DE19528671C1 - Verwendung eines niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls für Streckenausbauprofile für Grubenbetriebe und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Verwendung eines niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls für Streckenausbauprofile für Grubenbetriebe und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines
niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls für
Streckenausbauprofile für Grubenbetriebe und ein
Verfahren zu seiner Herstellung.
Ein für den Grubenausbau geeigneter Stahl soll nach DIN
21544 in vergütetem Zustand folgende garantierte Mindest-
Festigkeitseigenschaften aufweisen:
Streckgrenze: Re = 520 N/mm²
Zugfestigkeit: Rm = 650 N/mm²
Dehnung: A₅ = 18%
Kerbschlagarbeit: Av (DVM)*) = 48 J (bei + 20°C)
Zugfestigkeit: Rm = 650 N/mm²
Dehnung: A₅ = 18%
Kerbschlagarbeit: Av (DVM)*) = 48 J (bei + 20°C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L (nach DIN 2544:
künstlich gealtert).
In der DIN 21544 wird die Stahlsorte 31 Mn 4 mit 0,28
bis 0,36% C, 0,2 bis 0,5% Si, 0,8 bis 1,1% Mn, max.
0,045% P und S, min. 0,02% Al angegeben. Dieser Stahl
mit der deutschen Werkstoff-Nr. 1.0520 wird in den
Lieferzuständen warmgewalzt, normalgeglüht oder vergütet
angeboten. Die Vergütungsbehandlung besteht aus einem
Abschrecken von Härtetemperatur (im Austenitgebiet) in
Wasser oder Öl mit anschließendem Anlassen. Die
Härtetemperatur liegt im Bereich von 850 bis 920°C und
die Anlaßtemperatur beträgt mindestens 400°C.
Für den Streckenausbau von Grubenbetrieben werden u. a.
Rinnenprofile (DIN 21544) eingesetzt, die
unterschiedliche Maße und Metergewichte aufweisen, um die
an sie gestellten statischen Anforderungen zu erfüllen.
Das Profil TH 34 (34 kg Metergewicht) gilt beispielsweise
als leichtes Profil, während TH 40 als schweres Profil
bezeichnet wird. Für die Handhabung der Profile unter
Tage ist es von großer Bedeutung, daß der Streckenausbau
mit möglichst leichten Profilen ausgeführt werden kann.
Wenn nun der Ausbau einer Strecke aufgrund der
vorliegenden Gebirgsverhältnisse das Profil TH 40 aus
einem Stahl mit 520 N/mm² Mindeststreckgrenze erfordert,
dann könnte ebenso gut das Profil TH 34 eingesetzt
werden, wenn der Stahl eine dementsprechend höhere
Streckgrenze aufweisen würde. Die Berechnung der
statischen Werte von TH-Profilen ergibt in solch einem
Fall, daß die Streckgrenze etwa 700 N/mm² betragen muß.
Für den Grubenausbau gibt es auch naturharte Stähle,
siehe Stahl und Eisen, 104 (1984) Nr. 2, S. 95-96 und
DE 36 28 712 C2. Diese unter dem Kurznamen 17 Mn V 7
bekanntgewordenen Stähle enthalten 0,1 bis 0,25% C, 0,25
bis 0,6% Si, 1,0 bis 1,8% Mn, 0,08 bis 0,18% V, 0,2
bis 1,3% Cr und max. 0,06% Nb sowie 0,01 bis 0,35% Ti,
0,25 bis 0,55% Cu, Rest Eisen. Die Stähle haben nach
einer thermomechanischen Behandlung und eventueller
nachfolgender Normalglühung ferritisch- perlitisches
Gefüge. Nur in Seigerungsbereichen kann neben Ferrit und
Perlit örtlich auch etwas Bainit auftreten. Diese
bekannten Grubenausbaustähle leiten ihre mechanischen
Eigenschaften im wesentlichen aus den hohen Gehalten an
Kohlenstoff und Mangan ab, wobei die Zähigkeit durch
feinste Ausscheidungen von Metallnitriden und
Metallkarbiden verbessert wird. Mit solchen Stählen
werden folgende Eigenschaften erzielt:
Re = 570 N/mm²
Rm = 724 N/mm²
A₅ = 22%
Av (DVM)*) = 58 J (bei + 20°C)
Rm = 724 N/mm²
A₅ = 22%
Av (DVM)*) = 58 J (bei + 20°C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.
Dieser 17 Mn V 7 gehört zu den naturharten Stählen, deren
Festigkeitsspektrum wie gesagt durch höhere Kohlenstoff-
und Mangangehalte bestimmt wird.
Ein Rinnenprofil für nachgiebigen Streckenausbau von
Grubenbetrieben mit noch höherem Kohlenstoffgehalt im
Bereich von 0,25 bis 0,32% ist aus der DE 41 20 982 A1
bekannt, der eine Streckgrenze Re < 700 N/mm² im
vergüteten Zustand gewährleistet. Stähle mit einem derart
hohen Kohlenstoffgehalt erreichen zwar hohe Festigkeiten,
nicht jedoch ausreichende Zähigkeit.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Stahl
für Streckenausbauprofile, insbesondere Rinnenprofile,
für Grubenbetriebe anzugeben, der folgendes
Eigenschaftsspektrum garantiert:
Re < 700 N/mm²
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15%
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15%
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L
und der ferner dieses Eigenschaftsspektrum auch durch
eine vereinfachte Vergütungsbehandlung erreichen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die
Verwendung eines niedriglegierten hochfesten
Feinkornbaustahls, bestehend aus
0,05 bis 0,10% Kohlenstoff
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% Stickstoff
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% Stickstoff
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen einschl.
max. 0,04% Phosphor und max. 0,02% Schwefel mit
bainitischem Gefüge als Werkstoff für die Herstellung von
warmgewalzten Streckenausbauprofilen für Grubenbetriebe,
die im vergüteten Zustand das vorgenannte
Eigenschaftsspektrum aufweisen müssen.
Zusätzlich kann der Stahl bis 0,05% Vanadium und bis
1,2% Chrom enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des
erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Profile aus dem Austenitgebiet
mit 5 bis 50 K/s auf eine Temperatur im oberen oder
mittleren Bainitgebiet abgeschreckt und dann durch die
Restwärme unter quasi-isothermer Umwandlung in
bainitisches Gefüge an ruhender Luft auf Raumtemperatur
abkühlen gelassen werden.
Die Abstimmung der Stahlzusammensetzung auf diese
Wärmebehandlung ist von erfindungswesentlicher Bedeutung.
Die aus Härten und Selbstanlassen bestehende
Vergütungsbehandlung nach Anspruch 3 ist an sich aus der
DE 25 01 175 C3 bekannt. Sie unterscheidet sich vom
konventionellen Vergüten, bestehend aus Härten durch
Abschrecken von Härtetemperatur auf Raumtemperatur, und
nachfolgendem Anlassen auf eine Temperatur über 400°C im
wesentlichen dadurch, daß die Anlaßbehandlung nach dem
Härten nicht in einem gesonderten Anlaßofen durchgeführt
wird, sondern direkt im Anschluß an das Härten erfolgt.
Dazu wird der Härtungsvorgang so gesteuert, daß eine
bestimmte im Streckenausbauprofil verbleibende Restwärme
zum Anlassen des Gefüges ausreicht. Dazu wird der
Härtungsvorgang im Bainitbereich (unterhalb 500°C)
unterbrochen, d. h. die Abschreckbehandlung wird bei
dieser Temperatur beendet. Die dann im
Streckenausbauprofil noch vorhandene Wärme führt zum
Anlassen des gebildeten Bainits, üblicherweise als
Selbstanlassen bezeichnet. Der weitere Abkühlvorgang nach
Beendigung des Abschreckens von Härtetemperatur erfolgt
an ruhender Luft. Diese Vergütungsbehandlung hat eine
Reihe von Vorteilen. Hervorzuheben ist die kürzere Zeit
für die gesamte Vergütungsbehandlung sowie der geringere
apparative und energetische Aufwand.
Grubenausbauprofile können wie folgt vergütet werden:
Zum Härten werden die Profile wie üblich auf eine
Austenitisierungstemperatur erwärmt, die etwa 20 bis
50 K oberhalb der Ac3-Temperatur des verwendeten Stahls
liegt, das ist etwa 900°C. Das Abschrecken erfolgt mit
einem beliebigen Kühlmedium, das die Profile mit 5 bis
50 K/s kühlt. Der Abschreckvorgang wird während der
Gefügeumwandlung in Bainit, d. h. bei einer Temperatur von
500°C oder niedriger, beendet. Danach bleibt das Profil
mit der Restwärme sich selbst überlassen. Es erfolgt die
Umwandlung in bainitisches Gefüge, gefolgt von einem
Selbstanlassen.
Ein TH 34-Rinnenprofil aus einem Stahl mit folgender
Zusammensetzung (Gew.-%) wurde gefertigt:
Der Stahl wurde in einem Oxygenkonverter erschmolzen auf
einer Stranggießanlage vergossen und in einem
Kaliberwalzwerk zum Profil TH 34 warmgewalzt. Das
warmgewalzte Profil wurde nach dem Erkalten wiedererwärmt
und mittels Härten und Selbstanlassen vergütet. Dabei
betrug die Härtetemperatur 900°C. Das Abschrecken wurde
bei Erreichen einer Temperatur im Kern des Profiles von
400°C beendet, so daß das bei der Gefügeumwandlung
gebildete Härtungsgefüge durch die Restwärme des Profils
angelassen wurde. Die Prüfung des Profiles ergab folgende
Werte der mechanischen Eigenschaften:
Re = 752 N/mm²
Rm = 907 N/mm²
A₅ = 17,0%
Z = 72,0%
Av (DVM)*) 75 J, 93 J, 84 J (+ 20°C)
Rm = 907 N/mm²
A₅ = 17,0%
Z = 72,0%
Av (DVM)*) 75 J, 93 J, 84 J (+ 20°C)
*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.
Zum Vergleich erreicht ein TH 34-Rinnenprofil aus dem
bekannten Stahl 17 Mn V 7 im thermomechanisch gewalzten
Zustand die verlangte Streckgrenze von mehr als 520 N/mm².
Im konventionell vergüteten Zustand steigt die
Streckgrenze auf mehr als 700 N/mm². Nach einem Härten und
nachfolgendem Selbstanlassen liegt sie aber nur bei
550 N/mm². Daraus geht hervor, daß nicht jeder Stahl dazu
geeignet ist, die geforderten hohen mechanischen
Eigenschaften durch unterbrochenes Härten mit
nachfolgendem Selbstanlassen in der Restwärme zu
erreichen.
Claims (3)
1. Verwendung eines niedriglegierten hochfesten
Feinkornbaustahls, bestehend aus
0,05 bis 0,10% Kohlenstoff
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% StickstoffRest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen einschl. max. 0,04% Phosphor und max. 0,02% Schwefel mit bainitischem Gefüge als Werkstoff für die Herstellung von warmgewalzten Streckenausbauprofilen für Grubenbetriebe, die im vergüteten Zustand folgende mechanische Eigenschaften aufweisen müssen:Re < 700 N/mm²
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15% (DVM)
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.
0,05 bis 1,5% Silizium
1,5 bis 2,3% Mangan
0,01 bis 0,05% Aluminium
0,01 bis 0,07% Niob
0,01 bis 0,04% Titan
0,001 bis 0,005% Bor
0,1 bis 0,4% Molybdän
0,004 bis 0,012% StickstoffRest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen einschl. max. 0,04% Phosphor und max. 0,02% Schwefel mit bainitischem Gefüge als Werkstoff für die Herstellung von warmgewalzten Streckenausbauprofilen für Grubenbetriebe, die im vergüteten Zustand folgende mechanische Eigenschaften aufweisen müssen:Re < 700 N/mm²
Rm < 800 N/mm²
A₅ < 15% (DVM)
Av (DVM)*) < 60 J (bei + 20°C)*) 10% kaltverformt + 250°C/30′/L.
2. Verwendung eines Stahls der Zusammensetzung nach
Anspruch 1, der zusätzlich bis 0,05% Vanadium und bis
1,2% Chrom enthält für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verfahren zum Herstellen von warmgewalzten
Streckenausbauprofilen, insbesondere Rinnenprofile, für
Grubenbetriebe aus einem Stahl nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profile aus dem Austenitgebiet mit 5 bis 50 K/s auf eine
Temperatur im Bainitgebiet abgeschreckt und dann durch
die Restwärme während der weiteren Abkühlung auf
Raumtemperatur an ruhender Luft angelassen werden.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995128671 DE19528671C1 (de) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | Verwendung eines niedriglegierten hochfesten Feinkornbaustahls für Streckenausbauprofile für Grubenbetriebe und Verfahren zu seiner Herstellung |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN110129682A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-16 | 首钢集团有限公司 | 一种950MPa级TWIP钢及其制备方法 |
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| EP0168038A2 (de) * | 1984-07-10 | 1986-01-15 | Nippon Steel Corporation | Stahl mit hoher Bruchfestigkeit und hoher Zähigkeit |
| DE3628712C2 (de) * | 1986-08-23 | 1989-04-13 | Kloeckner Stahl Gmbh, 4100 Duisburg, De |
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1995
- 1995-08-04 DE DE1995128671 patent/DE19528671C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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Effective date: 20120301 |