Verfahren zur Wärmebehandlung kaltverformter Stahlstäbe. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung kaltverformter Stahlstäbe.
Bekanntlich tritt durch Kaltbearbeitung, vorzugsweise Verwinden oder Verdrillen, von Profileisen und -stählen nach dem Walzen eine Steigerung der Proportionalitäts- und Fliessgrenze und der Festigkeit für Zug-, Druck-, Biege- und Torsionsbeanspruehun- gen, hingegen ein Absinken der Dehn-, Biege- und Verdrehfähigkeit, sowie der Zähigkeit und Kerbzähigkeit ein. Diese Erseheinung wird als Reckalterung bezeichnet.
In Fällen, in welehen die Reckalterung im allgemeinen Stahl-, Maschinen-, Kessel- und Apparate bau als Folge von ungewollten örtlichen Überbeanspruehungen auftritt, ist sie wegen der dureh den dabei eintretenden Abfall der Zähigkeit verursachten Sprödbrüehe un erwünscht, ja sogar gefürchtet. Bei der Kalt verformung von Profileisen und -stählen wird diese Versprödung nach bekannten Verfah ren in solchen Grenzen gehalten, dass sie für den jeweiligen Verwendungszweck noch erträglich ist, wobei aber die festigkeitserhö henden Wirkungen der Reckalterung aus genützt werden können.
Es ist bekannt, dass die Reckalterung nicht unmittelbar nach Beendigung der Kalt verformung ihren Höchstwert erreicht, son dern sieh im Verlaufe der Zeit gleiehsinnig verändert. Dieser erstrebte Beharrungs zustand tritt in Zeitspannen ein, welche zwi- schen einigen Stunden und einigen Jahren liegen und die nieht nur von der elie- mischen Zusammensetzung des Stahls oder Eisens,
sondern auch von dessen Entstehungs geschichte im Stahl- und Walzwerk und unter Umständen von der Art und dem Grade der Kaltverformung abhängen.
Im Verlaufe der Alterung wird bekannt lich die Breite des Streuungsbandes der Ma terialkennwerte kleiner, d. h. es wird im aus gealterten Zustande eine kleinere Schwan kung der Kennwerte beobachtet, als unmittel bar nach der Kaltverformung, also am Be ginn des Alterungsverlaufes. Der Ausschuss wird daher im ausgealterten Zustande kleiner sein, als unmittelbar nach der Kaltverfor mung.
Bisher wurden diese im Laufe der Zeit eintretenden vorteilhaften Veränderungen kaltverformter Stähle, also ihre natürliche Alterung, industriell nicht ausgewertet; man begnügte sich schon mit dem durch die Kalt verformung allein erzielten Effekt. Das Interesse, welches die Materialprüfung und Forschung an der Kenntnis des Endwertes der natürlichen Alterung genommen hatte, beschränkte sich darauf, unerwünschte Er scheinungen der Reckalterung, z. B. Spröd bruchanfälligkeit infolge mangelhafter Zä higkeit, rechtzeitig erkennen zu können.
Bei den hierbei in Anwendung gebrachten Prüf -verfahren, die zum Teil in verschiedenen Normen festgelegt sind, wird durch eine Wärmebehandlung der Proben, bestehend in einem Erhitzen auf 100 bis 300 C während einiger hundert Stunden bis zu 1/2 Stunde, eine Beschleunigung der Alterung erzielt. Temperaturen über 300 C wurden dabei für schädlich gehalten und eine Minimaldauer von ¸ Stunde wird für nötig erachtet.
Eingehende Untersuchungen haben erge ben, dass der Alterungseffekt, d. i. die Zu nahme von Proportionalitätsgrenze, Fliess grenze und Festigkeit für Zug-, Druck-, Biege- und Torsionsbeanspruchungen, im Laufe der Zeit nach der Kaltverformung nicht für alle Stähle gleich ist. Im allgemei nen nimmt der Alterungseffekt mit der Härte des Ausgangsmaterials und mit dem Grade der Kaltverformung zu, ist für die Propor tionalitätsgrenze am grössten und nimmt von da bis zur Festigkeit, z. B. Zugfestigkeit, ab. Die Zeitdauer bis zum Erreichen des vollen Alterungseffektes, sowie der zeitliche Ablauf der natürlichen Alterung sind jedoch für die in Betracht kommenden Stähle sehr stark verschieden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung be steht darin, dass zwecks Erzielung der künst lichen Alterung die Stahlstäbe nach der Kaltverformung einer Temperatur zwischen 200 und 1500 C während 24 Stunden bis 1/100 Sekunde ausgesetzt werden.
Eine ungünstige Veränderung, z. B. eine Versprödung, mit all ihren nachteiligen Fol gen ist dabei ausgeschlossen. Stähle, die infolge Alterung eine unerlaubte Versprö- dung zeigen, können durch Anwendung dieses Verfahrens schon im Werk ausgeschieden werden, d. h., dieses Verfahren ist gleichzeitig eine strenge Prüfung jeder einzelnen Stange oder dergleichen auf schädliche Wirkungen der Reckalterung.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Beweh rungsstähle aus legierten Stählen nach der Kaltverformung einer Wärmebehandlung zu unterziehen, deren Zweck jedoch war, die Zähigkeit des Stahls zu erhöhen. Bei dieser Art der Wärmebehandlung liegen die Tem peraturen höher oder die Einwirkungsdauern sind länger. Dieser Effekt ist aber bei der vorliegenden Erfindung nicht beabsichtigt und tritt auch nicht ein, da die natürliche oder künstliche Alterung einen Abfall der Zähigkeit oder Kerbzähigkeit zur Folge hat. Das gleiche gilt für das in der Stahlbearbei tung bekannte Anlassen , durch welches ebenfalls eine Verbesserung der Zähigkeit erzielt wird, wobei sogar in einem gewissen Ausmass auch eine Festigkeitsverminderung in Kauf genommen wird.
Die zweckmässigste Temperatur, bei wel cher die künstliche Alterung vorgenommen wird, und die minimale Einwirkungsdauer können für jede Stahl- oder Eisensorte leicht festgestellt werden. Der gleiche Alterungs effekt wird erzielt, wenn mit steigender Tem peratur die Einwirkungsdauer entsprechend verkürzt wird. Die mit höheren Tempera turen verbundene, verkürzte Dauer der Wärmeeinwirkung (bei Temperaturen über 1200 C bis zu einem Bruchteil einer Se kunde) ermöglicht es erst, die künstliche Al terung für eine Massenproduktion wirt- sehaftlieli anzuwenden.
Bei der praktischen Durchführung bei Betonbewehrungsstählen wird beispielsweise so vorgegangen, da.ss die von der Verwinde- oder Ver dr illmaseliine seitlich abrollenden Stäbe einzeln oder bündelweise seitlich in ihrer Längsrichtung durch einen vorteilhaft unmittelbar neben oder hinter der Verwinde- oder Verdrillmaschine stehenden. Ofen ge führt werden. Der Durchgang kann auch durch ein erhitztes oder erhitzendes Medium erfolgen.
Die Durchlaufgesehwindigkeit durch den Ofen ist das Mass für die Durehlaufzeit. Sie muss auf die im Ofen herrschenden Tem peratur und seinen Luftraum abgestimmt werden. Die Beheizung des Ofens kann mit Gas oder elektrischem Strom erfolgen, selbst verständlich ist auch eine elektrische Hoch frequenzheizung anwendbar. Zweckmässig werden Temperatur und Einwirkungsdauer in Abhängigkeit vom Stabdurchm.esser oder Querschnitt. gewählt.
In der Folge werden mehrere Ausfüh rungsbeispiele zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens gebracht.
Beim ersten Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, wird ein kurzer Ofen 1, z. B. ein Glührohr, an 1 m Länge und 300 mm lichter Weite verwendet, das aussen mit Schamottesteinen 2 isoliert und durch aus verschiedenen Rich tungen in seinen Innenraum sprühende Gas brenner 3 beheizt ist. Dadurch wird eine ver hältnismässig gleichbleibende Temperatur von etwa 900 C über die ganze Länge des Rohres erreicht. Vor und hinter dem Glührohr 1 sind Rollgänge 4, sowie Treibapparate 5 angeord net, die jeweils eine oder mehrere, im Aus führungsbeispiel 10 Stangen 6 von z. B. 18 mm gleichzeitig mit einer Durchlauf- gesehwindigkeit von 4 in/Min. durch das Rohr hindurchtreiben.
Die Einwirkungs dauer der Temperatur von 900 C beträgt also · Minute, die Leistungsfähigkeit 4,8 t/Stunde.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Klaviersaitendraht von 1 mm Durch messer mit einer Geschwindigkeit von 10 m/sek durch eine 10 cm lange Heizzone getrieben, in der durch Einwirkung eines Knallgasgebläses eine Temperatur von 1500 C herrscht. Der Draht hatte vor der Behand lung, also ungealtert, #s =179 kg/mmê @@ = 230 kg/mmê, naeh der Behandlung, also gealtert, #5 = 202 kg/mmê #, =245 kg/mmê, wobei #, die Streckgrenze, #" die Zug festigkeit darstellt.
Im dritten Ausführungsbeispiel werden Stahlstäbe mit 0,5 % C, 0,8 % Mn, 0,3 % Si, P und S unter 0,06%, nach Verwindung unter Zug im kalten Zustande durch 25 sek einer Temperatur von l050 C ausgesetzt. Die 12 mm dicken Stäbe wurden mu diesem Zwecke mit einer Geschwindigkeit von 5,25 m/min durch einen 2,20 m langen Ofen mit 24 Bren nersternen geschickt. Jeder Brennerstern be stand aus drei unter 120 am Kreisumfang angeordneten Brennern, die mit einem Leuchtgas-Luftgemisch betrieben wurden. Die Brenner brannten auf den Stab. Die Tempe ratur im Brennerstern wurde zu 1050 C ge messen. Die Stäbe hatten vor der Behandlung #i, = 56 kg/mmê und #, = 77 kg/mmê lnd nach der Behandlung #, = 62 kg/mmê und #, = 81 kg/mmê.
Die angegebenen Werte sind Mittelwerte aus 126 Versuchen.
Zur leichteren Handhabung können die Stäbe sogleich oder kurze Zeit nach der Wärmebehandlung abgeschreckt werden, da Versuche ergaben, dass dadurch kein nachtei liger Einfluss auf die Eigenschaften der Stäbe eintritt. Die Abschreckung kann durch Überbrausen mit Wasser oder Tauchen in Wasser oder ein anderes geeignetes Medium erfolgen.
Die nach dem erfindungsgemässen Ver fahren vergüteten Profilstähle und -eisen kommen für die verschiedensten Verwen dungszwecke in Betracht. So sind sie als hochwertige Einlagen für sehla.ffbewehrte Stahlbetontragwerke, für die im allgemeinen eine möglichst hohe Streckgrenze und ein möglichst grosser Wert für das Verhältnis von Streckgrenze zur Zugfestigkeit erwünscht. ist, vorteilhaft geeignet, insbesondere auch deshalb, weil keine die Biegefähigkeit ver mindernde Versprödung durch lange Zwi- se.henlagerung möglich ist.
Weiter kommen sie als höchstwertige Bewehrungsstähle für Spannbeton in Betracht, für die ausserdem eine hohe Lage der Proportionalitätsgrenze erwünscht ist, da. bis zu dieser bei Raumtem peratur griecherseheinungen entweder nicht. auftreten oder so klein sind, dass sie vernach lässigt werden können.
In beiden Fällen ist die dabei auftretende Versprödung von ge ringer Bedeutung, da nach dem derzeitigen Stand der Technik Bruchdehnungen von 8 bzw. 4%, gemessen über einer Länge vom zehnfachen Stabdurchmesser, als ausreichend angesehen werden.
Ausserdem weisen die so vergüteten Stähle eine kontinuierliche Arbeitslinie auf, wo durch sich die damit hergestellten Tragwerke an der kritischen Grenze der Belastung gün stiger verhalten, als die aus sogenannten naturharten Stählen mit ausgeprägtem Fliessbereich. Auch können die bei dem Ver fahren verwendbaren niedriger - Bekohlten oder niedriger legierten Stähle leichter, sowie metallurgisch und festigkeitsmässig einwand- freier durch die Schmelzschweissung verbun den werden.