recken zu ersetzen (Werkzeitschrift "Re­port" der Hamburger Stahlwerke Gesellschaft mit beschränkter Haf­tung vom 22. Juni 1989, Seite 11). Diese Versuche wurden mit einer Reckmaschine durchgeführt, die zwei mit unterschiedlicher Umfangs­geschwindigkeit arbeitende Reckscheiben aufweisen. Die Erfindung schließt an diese Versuche an.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschrie­bene Verfahren so zu führen, daß die Streckgrenze und die Dehnung sehr genau eingestellt werden können und auch weitere physikali­sche Eigenschaften des Betonstahls, insbesondere sein Dauerschwin­gungsverhalten, verbessert werden. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Anlage anzugeben, mit der das erfin­dungsgemäße Verfahren auf besonders einfache Weise und zuverläs­sig durchführbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Stahldraht kontinuierlich gereckt wird und dazu über zumindest zwei angetrie­bene Reckscheiben (oder Reckwalzen) geführt wird, die mit unter­ schiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auf dem Stahldraht arbeiten, daß über die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz der beiden Reckschei­ben der Reckgrad gesteuert wird und daß über die Reckgeschwindig­keit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert werden. - Die Er­findung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem kontinuier­lichen linearen Recken die Möglichkeit besteht, bei vorgegebenem Reckgrad durch die Reckgeschwindigkeit in den Prozeß in dem Sinne optimierend einzugreifen, daß sehr genaue Werte für die Streckgren­ze und die Dehnung vorgegeben und eingehalten werden können. Da­bei ist neben der Reckgeschwindigkeit nach wie vor der Reckgrad eine Einflußgröße, die variiert werden kann. Überraschenderweise zeichnen sich die so hergestellten Betonstähle auch durch eine sehr hohe Dauerschwingungsfestigkeit aus. Insoweit soll die Reckgeschwin­digkeit zwar so gewählt werden, daß die vorgegebenen Werte für die Streckgrenze und die Dehnung eingehalten werden, jedoch soll die Reckgeschwindigkeit innerhalb dieser Bedingung so niedrig wie möglich gewählt werden. - Reckgrad bezeichnet die Längung, die der Stahldraht bzw. eine Längeneinheit des Stahldrahtes bei der Reckung erfährt, in Prozent. Reckgeschwindigkeit bezeichnet die bleibende Längenänderung des Stahldrahtes bzw. einer Längenein­heit des Stahldrahtes im Bereich zwischen den beiden Reckscheiben in der Zeiteinheit. Beide Größen können erfindungsgemäß durch Ein­flußnahme auf die Umfangsgeschwindigkeiten der Reckscheiben einge­stellt und eingehalten werden. Im Rahmen der Erfindung werden keine absoluten Zahlen für die Reckgeschwindigkeit angegeben, weil die optimalen absoluten Zahlen auch von dem Reckgrad und dem Krümmungsradius abhängen, den der Stahldraht bei der Umschlin­gung der Reckscheiben erfährt. Mit der Lehre, daß über die Reck­geschwindigkeit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert werden, lassen sich die absoluten Werte für die Reckgeschwindigkeit bei vor­ gegebenem Durchmesser der Reckscheiben unschwer experimentell er­mitteln. Im Sinne einer Optimierung ist es zweckmäßig, den Stahl­draht mit einem Mindestkrümmungsradius von 500 mm über die Reck­scheiben zu führen. Das gilt für alle übliche Stahldrahtdicken. Diese Maßnahme stellt sicher, daß sich eine störende, in bezug auf den Stahldrahtquerschnitt unsymmetrische Biegekaltverformung der linearen Reckung nicht überlagert. Um die Zahlenwerte in bezug auf den Reckgrad und die Reckgeschwindigkeit genau einzuhalten, wird nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Stahldraht schlupffrei über die Reckscheiben geführt. Das kann auf verschie­dene Weise erreicht werden, z. B. durch aufvulkanisierte gummi­elastische Auflagen auf der Lauffläche der Reckscheiben, durch Formschlußausbildungen, die mit den Rippen auf den Stahldrähten korrespondieren. Das kann auch auf andere Weise erreicht werden, unter Umständen auch durch Mehrfachumschlingung der Reckschei­ben. Es ist jedoch stets vorteilhaft, den Stahldraht rippenschaden­frei über die Reckscheiben zu führen. Auch insoweit erweisen sich gummielastische Auflagen und angepaßte Formschlußausbildungen als vorteilhaft. - Arbeitet man in der beschriebenen Weise, so ist nicht nur sichergestellt, daß die Streckgrenze und die Dehnung, wie vor­gegeben, sehr genau eingestellt und eingehalten werden können. Man erzielt, wie bereits betont, auch eine überraschende Reduzie­rung der Dauerbruchempfindlichkeit. Tatsächlich gehen im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Dauerbrüche häufig auch von Micro­rissen im Oberflächenbereich der Stahldrähte aus, die ihrerseits auf Schäden an den Rippen oder auf anderen Fehlern beruhen. Die Bil­dung von insoweit störenden Microrissen läßt sich erfindungsgemäß durch Einstellung der Reckgeschwindigkeit weitgehend vermeiden, wobei nichtsdestoweniger die Streckgrenze und die Dehnung sehr ge­nau gesteuert werden können.
  • In der Ausführungsform, bei der warmgerippter Stahldraht über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Tordierungsverformung von 360°C pro Windung abgelegt wird und mit dieser Tordierungsverformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel abgezogen wird, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, der beschriebenen vorteilhaften linearen Reckung eine Torsionsreckung zu überlagern. Dazu lehrt die Erfindung, daß der von dem Schlaghaspel abgezogene Stahldraht vor der Zuführung zu der ersten Reckscheibe einer Rückverformung unterworfen wird, die die Trodierungsverformung aufhebt oder weitgehend reduziert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders bewährt für die speziellen Stähle, die in den Ansprüchen 6 und 7 behandelt sind, wenn die in diesen Ansprüchen angegebenen Verfahrensparameter eingehalten werden. Werden diese eingehalten, so lassen sich im allgemeinen Betriebsverhältnisse verwirklichen, bei denen mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Reckscheiben von mindestens 1,0 m/sek. bis maximal 8,0 m/sek. gearbeitet wird. Es versteht sich, daß die Umfangsgeschwindigkeit in diesem Bereich in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser optimierend eingestellt wird.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage, die für die Durch­führung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignet ist. Inso­weit wird auf die Zeichnung verwiesen, die eine schematische Dar­stellung einer solchen Anlage zeigt.
  • Man erkennt in der Zeichnung eine Einlaufreckscheibe 1, eine Ab­laufreckscheibe 2 und ein Motor/Getriebe-Aggregat 3 bzw. 4 an jeder der Reckscheiben 1 bzw. 2. Die Reckscheiben 1 bzw. 2 besitzen einen Radius von zumindest 500 mm. Sie sind über das Motor/Getriebe-Ag­gregat 3 bzw. 4 mit vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeit und vorgeb barer Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz antreibbar. Der Stahldraht 5 ist um die beiden Reckscheiben 1 bzw. 2 S-förmig geführt. Er ist der Einlaufreckscheibe 1 mit einem tangentialen Einlaufabschnitt 6 zuführbar und von der Ablaufreckscheibe 2 mit einem tangentialen Ablaufabschnitt 7 abführbar. Angedeutet wurde, daß der warmge­rippte Stahldraht 5, der über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Torsionsverformung von 360° pro Win­dung abgelegt wurde, mit dieser Tordierungsverformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel 8 abgezogen wird. Im Bereich des tangentialen Einlaufabschnittes 6 dieses Stahldrahtes befindet sich eine Rückverformungseinrichtung 9 für diese Torsionsverformung. Die Rückverformungseinrichtung 9 arbeitet mit Rückverformungsrollen 10. Es versteht sich, daß die Reckscheiben 1 bzw. 2 so ausgelegt sind, daß sie den Stahldraht 5 schlupffrei führen. Die Auslegung ist fer­nerhin so getroffen, daß die Rippen des Stahldrahtes 5 auf den Reckscheiben 1 bzw. 2 und in der Rückverformungseinrichtung 9 kei­nen Schaden nehmen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von geripptem Betonstahl, wobei ein Stahldraht durch Warmwalzen hergestellt und dabei mit Schrägrippen sowie ggf. Längsrippen (insbesondere nach DIN 488) versehen wird, und wobei der auf diese Weise warmgerippte Stahldraht kalt einer Reckung unterworfen sowie dadurch in bezug auf die Streckgrenze und die Dehnung eingestellt wird, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Stahldraht kontinuierlich gereckt wird und dazu über zumindest zwei angetriebene Reckscheiben (oder Reck­walzen) geführt wird, die mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindig­keiten auf dem Stahldraht arbeiten, daß über die Umfangsgeschwin­digkeitsdifferenz der beiden Reckscheiben der Reckgrad gesteuert wird und daß über die Reckgeschwindigkeit die Streckgrenze und die Dehnung gesteuert (bzw. eingestellt) werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht mit einem Mindestkrümmungsradius von 500 mm über die Reckscheiben geführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Stahldraht schlupffrei über die Reckscheiben ge­führt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Stahldraht rippenschadenfrei über die Reckschei­ben geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Ausführungs­form, bei der der warmgerippte Stahldraht über einen Windungsleger aus der Walzhitze heraus mit einer bleibenden Tordierungsverformung von 360° pro Windung abgelegt wird und mit dieser Tordierungs­verformung im kalten Zustand von einem Schlaghaspel abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Schlaghaspel abgezogene Stahldraht vor der Zuführung zu der ersten Reckscheibe einer Rückverformung unterworfen wird, welche die Tordierungsver­formung aufhebt oder weitgehend reduziert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß mit einem Stahldraht gearbeitet wird, der in dem Analysenrahmen
Kohlenstoff : 0,14 bis 0,22%,
Silicium : 0,15 bis 0,40%,
Mangan : 0,60 bis 1,30%,
Rest Eisen und zulässige Spuren- und Begleitelemente,
liegt, daß mit einem Reckgrad von maximal 6% die Reckung durch­geführt wird und daß die Reckgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der gereckte Betonstahl eine Streckgrenze größer als 500 N/mm² und eine Dehnung von zumindest 15% aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Stahldraht gearbeitet wird, der die Analyse
Kohlenstoff : 0, 18%,
Silicium : 0,24%,
Mangan : 0,80%,
Rest Eisen und zulässige Spuren- und Begleitelemente,
aufweist, daß mit einem Reckgrad von 5,7% die Reckung durchge­führt wird und daß die Reckgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der gereckte Betonstahl eine Streckgrenze von etwa 521 N/mm² und eine Dehnung von 18,3% aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Reckscheiben von mindestens 1,0 m/sek bis maximal 8,0 m/sek gearbeitet wird.
9. Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
eine Einlaufreckscheibe,
eine Ablaufreckscheibe und
zumindest ein Motor/Getriebe-Aggregat,
wobei die Reckscheiben einen Radius von zumindest 500 mm aufweisen und über das Motor/Getriebe-Aggregat mit vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeit und vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeits­differenz antreibbar sind, und wobei der Stahldraht um die beiden Reckscheiben S-förmig geführt sowie der Einlaufreckscheibe mit einem tangentialen Einlaufabschnitt zuführbar und von der Ablaufreckscheibe mit einem tangentialen Ablaufabschnitt abführbar ist.
10. Anlage nach Anspruch 9 in der Ausführungsform für das Ver­fahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des tangentialen Einlaufabschnittes eine Rückverformungseinrichtung für die Torsionsverformung angeordnet ist, die mit Rückverfor­mungsrollen arbeitet.
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