DD221759B1 - Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt - Google Patents

Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt Download PDF

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Kurt Welfle
Heinz Winterstein
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Florin Stahl Walzwerk
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    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
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    • E04C5/01Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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Description

Si = 0,17 bis 0,50%
Mn = 0,55 bis 1,10%
Cr = 0,0 bis 0,50%
Cu = 0,0 bis 0,40%
Mo = 0,0bis-0,20%
Ni = 0,0 bis 0,50%
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa im Abmessungsbereich 6 bis 32 mm Nenndurchmesser, mit universeller Schweißeignung und mit gegenüber dem Stand der Technik überhöhten Maximalwerten für Cr, Cu, Mo und Ni, wobei die Grenzen 0,30% für Cr, 0,30% für Cu, 0,10% für Mo und 0,30% für Ni überschritten werden. Die Erfindung ist in der Metallurgie bei der Erschmelzung dieses Stahles, bevorzugt bei hohen Schrott- zu Roheisenverhältnissen im Einsatz und überhöhten Legierungselementgehalten an Cr, Cu, Mo und Ni anwendbar und berücksichtigt die speziellen Bedingungen von Strangguß.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Steigende Schrottverseuchung mit metallurgisch nicht oder nur schwer beeinflußbaren Elementen wie Cr, Cu, Mo und Ni führt zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Stählen, die diese Elemente nur bis zu einem bestimmten Maximalwert enthalten dürfen. Der Gebrauchswert von höherfesten Betonstählen wird im wesentlichen vom Festigkeitsniveau, der Schweißeignung und den Elastizitätseigenschaften bestimmt. Diese Eigenschaften besitzen die Stähle aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und des Herstellungsverfahrens.
Alle im Stahl enthaltenen Legierungselemente behindern bei Belastung in irgendeiner Form mehr oder weniger die Bewegung von Versetzungen und verschieben damit den Fließbeginn zu höheren Spannungen, wodurch die Festigkeit gesteigert wird und die Verformungsfähigkeit insgesamt abnimmt. In diesem Zusammenhang sind nicht nur die verfahrensmäßig vorgesehenen absichtlich zugegebenen Elemente, sondern auch Stahlbegleit-, Spuren- und unkontrollierbar zufällig aus bzw. mit dem Stahlschrott in die Schmelze gelangende Legierungselemente zu berücksichtigen, die zum Teil einen beachtlichen Einfluß auf die Eigenschaften ausüben. Je weniger sich von Schmelze zu Schmelze die Gehalte aller Elemente im Stahl verändern, um so geringer ist die Streubreite der Eigenschaften einer Stahlmarke, deren Mindest- und Höchstwerte über die chemische Zusammensetzung eingestellt werden.
Um in den verschiedenen Verarbeitungs- und Beanspruchungszuständen die bestehenden technischen Forderungen an eine Stahlmarke zu erfüllen, werden beim gegenwärtigen Stand der Technik, z.B. bei dem Betonstahl StT-IV (TGL 12530/08), die Gehalte an C, Si, Mn durch eine Mindest- und Höchstgrenze und bei P, S, Cr, Cu, Mo und Ni durch Maximalgrenzen geregelt. Danach hat ein St T-IV mit 16 bis 32 mm Nenndurchmesser folgende chemische Zusammensetzung in der Schmelzanalyse aufzuweisen:
C = 0,20 bis 0,26%
Si = 0,25 bis 0,55%
Mn = 0,80 bis 1,10%
P < 0,050%
S < 0,050%
Cr < 0,30%
Cu < 0,30%
Mo < 0,10%
Ni < 0,30%
Nach der Definition der EURONORM 20-74 ist dieser Betonstahl der Gruppe der unlegierten Stähle zuzuordnen. Die Legierungsbasis für seinen Gebrauchswert bilden die Elemente C, Si und Mn, während P und S als schädliche Stahlbegleitelemente und Cr, Cu, Mo und Ni wegen ihrer zufälligen und unkontrollierten Anwesenheit als unerwünschte Legierung einzustufen sind, die obige Maximalgrenzen notwendig macht.
Bei Cr, Cu, Mo und Ni handelt es sich um Elemente, die im metallurgischen Herstellungsprozeß schwer oder praktisch nicht vermindert werden können. Dieser Umstand führt dazu, daß bei der Stahlerschmelzung aus vorwiegend Rücklaufschrott im Laufe der Jahre der Pegel von Cr, Cu, Mo und Ni kontinuierlich ansteigt und durch zusätzliche Schrottverunreinigung mit wachsender Häufigkeit Schmelzen anfallen, die bereits in der Einlaufanalyse die Maximalgrenzen überschreiten. Störungen im Schmelzbetrieb sind die Folge, in dem nach dem Vorliegen der Einlaufanalyse evtl. Änderungen im Produktionsprogramm vorgenommen werden müssen, beim Strangguß der Sequenzguß mit Verlusten verbunden ist, auf Stahlmarken ohne bzw. mit verminderten Anforderungen an die Legierungseinheit ausgewichen werden muß und sogar vereinzelt die Schmelzen als Schrott eingestuft werden müssen.
Um diese Störungen im Produktionsprozeß zu vermeiden, wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stählen vorgeschlagen, das die Prinzipien für ein Verarbeiten von Flüssigstahl mit überhöhten Gehalten an Cr, Cu, Mo und Ni zu hochwertigen Stählen mit gleichmäßigen Eigenschaften darlegt, indem die unkontrollierbar in die flüssige Schmelze gelangten Spuren- und Legierungselemente entsprechend ihrem Legierungswirkwert auf die Festigkeitseigenschaften und die Schweißeignung zur Reduzierung der technologischen Legierungszugabe an Ferro-Si und Ferro-Mn oder anderen Elementen genutzt werden, wobei nur die Differenz zwischen dem tatsächlichen Gehalt an Cr, Cu, Mound Ni und dem statistischen Mittelwert des betreffenden Elements in den Einlaufanalysen, unter Beachtung weiterer Randbedingungen, für die Legierungseinsparung genutzt wird. Konkrete Angabenzur Menge und Toleranzbreite der Gesamtlegierungssumme von Si, Mn, Cr, Cu, Mo und Ni sowie für diezulässige Schwankungsbreite des Gehaltes der einzelnen Legierungselemente für eine bestimmte Stahlmarke sind nicht bekannt.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht in der Verarbeitung von mit Cr, Cu, Mo und Ni verunreinigtem Stahlschrott zu thermisch verfestigtem Betonstahl im Abmessungsbereich 6 bis 32 mm Nenndurchmesser mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa und universeller Schweißeignung, um Änderungen des laufenden Schmelzprogramms bei der Herstellung dieses Stahls durch Schrottverunreinigung weitgehend zu vermeiden. Ausfall- und Störzeiten im Schmelzbetrieb zu senken und während des Stranggießens den Sequenzguß beim Übergang von der standardisierten Betonstahlmarke auf die erfindungsgemäße mit erhöhten Gehalten an Cr, Cu, Mo und Ni nicht zu unterbrechen..
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt mit einer Mindeststreckgrenze von 500MPa im Abmessungsbereich 6 bis 32mm Nenndurchmesser, mit universeller Schweißeignung und mit gegenüber dem Stand der Technik überhöhten Maximalwerten für Cr, Cu, Mo und Ni, wobei die Grenzen 0,30% für Cr, 0,30% für Cu, 0,10% für Mo und 0,30% für Ni überschritten werden, eine neue Legierungsmethode mit multivariabler Legierungskombination anzugeben, die es gestattet, ohne Einschränkungen des Gebrauchswertes die zufällig und unkontrollierbar aus dem Stahlschrott in die flüssige Schmelze gelangten Legierungsverunreinigungen entsprechend ihrer Wirkung auf die wichtigsten Eigenschaften in die Gesamtlegierung einzubeziehen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Legierungsbasis die Elemente Si, Mn und/oder Cr und/oder Cu und/oder Mo und/oder Ni bilden und der Gesamtlegierungseinfluß auf die Streckgrenze über das Legierungsäquivalent La
(La = Mn + 0,7 (% Si + % Cr + % CuJ + 2 [% Mo] + 0,4 [% Ni])
begrenzt wird.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Legierungsäquivalent von 1,25 < L* < 1,85 eingehalten wird und für die einzelnen Legierungselemente folgende Grenzen gelten:
Si = 0,17bis0,50%
M = 0,55 bis 1,10%
Cr = 0,0 bis 0,50%
Cu = 0,0 bis 0,40%
Mo = 0,0 bis 0,20%
Ni = 0,0 bis 0,50%
Mit Hilfe der Erfindung entfallen größtenteils Abwertungen der programmgemäßen Betonstahlmarke auf Stahlmarken mit herabgesetzten Anforderungen bezüglich der Maximalgehalte an Legierungselementen aus dem Stahlschrott bzw. auf Stahlmarken mit vermindertem Gebrauchswert und in bestimmtem Umfang treten Ferro-Si- und Ferro-Mn-Einsparungen ein.
Ausführungsbeispiel
Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre, die die Möglichkeiten der Begrenzung des Gesamtlegierungseinflusses nutzt, ergeben sich überraschende Legierungsvariationen für thermisch verfestigten Betonstahl mit definierten Gebrauchseigenschaften (Tafel 1).
Die Beispiele veranschaulichen die Kombinationsmöglichkeiten der Elemente Cr, Cu, Mo und Ni und die erfindungsgemäße Kompensation ihres Einflusses durch Absenkung der Si- und Mn-Gehalte, deren Einstellung im Schmelzbetrieb ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.
Die angegebenen U-Werte für das Legierungsäquivalent, das praktisch den auf Mn bezogenen Einfluß der Elemente auf die Streckgrenze enthält, zeigen das Erreichen des Zieles der Erfindung. Der Legierungseinfluß auf das Kohlenstoffäquivalent Сд wird ebenfalls in engen Grenzen und auf niedrigem Niveau mit Сд = 0,450 bis 0,559 gehalten. Das maximale Kohlenstoffäquivalent kann nach der gültigen TGL 12530/08 Сд = 0,60 betragen.
Tafel 1: Beispiele für chemische Zusammensetzung von erfindungsgemäßen thermisch verfestigten Betonstählen mit Mindeststreckgrenzen von 500MPa
Nr. С Si Mn Cr Cu Mo Ni U Сд Bemerkungen
1 0,24 0,32 0,82 0,50 0,15 0,00 0,08 1,53 0,493 nach Anspruch 1
2 0,24 0,35 0,87 0,15 0,40 0,00 0,08 1,54 0,451 nach Anspruch 1
3 0,24 0,27 0,70 0,15 0,15 0,20 0,08 1,54 0,453 nach Anspruch 1
4 0,24 0,33 0,84 0,15 0,15 0,00 0,50 1,53 0,450 nach Anspruch 1
5 0,24 0,28 0,69 0,50 0,40 0,00 0,08 1,55 0,491 nach Anspruch 1
6 0,24 0,26 0,65 0,50 0,15 0,20 0,08 1,72 0,514 nach Anspruch 1
7 0,24 0,28 0,69 030 0,15 0,00 0,50 1,55 0,496 nach Anspruch 1
9 0,24 0,26 0,65 0,50 0,40 0,00 0,50 1,66- 0,509 nach Anspruch 1

Claims (2)

1. Betonstahl warmgewalzt und thermisch verfestigt mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa im Abmessungsbereich 6 bis 32 mm Nenndurchmesser, mit universeller Schweißeignung und mit gegenüber dem Stand der Technik überhöhten Maximalwerten für Cr, Cu, Mo und Ni, wobei die Grenzen 0,30% für Cr, 0,30% für Cu, 0,10% für Mo und 0,30% für Ni überschritten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbasis die Elemente Si, Mnund/oder Cr und/oder Cu und/oder Mo und/oder Ni bilden und der Gesamtlegierungseinfluß auf die Streckgrenze über das Legierungsäquivalent La
(La = Mn + 0,7 [% Si + % Cr + % Cu] + 2 [% Mo] + 0,4 [% Ni])
begrenzt wird.
2. Betonstahl nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungsäquivalent von
1,25 < La < 1,85 eingehalten wird und für die einzelnen Legierungselemente folgende Grenzen gelten:
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