DE1056162B

DE1056162B - Steel for the reinforcement of ceramic building materials

Info

Publication number: DE1056162B
Application number: DEO3679A
Authority: DE
Inventors: Dr Alois Legat; Dr Mont Roland Mitsche
Original assignee: Alpine Montan AG
Current assignee: Alpine Montan AG
Priority date: 1954-06-02
Filing date: 1954-06-25
Publication date: 1959-04-30

Description

Stahl für die Bewehrung keramischer Baustoffe Stahl und auch alle anderen metallischen Werkstoffe weisen den Nachteil auf, daß sie sich im Verlaufe längerer Zeitspannen bereits bei verhältnismäßig geringen Spannungen und auch bei niedrigen Temperaturen dehnen, eine Erscheinung, welche als »Kriechen<; bekannt ist. Diese Erscheinung wirkt sich gerade bei der Bewehrung von Stählen für keramische Baustoffe im Bauwesen schädlich aus, da derartige Konstruktionen oder Bauwerke für lange Zeitspannen, das ist für Jahrzehnte oder gegebenenfalls sogar für Jahrhunderte, bestimmt sind, innerhalb welcher die Tragfähigkeit des Bauwerkes nicht unter die für die erforderliche Sicherheit vorgeschriebenen Grenzen sinken darf. Es müssen daher bereits bei der Berechnung diejenigen zulässigen Werte für den Stahl angenominen werden, welche eine unzulässige zeitabhängige Verformung im Verlauf der voraussichtlichen Bestandsdauer des Bauwerkes erfahrungsgemäß verineiden lassen. Tlierdurch wird eine überdimensionierung der Stahlquerschnitte und damit ein übermäßiger Kostenaufwand erforderlich. Vor allem bei vorgespannten Bewehrungen wirkt sich das Kriechen des Stahles in besonderem Maße schädlich aus, und es wird dies durch die Vorspannung der Bewehrung begünstigt.Steel for the reinforcement of ceramic building materials Steel and all of them other metallic materials have the disadvantage that they are in the course longer periods of time at relatively low voltages and also at at low temperatures, a phenomenon known as "creep"; known is. This phenomenon affects the reinforcement of steels for ceramic Building materials in the building industry from harmful, as such constructions or structures for long periods of time, that is for decades or possibly even for centuries, are determined within which the load-bearing capacity of the structure does not fall below the limits prescribed for the required safety may decrease. To have to therefore the permissible values for the steel are already assumed in the calculation which will result in an impermissible time-dependent deformation in the course of the probable Experience has shown that the duration of the building can be denied. Tlierby becomes a oversizing of the steel cross-sections and thus excessive costs necessary. The creep of the Steel is particularly harmful, and this is caused by the prestress the reinforcement favored.

Es ist bekannt, daß die Kriechgrenze eines Stahles bei gegebener Zusammensetzung durch Wärmebehandlung erhöht werden kann. Die häufigst angewendeten Wärmebehandlungen, nämlich das Abschrecken aus der Walzhitze oder nach @i#Tiedererwärmung oder ein vollständiges Vergüten., d. h. Erhitzen über den Ac.-Punkt und Abschrecken und nachfolgendes Erwärmen auf mäßige Temperatur, führen zu Ungleichgewichtszuständen mit an sich hoher Kriechgrenze, jedoch sind diese Zustände auch bei normalen Temperaturen, wie sie in Bauwerken üblicherweise vorkommen, nicht lange Zeit stabil. In Zeiträumen von Jahrzehnten oder Jahrhunderten tritt ein Abbau des Ungleichgewichtsz ustandes und damit eine Verringerung der mechanischen Festigkeit und der Kriechgrenze ein. Diese schädliche Erscheinung kann zwar durch künstliches Altern (Erhitzen auf 200 bis 300° C) für einige Zeit kompensiert oder sogar überkompensiert werden; auf die -Lebensdauer von Bauwerken bezogen. tritt aber schließlich bei allen bisher verwendeten, durch Wärmebehandlung hergestellten Ungleichgewichtszustän@den eine Verringerung der Festigkeit und der Kriechgrenze ein. Dies hat seinen Grund vor allem darin, daß diese Ungleichgewichtszustände schon durch niedrige Temperaturen bis etwa 400° C im Verlauf von einigen Monaten erheblich rückgebildet werden, so daß bei Raumtemperatur in einigen Jahrzehnten ähnliche Vorgänge auftreten.It is known that the creep limit of a steel for a given composition can be increased by heat treatment. The most commonly used heat treatments, namely the quenching from the rolling heat or after @ i # lower heating or a full tempering., d. H. Heat above the Ac. point and quench and then Warming up to a moderate temperature leads to states of imbalance in themselves high creep limit, but these conditions are also at normal temperatures, such as they usually occur in buildings, are not stable for a long time. In time periods after decades or centuries the imbalance will be reduced and thus a reduction in the mechanical strength and the creep limit. This harmful phenomenon can be caused by artificial aging (heating to 200 up to 300 ° C) can be compensated or even overcompensated for some time; on the -Life time related to structures. but finally occurs with all previously used, conditions of imbalance produced by heat treatment decrease strength and creep limit. This is mainly due to that these states of imbalance are caused by low temperatures of up to about 400 ° C can be regressed considerably over the course of a few months, so that at room temperature Similar processes will occur in a few decades.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen. Sie bezieht sich hierbei auf die Verwendung eines Stahles mit bis 1,7 %. Kohlenstoff und mehreren, jedoch mindestens zwei der Legierungselemente Kupfer, Chrom, Molybdän, Vanadin, Tantal, Zirkonium, Niobium. Aluminium, Titan, Bor, Stickstoff und Phosphor in einer derartigen Kombination, daß der Stahl im Temperaturbereich von 400 bis 800° C, vorzugsweise 650 bis 800° C, aushärtbar ist, als Werkstoff für die Bewehrung keramischer Baustoffe im Bauwesen, insbesondere Beton, die eine erhöhte Sicherheit bei Schadenfeuer besitzen müssen.The invention aims to overcome these drawbacks. she refers to the use of a steel with up to 1.7%. carbon and several, but at least two of the alloying elements copper, chromium, molybdenum, Vanadium, tantalum, zirconium, niobium. Aluminum, titanium, boron, nitrogen and phosphorus in such a combination that the steel is in the temperature range from 400 to 800 ° C, preferably 650 to 800 ° C, is curable, as the material for the reinforcement ceramic building materials in construction, especially concrete, which provide increased security must have in case of damaging fire.

Stähle, welche die genannten Komponenten enthalten, sind an sich bekannt; jedoch ist ihre Verwendung für den genannten Zweck noch nicht vorgeschlagen worden. Beispielsweise sollen auch nach einem älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten Vorschlag Stähle für Bewehrungen eine Trübe in solcher Verteilung und Menge enthalten, daß ihre Festigkeitseigenschaften noch nicht beeinträchtigt werden. Eine solche Trübe wird durch metallurgische Behandlung, also Behandlung in der Schmelze, erzeugt. Unter dem Ausdruck »Trübe« werden hierbei sub-lichtmikroskopisohe Teilchen nichtmetallischen (z. B. Silikate, Oxyde, Nitride) oder nicht ausgesprochen metallischen Charakters verstanden, und es sind daher nach Zugabe von Trübebildnern, insbesondere von AlkaIi-und/oder Erdalkalimetallen, zu der flüssigen Stahlschmelze in dem erkalteten, fertigen Stahl lediglich die Sauerstoff- oder Stickstoffverbindungen dieser Alkali- und/oder Erdalkalimetalle vorhanden. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen handelt es sich um eine Aushärtung, also um durch Wärmebehandlung hervorgerufene Ausscheidungen. Der Grundgedanke der Erfindung liegt aber :darin, die Erhöhung der mechanischen Festigkeitseigenschaften, vor allem aber der Kriechgrenze, durch einen Vorgang zu- erreichen, welcher bei Temperaturen vor sich geht, die möglichst weit- von den später im Bauwerk auftretenden Normaltemperaturen entfernt liegen. Bei den erfindungsgemäßen Stählen sind demnach einfache oder komplexe Aushärtungserscheinungen im Temperaturbereich von etwa 400° C bis zum Ac.- bzw. Ac3 Punkt möglich gemacht. Die dadurch hervorgerufene Erhöhung der Festigkeit und Streckgrenze wird somit durch einen Vorgang bedingt, der so weit von der üblichen Arbeitstemperatur der Stähle im Bauwerk entfernt ist, daß eine Rückbildung erst nach vielen Jahrtausenden zu erwarten ist; jedenfalls in menschlichen Versuchszeiten nicht erreicht werden kann. An sich ist es naturgemäß möglich, daß auf Grund ihzer Zusammensetzung ausscheidungshärtbare Stähle auf Grund schmelztechnischer Maßnahmen außerdem auch noch eine Trübe enthalten.Steels which contain the components mentioned are known per se; however, their use for the stated purpose has not yet been suggested. For example, should also look for an older, but not pre-published Proposal steels for reinforcement contain a turbidity in such a distribution and quantity, that their strength properties are not yet impaired. Such Turbidity is created by metallurgical treatment, i.e. treatment in the melt. The term "turbid" refers to sub-light microscopic particles which are non-metallic (e.g. silicates, oxides, nitrides) or not particularly metallic in character understood, and it is therefore after adding of turbidity builders, in particular of alkali and / or alkaline earth metals, to the liquid steel melt in the cooled, only the oxygen or nitrogen compounds of these alkali and / or alkaline earth metals are present. In the present invention, however, acts it is hardening, i.e. precipitations caused by heat treatment. The basic idea of the invention, however, is to increase the mechanical Strength properties, but above all the creep limit, are increased by a process. Achieve what happens at temperatures as far as possible from those later the normal temperatures occurring in the building are away. In the inventive Steels are therefore simple or complex hardening phenomena in the temperature range from about 400 ° C to the Ac. or Ac3 point made possible. The resulting The increase in strength and yield point is therefore caused by a process which is so far removed from the usual working temperature of the steel in the structure, that regression can only be expected after many millennia; in any case cannot be achieved in human experimentation times. In itself it is natural possible that due to their composition precipitation hardenable steels due to Melting measures also contain a turbidity.

Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, die genannten Stähle bereits vor ihrer Anwendung bei 400 his 800° C, vorzugsweise bei 650 bis 800° C, auszuhärten. Diese Stähle können ganz allgemein als Werkstoff für die Bewehrung keramischer Baustoffe im L3auwesen, insbesondere Beton, verwendet werden.In general, it will be useful to already use the steels mentioned cure at 400 to 800 ° C, preferably at 650 to 800 ° C, before use. These steels can be used quite generally as a material for the reinforcement of ceramic building materials be used in construction, especially concrete.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform kann ein solcher Stahl vor der Aushärturngsbehandlung einer an sich bekannten Kaltverformung unterworfen werden. Eine solche zusätzliche vorgeschaltete Kaltverfo,rmung ergibt eine Steigerung der Kriechgrenze, z. B. s.uf Werte weit über das Doppelte des normalgeglühten :)der vergüteten Zustandes. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Stähle ergibt sich die Möglichkeit -iner Verringerung der Bewehrung z. B. auf die Flälfte des heute angewandten Ausmaßes.In a preferred embodiment, such a steel can be used the hardening treatment are subjected to a known cold deformation. Such an additional upstream cold forming results in an increase in the Creep limit, e.g. B. see values far more than twice the normalized:) der remunerated condition. When the steels are used according to the invention, this results the possibility of reducing the reinforcement e.g. B. on half of today applied extent.

Als günstig hat es sich auch erwiesen, Stähle der ;enannten Art zu verwenden, welche bei ihrer Erschmelzung in an sich bekannter Weise mit Alkali-und/oder Erdalkalimetallen oder deren Legierungen, torzugsweise Kalzium und/oder Magnesium, desoxy.-dien wurden, wobei der Stahl dann der AushäTtungsbehandlung im Bereich von 400 bis 800° C, vorzugsweise von 650 bis 800° C, und gegebenenfalls vor der Aushärtungsbehandlung der an sich bekannten Kaltverformung unterworfen wurde.It has also proven to be favorable to use steels of the type mentioned use which when they are melted in a manner known per se with alkali and / or Alkaline earth metals or their alloys, in toroidal form calcium and / or magnesium, deoxy.-diene, the steel then undergoing aging treatment in the range of 400 to 800 ° C, preferably from 650 to 800 ° C, and optionally before the curing treatment was subjected to the known cold deformation.

Die bereits vorliegenden Kenntnisse und Ergebnisse zeigen, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung der genannten Stähle weit höhere Festigkeiten und Kriechgrenzenwerte erreicht werden, als es den Anforderungen, die bisher an die Bewehrungsstähle im Bauwesen gestellt wurden, entsprechen würde.The knowledge and results already available show that with the inventive use of the steels mentioned far higher strengths and Creep limit values are achieved than the requirements that were previously placed on the Reinforcing steel in the construction industry would correspond.

Im folgenden werden einige Beispiele. der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle angeführt. Beispiel 1 Ein schweißbarer Cr-Cu-Mn-Baustahl mit 0,19% C, D,43 % Cu; 0;2611/o Cr und 0,23 0/0 Mo ergibt in normalgeglühtem Zustand bei Raumtemperatur bei einer Spannung von 48 kg/mm2 eine Kriechgeschwindigkeit nach DIN-Norm DVM 118 von 0,002 %/Std. und in auf 85 kg/mm2 vergütetem Zustand eine Kriechgeschwindigkeit von 0,0018%/Std. Dieser Stahl wurde gemäß der Erfindung bei 710° C ausgehärtet. Ohne vorhergehende Kaltreckung wies er nach dieser Behandlung bei der gleichen Spannung von 48 kg/mm2 eine Kriechgeschwindigkeit von 0,001%/Std. auf. Nach einer gleichen Aushärtungsbehandlung mit vorangegangener Zugkaltreckung von 811/o betrug seine Kriechgeschwindigkeit bei einer Spannung von 48 kg/mm2 nur 0,0007 %.The following are some examples. to be used according to the invention Steels listed. Example 1 A weldable Cr-Cu-Mn structural steel with 0.19% C, D, 43 % Cu; 0; 2611 / o Cr and 0.23 0/0 Mo results in normalized condition at room temperature at a tension of 48 kg / mm2, a creep speed according to DIN standard DVM 118 from 0.002% / hour and a creep speed in the tempered condition of 85 kg / mm2 from 0.0018% / hour This steel was hardened according to the invention at 710 ° C. Without previous cold stretching, it exhibited the same tension after this treatment of 48 kg / mm2 a creep speed of 0.001% / hour. on. After a same A hardening treatment preceded by cold tensile stretching of 811 / o was his Creep speed at a tension of 48 kg / mm2 only 0.0007%.

Beispiel 2 Ein Stahl mit 0,72% C, 0,4711/e Cu, 0,29% Cr und 0,070/aAl ergab folgende Kriechgrenzen nach Din-Norm DVM 118 bei Raumtemperatur a) normalgeglüht . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 kg/mm2 b) vergütet auf 110 kg/mm2 . . . . . . . . 57 kg/mm2 c) erfindungsgemäß bei 710° C ausgehärtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 kg/mm2 d) erfindungsgemäß bei 710° C ausgehärtet nach vorgeschalteter Kaltverformung von 17 % durch Ziehen 76 kg/mm2 Beispiel 3 Bei einem Stahl gemäß Beispiel 1 wurde durch eine metallurgische Sonderbehandlung (Desoxydation mit einer Eisen-S'ilizium-Calzium-Magnesium-Legierung mit 15'0!o Mg, 811/o Ca; 35 % Si, Rest hauptsächlich Eisen) und durch Aushärtungsbehandlungen zwischen 650 und 720° C die Festigkeit um etwa ein Drittel und die Kriechgrenze um weit über die -Hälfte gegenüber dem normal geglühten Zustand erhöht. Beispie14 Bei einem Stahl gemäß Beispiel 2 wurde durch die gleiche Behandlung wie im Beispiel 3 die Kriechgrenze im ausgehärteten Zustand ebenfalls um mehr als die Hälfte erhöht.Example 2 A steel with 0.72% C, 0.4711 / e Cu, 0.29% Cr and 0.070 / aAl resulted in the following creep limits according to Din standard DVM 118 at room temperature a) normalized . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 kg / mm2 b) tempered to 110 kg / mm2. . . . . . . . 57 kg / mm2 c) according to the invention cured at 710 ° C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 kg / mm2 d) cured at 710 ° C. according to the invention upstream cold deformation of 17% by drawing 76 kg / mm2 Example 3 With a Steel according to Example 1 was subjected to a special metallurgical treatment (deoxidation with an iron-silicon-calcium-magnesium alloy with 15% Mg, 811% Ca; 35 % Si, remainder mainly iron) and through aging treatments between 650 and 720 ° C the strength by about a third and the creep limit by well over -Half increased compared to the normal annealed condition. Example14 For a steel according to example 2 by the same treatment as in example 3, the creep limit in the hardened state also increased by more than half.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. The use of a steel with up to 1.7% carbon and several, but at least two of the alloying elements copper, chromium, molybdenum, Vanadium, tantalum, zirconium, niobium, aluminum, titanium, boron, nitrogen and phosphorus in such a combination that the steel is in the temperature range from 400 to 800 ° C, preferably 650 to 800 ° C, can be hardened as the material for the reinforcement ceramic building materials in construction, especially concrete, which provide increased security must have in case of damaging fire.

2. Use of the steels mentioned in claim 1 für den.Zweck according to claim 1, characterized in that it is previously at 400 to 800 ° C, preferably 650 to 800 ° C, are cured.

3. Use of a steel according to claim 1 for the purpose indicated there, characterized in that he before hardening according to claim 2, is cold-formed in a manner known per se.

4. Use of a steel mentioned in claim 1, characterized in that d: ate it is melted in a manner known per se with alkali and / or alkaline earth metals or their Alloys, preferably calcium and / or magnesium, deoxidized and then cured according to claim 2 or 3 and optionally beforehand has been cold-worked for the purpose of claim 1. Considered publications: French Patent Nos. 682 619, 708 758, 799 766; Steel materials handbook and Eisen, 1937, sheet T8, pp. 1 to 3.