DD149943C4

DD149943C4 - Verfahren zur herstellung von hochfesten schweissbaren betonstaehlen

Info

Publication number: DD149943C4
Application number: DD22004280A
Authority: DD
Inventors: Ernst Dr-Ing Guenther; Kurt Dipl-Ing Welfle; Wolfgang Dr-Ing Habil Lehnert
Original assignee: Brandenburg Stahl Walzwerk
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1993-01-28
Also published as: DD149943B1; DD149943A1

Description

entspricht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen in Form von Walzdraht. Das Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von Walzdraht in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraßen, bei denen der Walzdraht durch einen rotierenden Legearm in Windungen auf ein Transportband ausgefächert wird. Zur Senkung des spezifischen Stahleinsatzes und damit zur Verbesserung der Materialökonomie ist die Bauindustrie daran interessiert, den Einsatz von hochfesten Betonstählen mit Streckgrenzen über 390 N/mm² ständig zu erhöhen. Ein ökonomischer Einsatz dieser Stähle ist jedoch nur dann gegeben, wenn sie in der gesamten benötigten Abmessungspalette zur Verfügung stehen und neben der hohen Festigkeit gleichzeitig eine universelle Schweißeignung und eine gute Kaltumformbarkeit aufweisen. Die letztgenannten Forderungen werden von den sogenannten naturharten Stählen, die relativ hohe C-, Si-, Mn- und/oder Cr-Gehalte aufweisen und den kaltverformten Betonstählen, bedingt durch die Verfestigung, die bei der Kaltverformung nach dem Warmwalzen eintritt, nicht erfüllt.

Es ist bekannt, zur Beseitigung der bei diesen Stählen vorhandenen Nachteile bei einem Stahl mit C-, Si- und Mn-Gehalten, die eine universelle Schweißeignung gewährleisten, zur Erhöhung der Festigkeit eine partielle Vergütung direkt aus der Walzhitze durchzuführen, wobei die oberflächennahen Bereiche durch eine intensive Wasserabkühlung bis unter den Martensitpunkt abgeschreckt und dann durch die im Kern verbliebene Wärme im Verlauf des nachfolgenden Temperaturausgleiches an Luft angelassen werden. Diese sogenannte thermische Verfestigung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Stabmaterial auf Feinstahlwalzwerken. Sie ist nicht geeignet für die Herstellung von Walzdraht auf modernen Hochleistungsdrahtstraßen, bei denen der Walzdraht durch einen rotierenden Legearm in Windungen auf ein Transportband ausgefächert wird. Das Windungsiegen und Adjustieren des thermisch verfestigten Drahtes bereitet außerordentliche Schwierigkeiten und führt zu Havarien und Störungen im Produktionsprozeß.

Es ist weiterhin bekannt, daß Walzstahl mit hoher Festigkeit und Zähigkeit sowie sehr guter Schweißeignung und Kaltumformbarkeit durch sog. kontrolliertes oder thermomechanisches Walzen hergestellt werden kann. Das Wesen der kontrollierten Walzung besteht darin, daß der Walzprozeß, der üblicherweise zwischen 1373 und 1573K beginnt und zwischen 1223 und 1373K beendet wird, in ein Vor- und Fertigwalzen aufgeteilt wird. Nach dem Vorwalzen wird eine Walzpause von einigen Sekunden bis zu mehreren Minuten eingelegt, während der das Walzgut bis auf eine Temperatur im unteren Austenitgebiet (unter 1223K) abkühlt. Dann erst erfolgt das Fertigwalzen mit einem vorgegebenen Umformgrad, der in einem oder mehreren Walzstichen aufgebracht werden kann. Auf diese Weise erhält man ein sehr feinkörniges Sekundärgefüge, das dem Stahl eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr guter Zähigkeit verleiht. Mit diesem Verfahren kann man bei niedriggekohlten ferritisch-perlitischen Si-Mn-Baustählen, die zusätzlich mit einigen hundertstel bis zehntel Prozent Nb, V, Ti oder einer Kombination dieser Elemente mikrolegiert sind, bei sehr guter Schweißeignung und Kaltumformbarkeit Streckgrenzenwerte bis etwa 450N/mm² erzielen. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß durch die Pause zum Zwischenkühlen des vorgewalzten Materials ein unvertretbar hoher Produktionsverlust eintritt, wenn nicht besondere Plätze, z.B. Parallelrollgänge zum Arbeitsrollgang bei Grobblechwalzwerken, vorhanden sind, die es gestatten, das vorgewalzte Material zum Zwischenkühlen aus dem Produktionsfluß zu nehmen. Weiterhin ist auch noch bekannt, mikrolegierte Betonstähle thermomechanisch zu walzen. Das Verfahren hat aber wegen der damit verbundenen und technologischen Probleme für kontinuierliche Feinstahl- und Drahtstraßen keine Bedeutung erlangt. Bei Stählen mit mittleren bis hohen C-Gehalten (0,4-0,9% C) wird auf modernen kontinuierlichen Drahtstraßen zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften, insbesondere der Ziehfähigkeit, eine beschleunigte Abkühlung des Walzdrahtes, die in der Regel aus zwei Kühlstufen besteht, durchgeführt. In der ersten Kühlstufe wird der Draht durch eine Wasserkühlstrecke auf eine Temperatur im unteren Austenitgebiet (ca. 1 073K) abgeschreckt. Dadurch wird erreicht, daß der fertige Draht nur eine geringe Zunderauflage hat und die Entzunderung in den Ziehereien durch Beizen wesentlich vereinfacht wird. Nach dieser ersten Kühlstufe wird der Draht durch eine intensive Kühlung mit Gebläseluft mit möglichst hoher Geschwindigkeit (mindestens ca. 7 K/s) durch den Bereich der γ-α-Umwandlung abgekühlt, so daß eine kontinuierliche Umwandlung zu einem feinstreifigen perlitischen Gefüge mit möglichst geringen Anteilen an voreutektoidem Ferrit erfolgt.

Es wurde auch vorgeschlagen, in der zweiten Kühlstufe durch eine mit Wasser bzw. Wasser-Luft-Gemischen beaufschlagte Kühltrommel eine möglichst schnelle Abschreckung bis auf ca. 823 K, das heißt, eine der Bleibadpatentierung entsprechende Temperatur vorzunehmen und so eine quasi-isotherme Umwandlung in der unteren Perlitstufe zu erreichen. Ziel der zweiten Kühlstufe ist in jedem Fall ein der Bleibadpatentierung möglichst nahekommendes Temperaturregime zu realisieren, um ein dieser Behandlung entsprechendes Gefüge aus feinstreifigem Perlit (Sorbit) mit möglichst geringen Anteilen an voreutektoidem Ferrit, das sich für die Weiterverarbeitung durch Ziehen als optimal erwiesen hat, zu erhalten. Dieses sogenannte Walzpatentieren wird aber nur bei unlegierten C-Stählen mit mittleren bis hohen C-Gehalten (0,4-0,9%) und niedrigen Mn-Gehalten (bis etwa 0,7%) für Seil- und Federdrähte angewendet, da es nur bei diesen Stählen zu einer Verbesserung der Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften führt.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die für die Herstellung von hochfestem Betonstahl in Ringbunden auf Hochleistungs-Kontidrahtstraßen genannten Nachteile, die mit einer thermischen Verfestigung oder einer thermomechanischen Walzung verbunden sind, zu beseitigen und einen hochfesten Betonstahl zu entwickeln, der sich ohne Leistungsminderung und bei hoher Produktionssicherheit auf einer modernen Hochleistungsdrahtstraße herstellen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, auf einer Hochleistungs-Kontidrahtstraße bei hoher Produktivität und mit großer Produktionssicherheit hochfeste Betonstähle mit Streckgrenzen über 390 N/mm² herzustellen, die sich außer durch ihre hohe Festigkeit gleichzeitig durch eine universelle Schweißeignung und gute Kaltumformbarkeit auszeichnen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Walzdraht, der maximale Legierungsgehalte von 0,30% C, 1,0% Si, 2,0% Mn aufweist und zusätzlich mit maximal 0,20% V, 0,10% Nb oder 0,20% Ti mikrolegiert sein kann, zunächst in vom Prinzip her bekannter Weise durch Wasser- und Luftkühlstrecken möglichst schnell auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe, vorzugsweise unter 1 023 K, abgekühlt wird. Dadurch werden Kornwachstumsvorgänge weitgehend vermieden, so daß die durch den Walzprozeß erzeugte feinkörnige Austenitstruktur bis zur Umwandlung erhalten bleibt und die Bildung eines feinkörnigen voreutektoiden Ferrits begünstigt wird. Im Falle einer Mikrolegierung von V, Nb oder Ti wird durch diese Behandlung gleichzeitig eine Ausscheidung von Nitriden oder Karbonitriden der Mikrolegierungselemente aus dem Austenit weitgehend verhindert. Die weitere Abkühlung bis auf eine Temperatur von etwa 823 K wird erfindungsgemäß so auf die Legierungsgehalte an Si und insbesondere Mn abgestimmt, daß die Umwandlung praktisch vollständig in der Perlitstufe abläuft, die Bildung von Bainit und/oder Martensit vermieden wird und im Falle einer Mikrolegierung mit V, Nb oder Ti eine nahezu vollständige Ausscheidung der Nitride bzw. Karbonitride der Mikrolegierungselemente aus dem übersättigten Ferrit in einer für die Erzielung einer Ausscheidungshärtung und damit einer Festigkeitssteigerung effektiven Form erzielt wird. Das wird erreicht, indem für die Abkühlungsgeschwindigkeit ν in diesem Temperaturbereich bis zum Ende der γ-α-Umwandlung die Bedingung

Igv = 0,97 - 1,02 exp - -^- - 1,95 exp -

Si² ^K Mn⁴

eingehalten wird. Aus dieser Gleichung erhält man ν in K/s, wenn für Si und Mn die Masseanteile des Stahls in % an diesen Elementen eingesetzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß durch diese Behandlung ein ähnlicher Effekt auf das Sekundärgefüge, insbesondere die Ferritkorngröße und die mechanischen Eigenschaften erzielt werden kann wie beim thermomechanischen Walzen im unteren Austenitgebiet, so daß man im Ergebnis einen Stahl mit hoher Festigkeit und gleichzeitig guten plastischen Eigenschaften erhält. Dabei ist die Behandlung um so wirkungsvoller, je mehr sich die tatsächliche Abkühlungsgeschwindigkeit dem berechneten Grenzwert nähert. Von etwa 823 K bis auf Raumtemperatur wird der Walzdraht in an sich bekannter Weise so abgekühlt, daß die Ausscheidung des Tertiärzementits aus dem Ferrit in einer die plastischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussenden Form erfolgt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert. Aus 4 verschiedenen mikrolegierten Stählen, deren chemische Zusammensetzung in Tafel 1 wiedergegeben ist, wurde Walzdraht von 10 mm 0 hergestellt.

Tafel 1: Chemische Zusammensetzung der untersuchten Stähle

Stahl	Chemische Zusammensetzung	Si	Mn	P	S	(Masseanteile in %)	Ti
Nr.	C	0,49	0,84	0,015	0,020	Sonstige	V
1	0,21	0,45	0,81	0,014	0,019	0,13	Nb; 0,09 V
2	0,21	0,46	0,77	0,014	0,018	0,09	Nb
3	0,20	0,41	0,92	0,016	0,025	0,04
4	0,22		0,06

Für die Abkühlung der 4 Stähle nach dem letzten Walzstich wurden unterschiedliche Varianten gewählt.

Variante 1: ungeregelte Abkühlung an Luft.

Variante 2: Beschleunigte Abkühlung des Drahtes nach dem letzten Walzstich mit einer Geschwindigkeit von 260 K/s auf 983-1 013 K.

Anschließend geregelte Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 3 K/s bis auf 823 K und danach weitere Abkühlung

mit 6K/S bis auf 573K

Variante 3: (erfindungsgemäßes Verfahren): Beschleunigte Abkühlung des Drahtes nach dem letzten Walzstich mit einer Geschwindigkeit von 260 K/s auf 983-1 013 K.

Anschließend geregelte Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von erfindungsgemäß 8,9 K/s für Stahl 1,9,2 K/s für

Stahl 2,9,3 K/s für Stahl 3 und 7,8 K/s für Stahl 4 bis auf 823 K und danach weitere Abkühlung mit 6K/S bis auf 573 K. Durch die Prüfung des Walzdrahtes und in deren Auswertung bzw. empirischen Auswertung wurden die in Tafel 2 zusammengestellten Werte ermittelt.

Tafel 2: Mechanische Eigenschaften des Walzdrahtes

	Abkühlungsvariante 1	Rm	A₆	Abkühlungsvariante 2	Rm	A₅	Abkühlungsvariante 3	Rm	A₅
Stahl	Re	^! N/mm^:	^! %	Re	^! N/mm^:	^! %	Re	^! N/mm^:	^! %
Nr.	N/mm^:	647	26,5	N/mm^:	682	28,8	N/mm'	730	26
1	433	633	28,6	566	682	29,0	600	730	26
2	442	632	27,2	559	688	29,7	600	730	26
3	450	605	29,6	594	662	30,3	620	730	26
4	422	558	600

Aus Tafel 2 geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Behandlung ein Walzdraht mit sehr hoher Festigkeit (Re > 550 N/mm²) bei guten plastischen Eigenschaften (A₅ > 25%) erzeugt wurde.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochfesten schweißbaren Betonstählen mit Mindeststreckgrenzen §390 N/mm², die maximale Legierungsgehalte von 0,30% C, 1,0% Si, 2,0% Mn aufweisen und zusätzlich mit maximal 0,20% V, 0,10% Nb oder 0,20% Ti mikrolegiert sein können, als Walzdraht, der unmittelbar nach der Warmumformung möglichst schnell auf eine Temperatur im Bereich der Perlitstufe (ca. 1 023 K) abgekühlt wird, gekennzeichnet dadurch, daß bei der anschließenden Abkühlung bis zum Ende der γ-α-Umwandlung, das heißt, bis zu einer Temperatur ^823 K die Geschwindigkeit ν in K/s der Beziehung

Igv = 0,97 - 1,02 exp. - - 1,95 exp.

Ol