DD208631A1 - Verfahren zur warmverformung thermisch verfestigten stahls - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Warmverformung thermisch verfestigten Stahls. Das Verfahren soll im Stahlbetonmontagebau bei der Bearbeitung von Stahlbetonbewehrungen grosser Durchmesser sowie im Stahlbau bei der Bearbeitung von Stahlbauteilen und -profilen aus thermisch verfestigtem Stahl mit begrenztem Kohlenstoffgehalt angewendet werden. Ziel der Erfindung ist eine nachtraegliche Warmverformung an Bauteilen aus thermisch verfestigtem Stahl, insbesondere bei Bau- und Betonstaehlen mit einem Durchmesser >= 25 mm bzw. bei Querschnitten, d. nicht mehr kalt geformt werden koennen. Waehrend d. Stahlverarbeitg. soll d. Warmverformg. ohne Festigkeitseinbusse ermoegl. werden, wobei d. Reverfestigung d. Stahls m. Martensit- u. Zwischenstufengefuege o. wesentliche Versproedung erreicht wird. Erfindungsgemaess wird d. Aufgabe dadurch geloest, d. thermisch verfestigter Stahl o. Festigkeitseinbusse i. Verarbeitungsprozess oertlich begrenzt ueber eine Laenge zw. d. 1-bis 1,5fachen d. mittleren Querschnittsabmessg. durch konzentr. Waemezufuhr schnell auf etwa 1000 bis 1200 Grad C erhitzt, waehrend der natuerlichen Abkuehlphase auf 900 bis 880 Grad C in einem Zeitintervall von ca. 30 sec. noch vor dem Erreichen der A tief r3- Temperatur an der erhitzten Stelle gebogen und/oder gerichtet und danach fuer kurze Zeit intensiv gekuehlt und gegebenenfalls wieder angeblasen wird.

Description

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Verfahren zur Warmverformung thermisch verfestigten Stahls

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, da.s im Stahlbetonmontagebau bei der Bearbeitung von Stahlbetonbewehrungen großer Durchmesser sowie im Stahlbau bei der Bearbeitung von Stahlbauteilen und -profilen aus thermisch, verfestigtem Stahl mit begrenztem Kohlenstoffgehalt angewendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß unlegierter und legierter Kohlenstoff-Stahl, dessen A -Punkt bei ca. 770 ⁰C liegt, auf 1000 ⁰C erwärmt, anschließend nach, erfolgter Abkühlung auf eine temperatur über dem A _-Punkt oder bei fallender Temperatur aber noch oberhalb des A ^-Punktes einer plastischen Umformung = 25 % unterzogen und sofort danach in einem seiner Legierung entsprechenden Medium, wie Wasser, Öl oder Luftstrom abgeschreckt, erneut sehr rasch auf eine Temperatur über dem A₀^- Punkt erwärmt und wieder abgeschreckt wird (DD-WP 89865)· Dieses Verfahren ist Bestandteil des Produktionsprozesses im Walzwerk bei der Herstellung thermomechanisch verfestigter Stähle zur Erzielung der Festigkeitaerhöhung, indem ein Geflige aus feinkörnigem Martensit-mit möglichst hoher Fehlstellendichte erzeugt wird.

Es ist kein Verfahren bekannt, das für Anwender bzw. Verbraucher von thermomechanisch verfestigtem Stahl,' insbesondere bei Verwendung von Betonstahl in der Bauindustrie, eine universelle Bearbeitbarkeit, wie Warmformgebung, Warmrichten, Schweißen ohne Qualitätseinbuße ermöglicht. Die bekannten Massenstähle Betonstahl St A - I und Baustahl

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ST 38 besitzen universelle Verarbeitungseigenschaften für Kalt-%armformgebung, Schweißen u. ä. aber niedrige Festigkeit. Bei Stahl- und Stahlbetonkonstruktionen können geringere Stahlmengen eingesetzt werden, wenn ein Werkstoff mit gleicher oder ähnlicher Eigenschaftsbreite, aber höherer Festigkeit an ihrer Stelle verwendet wird. Dies ist bis dato nur wirtschaftlich möglich durch die Verwendung höherfester naturh.arter Stähle, bei denen die Pestigkeitssteigerung durch höheren Kohlenstoffgehalt und höhere Legierungsanteile erreicht worden ist, wie z. B. bei dem naturharten Betonstahl St A-III, wodurch aber Einschränkungen in der Eigenschaftsbreite, vor allern hinsichtlich der Schweißeignung des Stahles entstanden sind, auf die bei der Verarbeitung in besonderem Maße Rücksicht genommen werden muß. In der Regel ist damit auch eine höhere Anfälligkeit für Sprödbruch'⁵verbunden. Die seit einiger Zeit angebotenen, durch Abschrecken aus der Walzhitze thermisch verfestigten Stähle, insbesondere der in der DDR thermisch verfestigte Betonstahl St T-IV besitzt auf Grund des relativ niedrigen begrenzten Kohlenstoffgehaltes universelle Schweißeignung, jedoch den entscheidenden Nachteil, daß bei Wärmeeinwirkung im Wärmeflußbereich die durch thermische Verfestigung gesteigerte Festigkeit infolge Entfestigung verloren geht, so daß Warmforraungsarbeiten nicht ausgeführt werden können, es sei denn, der örtliche Fertig- -keitsverlust wird durch, größere Querschnitte ausgeglichen. Dies sind material-, arbeits- und energieaufwendige und auch konstruktiv ungünstige Lösungen.

Ziel der Erfindung

Es soll ein Verfahren zur Durchführung nachträglicher Warmverformungen an Bauteilen aus thermisch verfestigtem Stahl, insbesondere bei Bau- und Betonstählen mit einem Durchmesser ^ 25 mm bzw. bei Querschnitten, die nicht mehr kalt geformt werden können, angegeben werden. -

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Y/armverformung . thermisch verfestigten Stahls während der Stapelverarbeitung ohne Festigkeitseinbuße zu ermöglichen. Dabei soll eine

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Reverfestigung des Stahls mit Martensit- und Zwischenstufenge füge ohne wesentliche Versprödung erreicht werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch, gelöst, daß Einzelbzw. Bauteile aus thermisch verfestigtem Stahl im Verarbeitungsprozeß örtlich begrenzt, über eine länge zwischen dem 1 bis 1,5 Fachen der mittleren Querschnittsabmessung durch konzentrierte Wärmezufuhr schnell auf etwa 1000 bis 1200 ⁰C erhitzt, während der natürlichen Abkühlphase auf 900 bis 800 ⁰C in einem Zeitintervall von ca. 30 see. noch vor dem Erreichen der A ^-Temperatur an der erhitzten Stelle gebogen und oder gerichtet und danach für kurze Z,eit intensiv gekühlt und gegebenenfalls angelassen wird.

Ausführungsbeispiel·

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte und deren Wirksamkeit sollen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen

Bild 1 den Temperaturabfall eines profilierten Betonstahlstabes der Sorte St T-IV von 32 mm Durchmesser nach kurzzeitiger örtlich, intensiver Erwärmung auf Temperaturen von 960, 1060, 1150 und 1170 ⁰C und

Bild 2 ein Temperatur-Zeit-Diagramm in Form einer schematischen Darstellung mit Angabe der Verfahrensschritte bzw. einzuhaltenden Zeittakte.

Proben des thermisch, verfestigten Betonstahls St T-IV mit einem Nenndurchmesser von d^r = 32 mm folgender chemischer Zusammensetzung

0,24 % C, 0,41 % Si, 0,95 % Mn

werden unter Verwendung eines einflammigen Schneidbrenners mit KS-Düse 15/30 örtlich über eine Länge von 35 - 40 mm schnell bis auf Temperaturen von 1050 bis 1140 ⁰G (helle Rot- bis Weißglut) aufgeheizt und nach dem Löschen der Flamme

a).sich selbst überlassen, so daß natürliche Abkühlung durch Wärmeleitung im Stahl und Wärmeübergang an Luft bis Raumtemperatur erfolgt, (s. Bild 1),

b) nach einer Wartezeit von 30 Sekunden, während der an der erwärmten Stelle Verformungen (Rieht- oder Biegearbeiten)

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vorgenommen werden können, in Wasser von 18 und 25 ⁰G zeitlich, begrenzt über 25 und über 5 Sekunden gekühlt (s. Bild

und danach im Zugversuch geprüft. Die Oberflächentemperatur der erwärmten Stelle wird dabei mit einem fotoelektrischen Pyrometer Typ Pyrocord und die Aufheiz,- Warte- und Kühldauer mit einer Stoppuhr gemessen.

Ergebnisse

Festigkeitswerte des Grundwerkstoffs

R_1n.= 741 N/mm²; R_e = 611 N/mm²; A₅ = 19,8 %

Festigkeitswerte des Stahls nach Abkühlung an Luft R_1n = 592 N/mm2; R_e = 444 N/mm2 ; A₅ = 15,2 %

Festigkeitswerte des Stahls nach Einhaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte

- 25 Sekunden lang stark gekühlt bis zum Temperaturausgleich, Bruch im Grundwerkstoff

\ = 759 N/mm²; R_e = 621 IT/mm²; A₅ = 19,8 %

- 5 Sekunden lang stark gekühlt, geringe Wiederaufheizung aus Kernwärme, Bruch am Übergang zum Grundwerkstoff R_1n = 694 N/mm²; R_e = on N/mm²; A₅ = 10,8 %

Die Mindestforderungen It. Standard TGL 12530/08 sind: R_1n = 560 N/mm²; R_e = 490 N/mm²; A₅ = 10 %.

Für eine zeit- und energieökonomische Arbeitsweise und um örtlich starke Verzunderung des Stahls zu vermeiden, sollte die Aufheiztemperatur nicht über 1100 ⁰G liegen. Unter praktischen Bedingungen wird bei der Ausführung die zu erreichende höchste Temperatur im erwärmten Bereich durch die Aufheizdauer festgelegt (Zeittakt-1 s. Bild 2).

Bedingt durch die Tatsache, daß der Hauptanteil der örtlich eingebrachten Wärme infolge Wärmeleitung innerhalb des Stahles abfließt, fällt die Temperatur sehr schnell ab. Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß für die Ausführung der Warmbearbeitung nicht mehr als 30 Sekunden zur Verfügung stehen (Zeittakt 2 s. Bild 2).

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Die Zeitdauer der sich anschließenden Intensivkühlung (Zwangskühlung) und Anlaßglühung muß vorher in Versuchen an Proben mit gleichen Querschnittsabmessungen durch Festigkeitsnachweis im Zugversuch, ermittelt werden, um ausreichende Reverfestigung ohne wesentliche Versprödung oder örtlich zurückbleibende Erweichung zu garantieren (Zeittakt 3 und 4 s. Bild 2).

Die Reverfestigung kann unter praktischen Bedingungen mittels Poldikammer überprüft und kontrolliert werden, indem Härteeindrllcke des wärmeunbeeinflußten Stahls und solche des erwärmten Bereichs miteinander verglichen werden. Stark überhöhte Festigkeitswerte (Härtewerte) können anschließend durch erneutes Aufheizen auf Temperaturen zwischen 500 und 650 ° abgebaut werden (Zeittakt 4 s. Bild 2).

Claims (1)

1. Erfindungs ans pruch

   Verfahren zur -V/armverformung thermisch, verfestigten Stahls ohne Pestigkeitseinbuße, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl im Verarbeitungsprozeß örtlich begrenzt über eine Länge zwischen dem 1 bis 1,5-Fachen der mittleren Querschnittsabmessung durch, konzentrierte Wärmezufuhr schnell auf etwa 1000 bis 1200 ⁰G erhitzt, während der natürlichen Abkühlphase auf 900 bis 800 ⁰C in einem Zeitintervall von ca. 30 see, noch, vor dem Erreichen der A -,-Temperatur an der erhitzten Stelle gebogen und/oder gerichtet und danach, für kurze Zeit intensiv gekühlt und gegebenenfalls wieder angelassen wird.

   Hierzu ji.„_.Seiten Zeichnungen