DE3139486A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF ROLLED STEEL, WHICH HAS GOOD WELDABILITY, HIGH ELASTICITY LIMIT AND IMPACT ELASTICITY AT VERY LOW TEMPERATURES - Google Patents
METHOD FOR THE PRODUCTION OF ROLLED STEEL, WHICH HAS GOOD WELDABILITY, HIGH ELASTICITY LIMIT AND IMPACT ELASTICITY AT VERY LOW TEMPERATURESInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Walzstahl, insbesondere Betonbewehrungsstahl, der eine gute Schweißbarkeit, eine hohe Elastizitätsgrenze und außerdem eine Prallelastizität bei sehr niedrigen Temperaturen besitzt.The present invention relates to a method for the production of rolled steel, in particular concrete reinforcing steel, which has good weldability, a high elastic limit and also an impact elasticity at very low Temperatures.
Die Bewehrungsstähle, wie sie gegenwärtig hergestellt werden,Reinforcing steel as it is currently produced
2 besitzen eine obere Elastizitätsgrenze von 400 N/mm und weisen eine sehr geringe Zähigkeit auf» Ebenso liegt ihre Übergangstemperatur bei einem Prallversuch nach Charpy V bei 35 J/cm in der Größenordnung von +200C. Diese Produkte besitzen daher nur eine geringe Bruchfestigkeit bei niederen Temperaturen.2 have an upper limit of elasticity of 400 N / mm and have a very low toughness "Likewise, its transition temperature is at an impact test Charpy V at 35 J / cm in the order of +20 0 C. These products have, therefore, only a low breaking strength at low temperatures.
Eigenschaften wie eine Prallelastizität nach Charpy V beiProperties such as impact elasticity according to Charpy V.
2
35 J/cm und Temperaturen in der Größenordnung von mehr als -196 C waren bisher in Bezug auf Walzstahl wie Betonbewehrungsstahl
nicht gefordert. Indessen hat die neuerliche Entwicklung der Fabrikationstechnologie und besonders die Lagerung
von Flüssiggas zu der Notwendigkeit geführt, über Walzstahl zu verfügen, der bei intensiver Kälte widerstandsfähig
ist. Auch ist es aus Sicherheitsgründen vorgesehen, die Lagerbehälter für Flüssiggas mit einer Umhüllung aus armiertem
Beton zu versehen in Analogie zu den Sicherheitsmaßnahmen, die im Bereich von Kernreaktoren angewendet werden«.2
35 J / cm and temperatures in the order of magnitude of more than -196 C were previously not required with regard to rolled steel such as concrete reinforcement steel. However, recent developments in manufacturing technology, and particularly the storage of liquefied petroleum gas, have made it necessary to have rolled steel that can withstand intense cold. For safety reasons it is also planned to provide the storage containers for liquid gas with a casing made of reinforced concrete in analogy to the safety measures that are used in the area of nuclear reactors «.
Die Bewehrungsstäbe, die zur Armierung für Umhüllungen von Flüssiggasbehältern bestimmt sind, die Temperaturen von -50 bis -196°C aufweisen, müssen.außer einer entsprechenden Prallelastizität im Inneren eine zufriedenstellende Schweißbarkeit aufweisen. Dies bedeutet einen Kohlenstoffgehalt unter 0,2%. Die bekannten geriffelten Stähle, die einen Koh-The reinforcing bars used for reinforcement for cladding of LPG containers that are intended for temperatures from -50 to -196 ° C must be used, except for a corresponding one Resilience inside have satisfactory weldability. This means a carbon content below 0.2%. The well-known corrugated steels, which have a carbon
I -J O H U UI -JO HUU
-A--A-
lenstoffgehalt von 0,16 bis 0,2% aufweisen, werden durch schraubenförmige Windung in der Kälte hergestellt. Diese Maßnahme verleiht ihnen eine zufriedenstellende Elastizitätsgrenze, was jedoch andererseits, insbesondere bei niederen Temperaturen, eine nur geringe Zähigkeit mit sich bringt.have a fuel content of 0.16 to 0.2% helical winding made in the cold. This measure gives them a satisfactory elastic limit, On the other hand, however, especially at low temperatures, this results in only poor toughness.
Man hat daher versucht, bei der Fabrikation von Bewehrungsstählen eine Begrenzung des Kohlenstoffgehalts auf 0,2% mit einer Behandlung zu kombinieren, die eine intensive Kühlung der Oberfläche beim Austritt aus dem Walzwerk sowie ein selbsttätiges Anlassen darstellt. Dies hat die Herstellung von Betonbewehrungsstahl ermöglicht, der schweißbar und zäh ist. Derart geriffelte Stähle können eine Übergangstemperatür nach Charpy V-35 J/cm in der Größenordnung von -50 CAttempts have therefore been made to limit the carbon content to 0.2% in the manufacture of reinforcing steel a treatment to combine intensive cooling of the surface as it exits the rolling mill as well as a represents automatic starting. This has made it possible to manufacture reinforcing steel that is weldable and tough is. Such corrugated steels can have a transition temperature according to Charpy V-35 J / cm in the order of -50 C
15 erreichen.Reach 15.
Andererseits hat man festgestellt, daß aus Stahl mit 9% Nikkei hergestellte Betonbewehrungsstähle, die einer doppelten Normalisierung mit anschließendem Anlassen oder, noch besser, einer Härtung mit anschließendem Anlassen unterworfen werdenOn the other hand, it has been found that concrete reinforcing steels made from steel with 9% Nikkei, double that of one Normalization with subsequent tempering or, even better, hardening with subsequent tempering
sind, eine Prallelastizität nach Charpy V-35 J/cm von mindestens -196 C aufweisen.have an impact elasticity according to Charpy V-35 J / cm of at least -196 C.
Das Ziel der Erfindung besteht also in der Schaffung eines Verfahrens für die Herstellung von Walzstahl, der den oben genannten Bedingungen entspricht, vorzugsweise indem man von einem Stahl ausgeht, der eine Mindestmenge an kostbaren Legierungselementen enthält, um so den Gestehungspreis der hergestellten Walzstahlstäbe zu vermindern. 30The aim of the invention is therefore to provide one Process for the production of rolled steel which meets the above conditions, preferably by using a steel that contains a minimum amount of precious alloying elements runs out to reduce the cost price of the produced rolled steel bars. 30th
Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Stahl verwendet, der höchstens 0,16% Kohlenstoff, 2,0% Mangan, 0,55% Silicium und 0,03% Aluminium sowie gegebenenfallsThis aim is achieved by the method according to the invention achieved, which is characterized in that a steel is used which contains at most 0.16% carbon, 2.0% manganese, 0.55% silicon and 0.03% aluminum and optionally
bis zu 0,05 Niob, 0,l?6 Vanadin und 10% Nickel enthält, wobei dieser Stahl unter normalen Bedingungen gewalzt ist oder vorzugsweise einer thermomechanischen Streckung unterworfen ist. Dieser Stahl wird thermisch unter folgenden Bedingungen behandelt:contains up to 0.05 niobium, 0.16 vanadium and 10% nickel, this steel being rolled under normal conditions or preferably subjected to thermomechanical stretching is. This steel is thermally treated under the following conditions:
Die so erhaltenen Stäbe werden zum zweiten Mal bis auf eine Temperatur der Austenitbildung derart erhitzt, daß eine genügende Geschwindigkeit der Wiedererhitzung garantiert ist, um eine erhöhte Zahl von Keimen zur Verfeinerung des Korns zu erhalten.The rods obtained in this way are heated for the second time to a temperature of austenite formation in such a way that a sufficient Reheating speed is guaranteed to increase the number of germs to refine the grain to obtain.
Die Zeit, während der die Temperatur der Austenitbildung aufrechterhalten bleibt, muß sehr kurz sein, um eine Verminderüng der Zahl der Kerne und eine Vergrößerung des Korns zu vermeiden.The time during which the austenite formation temperature is maintained must be very short in order to reduce it to avoid the number of kernels and an enlargement of the grain.
Der Stahl wird anschließend einer energischen Oberflächenkühlung unterworfen, um ein Erzeugnis zu gewinnen, das im Inneren eine Ferrit- oder Perlit-Struktur mit sehr feinem Korn aufweist.The steel is then subjected to vigorous surface cooling in order to obtain a product that is im Inside a ferrite or perlite structure with a very fine Having grain.
Die im Inneren des Erzeugnisses gespeicherte Wärme genügt, um nach der vorstehend erwähnten Abkühlung die Oberflächenzone wiederzuerhitzen, die durch die energische Kühlung gehärtet ist, wobei die Oberflächenschicht ein Anlassen unter Bildung von angelassenem Martensit erfährt.The heat stored in the interior of the product is sufficient to cover the surface zone after the aforementioned cooling reheat, which is hardened by the vigorous cooling, whereby the surface layer undergoes tempering Experience the formation of tempered martensite.
Die rasche Kühlung der Stäbe nach der vorstehend beschriebenen Behandlung ermöglicht es andererseits, im Inneren eine Rekristallisation des Korns zu vermeiden.On the other hand, the rapid cooling of the rods after the treatment described above enables a Avoid recrystallization of the grain.
Das Ziel der thermischen Behandlung, die den Gegenstand der Erfindung bildet, ist die Gewinnung eines außerordentlichThe aim of the thermal treatment, which is the subject of the invention, is to obtain an extraordinary
Ο I O sj HOΟ IO sj HO
feinen Korns, um eine hohe Elastizitätsgrenze und eine gute Prallelastizität bei sehr niedrigen Temperaturen zu garantieren. fine grain to have a high elastic limit and good To guarantee resilience at very low temperatures.
In Anbetracht der Tatsache, daß die Bildung eines sehr feinen Korns erwünscht ist, wird vorzugsweise ein Stahl verwendet, der in rohem Walzzustand bereits eine Struktur mit sehr feinem Korn aufweist.In view of the fact that the formation of a very fine grain is desired, a steel is preferably used which in the raw as-rolled state already has a structure with a very fine grain.
Eine thermische Behandlung gemäß der Erfindung läßt sich dadurch realisieren, daß man beispielsweise eine durch Induktion betriebene, kontinuierliche Wiedererhitzungsanlage mit rascher Wirkung und anschließend eine Kühlanlage, wie sie aus der anliegenden Zeichnung ersichtlich ist, benutzt. Es ist auch möglich, mehrere thermische Zyklen dieser Art hintereinander anzuwenden.A thermal treatment according to the invention can thereby realize that you can use, for example, a continuous reheating system operated by induction rapid effect and then a cooling system, as can be seen from the attached drawing, is used. It it is also possible to use several thermal cycles of this type one after the other.
Der Gedanke, der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht demnach in der Kombination der vorteilhaften Wirkungen, die infolge der zweckmäßigen Wahl der chemischen Elemente getrennt realisierbar sindo Diese dem Stahl in bestimmten Mengen zugesetzten Elemente zeigen bei der speziellen thermischen Behandlung besondere Wirkungen.The idea on which the present invention is based therefore consists in the combination of the advantageous effects, which, as a result of the appropriate choice of chemical elements, can be realized separately o these the steel in certain Amounts of added elements show special effects in the special thermal treatment.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die spezielle thermische Behandlung, die einen Teil der Erfindung darstellt, auf die Gewinnung einer Struktur mit außerordentlich feinem Korn im Inneren des Erzeugnisses abzielt, so daß eine Prallelastizität bei sehr niederen Temperatüren im Inneren desIt is important to note that the special thermal Treatment, which forms part of the invention, is aimed at obtaining a structure of extremely fine quality Aiming grain inside the product, so that a resilience at very low temperatures inside the
30 Produktes garantiert ist.30 product is guaranteed.
Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Stahls ist aufgrund von Erfahrungen gewählt, die im Laufe zahlreicherThe chemical composition of the steel used is chosen on the basis of experience gained over the course of numerous
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Versuche gewonnen sind. Diese Versuche haben ergeben, daß der Kohlenstoffgehalt umso geringer sein muß, wenn man eine niedrigere Übergangstemperatur erzielen will.Attempts are won. These tests have shown that the carbon content must be all the lower when you have one wants to achieve a lower transition temperature.
Man begrenzt beispielsweise den Kohlenstoffgehalt vorzugsweise auf 0,08% maximal für eine Übergangstemperatur nach Charpy V-35 J/cm2 von -140°C.For example, the carbon content is preferably limited to a maximum of 0.08% for a Charpy V-35 J / cm 2 transition temperature of -140 ° C.
Ein Mangangehalt in der Größenordnung von 1,7% trägt zu der gewollten Festigkeit des Stahls bei, wobei seine Zähigkeit verbessert wird, während etwa 0,3% Silicium zugesetzt werden, um die Festigkeit zu erhöhen.A manganese content on the order of 1.7% contributes to this adds the steel's desired strength, improving its toughness, while adding about 0.3% silicon, to increase strength.
Man beruhigt den Stahl mit sehr feinem Korn durch Aluminiums um die Schweißbarkeit zu verbessern und die Tendenz zur Alterung beträchtlich zu vermindern. Die Verfeinerung des Korns erhöht im übrigen die Elastizitätsgrenze ebenso wie die Zähigkeit. The steel with very fine grain is calmed by aluminum s in order to improve the weldability and to considerably reduce the tendency to aging. The refinement of the grain also increases the elastic limit as well as the toughness.
Niob und/oder Vanadin können gegebenenfalls zugesetzt werden, um eine erhöhte Elastizitätsgrenze sicherzustellen, insbesondere im Fall großer Durchmesser.Niobium and / or vanadium can optionally be added, to ensure an increased elastic limit, especially in the case of large diameters.
Nickel wird zugesetzt, um Übergangstemperaturen unter -140 G
zu garantieren. Für eine Prallelastizität nach Charpy V 35
J/cm2
gewählt.Nickel is added to guarantee transition temperatures below -140 G. For a parallel elasticity according to Charpy V 35 J / cm 2
chosen.
35 J/cm2 bei -196°C wird der Nickelgehalt zwischen 5 und 10%35 J / cm 2 at -196 ° C, the nickel content is between 5 and 10%
Gemäß der Erfindung wird das Erzeugnis nach dem Walzen einer besonderen thermischen Behandlung unterworfen, die eine Verfeinerung des Korns zum Zweck hat.According to the invention, after rolling, the product is subjected to a special thermal treatment, which is a refinement of the grain has as its purpose.
Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich klar aus sechs Versuchen, die im folgenden beschrieben werden»The advantages of the method according to the invention emerge clearly from six experiments which are described below »
O ! O3"f ÖOO! O3 "f ÖO
1) Ein natürlicher Hartstahl für Betonbewehrungsstähle mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,35% ergab als Charakteristikum eine genügende Zugspannung, deren Elastizitätsgrenze insbesondere 400 MPa nicht überschritt.1) A natural hard steel for concrete reinforcing steel with a carbon content of about 0.35% resulted as a characteristic a sufficient tensile stress, the elastic limit of which did not exceed 400 MPa in particular.
Indessen lag die Übergangstemperatur für den Versuch nach Charpy V bei einem Energieniveau von 35 J/cm bei +20 C. Dieser Stahl besaß keinerlei Zähigkeit bei niederer Temperatur, und seine Schweißbarkeit war mäßig. 10However, the transition temperature for the Charpy V experiment at an energy level of 35 J / cm was +20 C. This steel did not have any low temperature toughness and its weldability was poor. 10
2) Ein Stahl mit einem begrenzten Kohlenstoffgehalt von 0,18%, der der Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen wurde, zeigte in gleicher Weise zufriedenstellende Zugeigenschaften. Eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Beispiel 1 ließ sich hinsichtlich der Verlängerung und insbesondere der übergangstemperatur feststellen, die auf -65°C hinunterging. Der Stahl erwies sich als schweißbar.2) A steel with a limited carbon content of 0.18% which has been subjected to the treatment according to the invention showed satisfactory tensile properties in the same way. A significant improvement over that Example 1 could be determined with regard to the extension and in particular the transition temperature -65 ° C. The steel turned out to be weldable.
3) Die Verarbeitung eines Stahls, der der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Zusammensetzung entsprach, aber einer Behandlung gemäß der Erfindung nicht unterworfen wurde, ergab ungenügende mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Elastizitätsgrenze und der Festigkeit. Die Dehnung war erhöht. Die Übergangstemperatur lag indessen selbst ohne Nachbehandlung bereits auf demselben Niveau wie im Beispiel 2), wo die Nachbehandlung gemäß der Erfindung angewandt worden war.3) The processing of a steel that corresponded to the composition specified in the present application, but one Treatment according to the invention was not subjected to insufficient mechanical properties in terms of the elastic limit and the strength. The stretch was increased. The transition temperature, however, was itself without aftertreatment already at the same level as in example 2), where the aftertreatment according to the invention had been applied.
4) Die Kombination der chemischen Zusammensetzung und der thermischen Behandlung gemäß der Erfindung gestatten die Erreichung einer doppelten Verbesserung, nämlich4) The combination of the chemical composition and the thermal treatment according to the invention allow the Achieving a double improvement, viz
a) genügende mechanische Eigenschaften und eine erhöhte Dehnung unda) Sufficient mechanical properties and increased Stretching and
b) eine übergangstemperatur, die sehr weit unten, nämlieh bei -1400C liegt.b) a transition temperature, which is very far below nämlieh at -140 0 C.
b) Ein Stahl mit 9% Nickel besitzt im Stadium des Heißwal-b) In the hot rolling stage, a steel with 9% nickel
2 zens eine iJbergangstemperatur nach Charpy V - 35 J/cm2 zens a transition temperature according to Charpy V - 35 J / cm
bei -50°C.at -50 ° C.
6) Der gleiche Stahl mit 9% Nickel, dessen Prallelastizität
bei 196 C normalerweise nur mit Hilfe langwieriger thermischer Behandlungen realisierbar ist, nämlich einer
Doppelnormalisierung + Anlassen oder Härten und nochmaligem Anlassen, ermöglicht es, zu einer Übergangstemperatur
von -196 C zu kommen, wem
thermische Behandlung vornimmt·6) The same steel with 9% nickel, whose impact elasticity at 196 C can normally only be achieved with the help of lengthy thermal treatments, namely a double normalization + tempering or hardening and repeated tempering, makes it possible to reach a transition temperature of -196 C, whoever
performs thermal treatment
ratur von -196 C zu kommen, wenn man die vorerwähntetemperature of -196 C if you use the aforementioned
Die sechs Beispiele sind in der Tabelle 1 in gedrängter Weise zusammengestellt·The six examples are summarized in Table 1 in a concise manner.
Obwohl vorliegende Beschreibung auf die Herstellung von Be= wehrungsstahl für Beton gerichtet ist, kann das Verfahren gemäß der Erfindung gut auch auf andere handelsübliche Stahlsorten angewendet werden, wie glatte Rundstäbe, Platten, quadratische Teile, Winkeleisen, Profileisen und Blech@£ sobald man die Eigenschaften der Schweißbarkeit, einer hohen Elastizitätsgrenze und einer Prallelastizität bei sehr nie·= drigen Temperaturen in ein und demselben Erzeugnis kombiniert sehen möchte.Although this description wehrungsstahl in the production of Be = addressed for concrete, the method of the invention may according to well be applied to other commercially available steel grades, such as smooth rods, sheets, square parts, angle iron, sectional iron and tin @ £ soon as one the features the weldability, a high elastic limit and resilience at very low temperatures combined in one and the same product.
halb beruhigtC »0.35%
half reassured
halb beruhigtC - 0.18%
half reassured
beruhigtC m 0.08%
calmed down
beruhigtC m 0.08%
calmed down
beruhigt9% Ni
calmed down
beruhigt9% Ni
calmed down
gemäße Wärme
behandlungInvention
moderate warmth
treatment
grenze (MPa)Elasticity
limit (MPa)
(MPa)strength
(MPa)
in %Elongation 5 d
in %
temperatur
in °C
Zähigkeit
Charpy V bei
35 J/cm2 Conversion
temperature
in ° C
toughness
Charpy V at
35 J / cm 2
I OI. O
Claims (4)
5this temperature is maintained for a sufficiently short time to prevent enlargement of the grain, followed by vigorous cooling of the surface.
5
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Legal Events
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