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Dokumentenidentifikation DE2353034C3 12.10.1989
Titel Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Verbesserung der Verformbarkeit von warmgewalzten Stäben aus Stahl
Anmelder Centre de Recherches Métallurgiques-Centrum voor Research in de Metallurgie, Brüssel/Bruxelles, BE
Erfinder Respen, Yves, Herstal, BE;
Cosse, Paul, Bellaire, BE;
Economopoulos, Mario, Lüttich, BE
Vertreter Plöger, U., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 23.10.1973
DE-Aktenzeichen 2353034
Offenlegungstag 09.05.1974
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.10.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.1989
IPC-Hauptklasse C21D 1/02
IPC-Nebenklasse C21D 9/52   C21D 1/60   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Ein Verfahren dieser Art ist nach der DE-OS 21 08 314 bekannt. Danach sollen im unmittelbaren Anschluß an das letzte Gerüst eines Walzwerkes eine Wasserabschreckung bis auf eine oberflächliche Temperatur von ca. 150°C und eine sich daran anschließende Abkühlung an ruhender Luft vorgenommen werden, wobei die Abkühlung von einer Temperatur von einer über dem A&sub3;-Punkt liegenden Temperatur, beispielsweise von 1000°C, ausgeht und sich die Kerntemperatur auf 800°C vermindert. Bei der Wasserabschreckung entsteht zunächst ein ungleichmäßiges Gefüge, welches durch die sich anschließende langsame Abkühlung und damit verbundene Homogenisierung der Temperatur auf etwa 650°C eine über dem Querschnitt relativ gleichmäßige Ausbildung erfährt. Von der ausgeglichenen Temperatur ausgehend wird die Abkühlung an ruhender Luft so lange fortgesetzt, bis das Walzgut etwa 500°C angenommen hat, woran sich eine verstärkte Abkühlung in einem Wasserbad anschließt, bis eine Temperatur von etwa 100°C erreicht ist. Insgesamt kommt es zur Bildung eines homogenen perlitischen, feinstreifiges Gefüges.

Weiterhin ist nach "Stahl und Eisen" 1965, Seiten 1452/53, bekannt, Stabstahl aus der Walzhitze heraus zum Zwecke der Steigerung der Festigkeit zu härten, wobei Wasser für die Abschreckung verwendet wird. Beim Fertigwalzen beträgt die Temperatur des Stabstahls 950°C, während man für die Abschreckung von 880°C ausgeht. Die Kernzone erreicht bei einem 70 mm dicken Rundprofil bei der Abschreckhärtung mit Sicherheit eine Temperatur unter derjenigen der Martensit-Umwandlung, also unter 500°C, weil es in der Kernzone zur Martensitbildung kommt. Letztere beträgt 15% des Gesamtgefüges, während 10% des Gefüges Ferrit und der Rest Zwischenstufengefüge sind. Aus entsprechenden Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern läßt sich folgern, daß somit eine durchgreifende Härtung erfolgt ist.

Die Steigerung der Abschreckwirkung von Wasser durch Zusätze von Natronlauge oder Kochsalz ist nach den Mitt. aus dem Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, Band XXI, 1939, Seite 187, bekannt. Auch werden Salze, zum Beispiel Natriumtetraborat oder Natrium-Wasserglas, nach der DE-OS 22 05 395 als Zusätze für die Kühlflüssigkeit beim Abschrecken von Stahl vorgeschlagen; die Abkühlung soll dabei in zwei Stufen erfolgen, wobei innerhalb der ersten Stufe eine Temperatur von 750°C nicht unterschritten wird, um die Austenitkorngröße zu beeinflussen, woraufhin dann die zweite Abkühlung erfolgt.

Vom einleitend bezeichneten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit des warmgewalzten Stabstahls zu erhöhen und seine Verformbarkeit zu steigern. Er soll dadurch vor allem den an Rund- oder Bewehrungsprofile gestellten Haupteigenschaftsanforderungen nach hoher Streckgrenze bei hinreichender, verwendungsbedingter Schweißbarkeit und Dauerfestigkeit entsprechen.

Die Bildsamkeit und Schweißbarkeit eines Stahles lassen sich durch Herabsetzung seiner Gehalte an Kohlenstoff und Mangan verbessern, doch gehen dabei die Zugfestigkeit und die nach dem Walzen durch Abschreckbehandlung erreichbar Streckgrenze zurück. Die Streckgrenze läßt sich zwar durch Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und V, steigern, jedoch ist dies mit erheblichen Kosten verbunden.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung dient der im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gemachte Vorschlag, der durch die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 3 weiterentwicklet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht über dem gesamten Querschnitt im Gegensatz zum gattungsgemäßen Stand der Technik kein einheitliches Gefüge mehr, sondern es werden bezüglich Kernzonen und Randzonen differenziert gestaltete Gefügebereiche erzeugt.

Nach dem Abschrecken besteht das Gefüge der Randzone aus Martensit, wohingegen die Kernzone noch eine Temperatur von etwa 850°C aufweist. Unter der Einwirkung des durch diese genannte Temperatur gegebenen Wärmeinhaltes der Kernzone erfährt sodann die Randzone ein Selbstanlassen, wobei deren Gefüge in angelassenen Martensit übergeht. Während die Randzone in dieser Form angelassen wird, kommt es für die Kernzone zu einer solchen Abkühlung, daß ihr ursprüngliches, austenitisches Gefüge, in Ferrite und Karbide umgewandelt wird. Die Temperatur im Werkstückkern ist für das Selbstanlassen so begrenzt, daß in der Randzone Martensit besteht; damit ist mit Sicherheit ausgeschlossen, daß die Randzone perlitisch wird.

Um auf anderem Wege vergleichbare Werte der Zugfestigkeit, Bildsamkeit und nicht zuletzt Schweißbarkeit zu erreichen, müßte man die Gehalte an Kohlenstoff oder Mangan erhöhen, was an der Forderung einer guten Schweißbarkeit scheitern würde, so daß zusätzliche Nb und V eingebracht werden müßten. Auch müßte man sonst bei Verwendung der Stähle in kaltverformtem Zustand einen Kaltverformungsvorgang vorsehen. Demgegenüber lassen sich die erfindungsgemäß behandelten Stähle unmittelbar verwenden.

Als Kühlflüssigkeit kommen neben Wasser die wäßrigen Suspensionen oder Lösungen von Stoffen, wie mineralischen Salzen oder spannungsaktiven Elementen, in Betracht. Man erzielt die jeweils gewünschte Abschreckung des Rundstahls durch Einstellung und Anordnung der Kühlstrecken auf die jeweils erforderliche Länge.

Anhand des nachstehenden Beispiels ist die Verbesserung der erzielten Qualität von Rundprofilen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erkennbar. Die untersuchten Walzprodukte sind Bewehrungsstähle von 12 mm Durchmesser der folgenden Zusammensetzung:

Kohlenstoff 0,24%

Mangan 1,38%

Silizium 0,08%

Aluminium 0,002%

Schwefel 0,020%

Eisen Rest

Im Walzzustand besitzen die in Frage stehenden Rundprofile die nachstehend aufgeführten Eigenschaften:

Streckgrenze (Re): 350 ±10 MPa

Zugfestigkeit (Rm): 580 ±20 MPa

Dehnung (A): 33 ±2%

Nach der erfindungsgemäßen Behandlung durch Hindurchleiten durch eine Wasserkühlstrecke mit hoher Wärmeübergangszahl dagegen weisen die Rundstähle folgende Eigenschaften auf:



Das Gefüge hat die beschriebene differenzierte Ausbildung.

Die Fig. 1 zeigt den Härteverlauf des Stahles über den Radius eines Querschnittes eines erfindungsgemäß behandelten Rundprofils hinweg. Der Härtewert ist auf der Ordinate wiedergegeben, während die Abszisse die Entfernungen (d) von der Oberfläche des Rundprofils zeigt.

Das Schliffbild gemäß Fig. 2a stellt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß behandeltes Rundprofil dar; die Fig. 2b und 2c zeigen die martensitische Zone sowie die Zone der Ferrite und Karbide innerhalb der Oberflächenschicht bzw. des Kerns dieses Rundprofils (Vergrößerung: 500fach).


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Verbesserung der Verformbarkeit von warmgewalzten Stäben aus beruhigtem, halbberuhigtem oder unberuhigtem Stahl, bei dem die Stäbe aus der Walzhitze an der Austrittsseite des Fertiggerüstes mittels einer Kühlflüssigkeit einer Oberflächenabschreckung unterzogen und danach weiter unter Temperaturausgleich abgekühlt werden,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Abschreckung mit der Maßgabe der Ausbildung einer martensitischen Randzone erfolgt,

    daß am Ende des Abschreckens die Temperatur im Kern des Stabes noch ca. 850°C beträgt,

    und daß die martensitische Randzone im Verlaufe der weiteren Abkühlung des Stabes aufgrund des in seinem Kern verbliebenen Wärmeinhaltes vergütet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Kühlflüssigkeit Wasser ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Suspension oder Lösung Stoffe, wie z. B. mineralische Salze oder spannungsaktive Elemente, enthält.






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