DE10148635A1

DE10148635A1 - Plattiertes Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10148635A1
Application number: DE10148635A
Authority: DE
Inventors: Vasily Petrovich Vostrikov; Konstantin Igorevich Gramotnev; Vyacheslav Nikolaev Chernyshev; Aleksei Valerievich Sadovsky; Petr Vasilievich Vostrikov
Original assignee: ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSCHESTVO "TRANSKOM" MOSKAU
Current assignee: ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSCHESTVO "TRANSKOM" MOSKAU
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-01-30
Also published as: US6663984B2; RU2206631C2; US20030064245A1

Abstract

Es wird ein plattiertes Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton vorgeschlagen, das aus einem Bimetallgußblock, der aus einem Grundwerkstoff, der eine Si und Al umfassende legierende Elementengruppe enthält, und aus einer Oberflächenschicht aus ferritischem oder austenitischem rostfreiem Stahl besteht, der eine Cr und Ni umfassende legierende Elementengruppe enthält, durch Warmwalzung des Gußblocks zu einem Zwischenrohling und zu einem Sortenwalzgut mit dessen anschließender Wärmebehandlung erhalten ist. Der kennzeichnende Unterschied des plattierten Stahlwalzgutes zur Bewehrung besteht darin, daß als Grundwerkstoff Stahl verwendet wird, der in Gew.-% 1,0 bis 5,8 Si und 0,1 bis 5,0 Al unter der Bedingung 3,0 (Si + Al) 6,0 enthält. So ein plattiertes Walzgut zur Bewehrung weist eine hohe mechanische Festigkeit und Schlagzähigkeit, eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit bei einer hohen Festigkeit der Verbindung der Schichten miteinander und mit Beton auf. Die Herstellung so eines plattierten Walzgutes erfolgt mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem eine Bimetallstange mit einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl hergestellt und in mehreren Stichen mittels kalibrierter Walzen warmgewalzt wird, wobei der Endwalzvorgang mittels kalibrierter Walzen mit einer geriffelten Oberfläche durchgeführt wird, die folgendes Verhältnis erfüllt: DOLLAR F1 wo DOLLAR A - H¶0¶ die maximale Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Walzenoberfläche, DOLLAR A - d den Durchmesser der Stange, DOLLAR A - PSI die relative Dicke ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Eisenhüttenindustrie, insbesondere auf plattiertes Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Stahlblechen bekannt, die eine metallische Grundschicht aus Stahl, enthaltend in Gew.-% C ≤ 1,0, Si 0,05 bis 1,0, Mn 0,3 bis 2,5, und eine plattierende Schicht, enthaltend Ni + Cr ≤ 10,0, ein oder zwei der Elemente Cu ≤ 2,0, Mo ≤ 1,0, Nb ≤ 0,1, V ≤ 0,1, Rest Fe und eine geringfügige Menge von Verunreinigungen, aufweist. Das bimetallische plattierte Paket wird an den Kanten durch Schweißen oder auf eine andere Weise verbunden und anschliessend einer Warmwalzung unter Vorerwärmung und Wärmebehandlung unterworfen. Das Erwärmen des Verbundbleches erfolgt vor der Walzung bis auf eine Temperatur von über 1150°C mit Halten bei dieser Temperatur (JP 61-294223, 21.06.1988, B 23 K 20/04) [1].

Darüber hinaus ist ein plattiertes Stahlsortenwalzgut, das aus einem Stahlgrundschicht, einer Übergangsschicht und einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl besteht, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Die Schichten weisen eine legierende Elementengruppe auf, die Si und Cr bei folgendem Verhältnis in Gew.-% umfaßt: in der Grundschicht Si 1,5 bis 7,0, Cr bis 3,0, Si/Cr ≥ 0,5, in der Übergangsschicht Si 0,5 bis 7,0, Cr 2 bis 14, Si/Cr (8,5/Cr - 0,5) ± 0,2 und in der Oberflächenschicht Si bis 6,5, Cr 6,0 bis 25,0, Si/Cr ≤ 0,4.

Das Verfahren zur Herstellung so eines plattierten Stahlsortenwalzgutes umfaßt das Erhalten eines bimetallischen Rohlings, dessen Warmwalzung in mehrenen Stichen mit einer anschließenden thermischen und mechanischen Behandlung (RU 2,155,134 C1, 27.08.2000, B 32 B 15/18) [2].

Die nächstliegende Lösung ist ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Stahlblechen, bei dem ein Grundband aus Stahl mit einem Gehalt in Gew.-% an C ≤ 0,05, Cr 0,05 bis 0,8, Mn 0,8 bis 2,2, Al 0,02 bis 0,08, Rest Fe und eine plattierte Schicht aus Stahl mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit hergestellt wird. Die zu einem Paket verbundenen Bänder werden bis zu einer vorgegebenen Dicke gewalzt und einer Wärmebehandlung mit Halten bei einer Temperatur von 900 bis 1150°C im Laufe von mehr als 10 Sekunden mit anschließender Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 0,5% unterworfen (JP 58-150377, 08.03. 1985, C 21 D 9/52) [3].

Die Hauptnachteile der bekannten Lösungen sind eine unzureichende Festigkeit und Schlagzähigkeit des zu erhaltenden plattierten Produktes, eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit sowie eine geringe Festigkeit der Verbindung der Schichten miteinander und mit Beton.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein plattiertes Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton zu erhalten, das eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Schlagzähigkeit sowie eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit bei einer hohen Festigkeit der Verbindung der Schichten miteinander und mit Beton aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem plattierten Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, das aus einem metallischen Gußblock, der aus einem Grundwerkstoff, welcher eine legierende Si und Al enthaltende Elementengruppe aufweist, und einer Oberflächenschicht aus ferritischem oder austenitischem rostfreiem Stahl besteht, der eine legierende Cr und Ni enthaltende Elementengruppe aufweist, durch Warmwalzung des Gußblocks zu einem Zwischenrohling und zu einem Sortenwalzgut mit dessen anschließender Wärmebehandlung erhalten ist, als Grundwerkstoff Stahl verwendet wird, der in Gew.-% 1,0 bis 5,8 Si und 0,1 bis 0,5 Al unter der Bedingung 3,0 ≤ (Si + Al) ≤ 6,0 enthält.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Grundschicht und die Oberflächenschicht zusätzlich einen oder mehrere Bestandteile enthalten, die aus einer Gruppe gewählt sind, umfassend Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadin, Kupfer, Titan, Niob, Zirkon, Yttrium, Seltenerdmetalle, Stickstoff und Kohlenstoff bei folgendem Verhältnis der Bestandteile in der Grundschicht in Gew.-%: Nickel bis 3,0, Chrom bis 3,0, Mangan bis 3,0, Molybdän bis 1,0, Wolfram bis 0,5, Vanadin bis 0,7, Kupfer bis 0,5, Titan bis 0,3, Niob bis 0,5, Zirkon bis 0,5, Yttrium bis 0,2, Seltenerdmetalle bis 0,2, Stickstoff bis 0,5, Kohlenstoff bis 0,8, Rest Eisen und Verunreinigungen und in der Oberflächenschicht Nickel bis 34, Chrom bis 25, Silizium bis 6,5, Aluminium bis 4,0, Mangan bis 6,0, Molybdän bis 6,1, Wolfram bis 4,0, Vanadin bis 0,5, Kupfer bis 5,0, Titan bis 1,2, Niob bis 1,0, Zirkon bis 1,0, Yttrium bis 0,5, Seltenerdmetalle bis 0,5, Stickstoff bis 0,5, Kohlenstoff bis 0,5, Rest Eisen und Verunreinigungen.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Oberflächenschicht mit einer relativen Dicke bis 20% im Querschnitt des Rohlings aus rostfreiem Stahl mit der ferritischen Struktur ausgebildet wird, welche Ni ≤ 3,0 Gew.-% und Cr 10 bis 25% Gew.-% enthält, die Grundschicht Si und Al bei einem Verhältnis Si/Al ≥ (1 + Ni/Cr) enthält und die Diffusionsschicht zwischen den genannten Schichten Hauptlegierungsbestandteile bei einem Verhältnis
{(Fe)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y}
aufweist, wobei x + y ≤ 18 ist.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Oberflächenschicht mit einer relativen Dicke bis 20% im Querschnitt des Rohlings aus rostfreiem Stahl mit der austenitischen Struktur ausgebildet wird, das Ni 4 bis 34 Gew.-% und Cr 6 bis 25 Gew.-% enthält, die Grundschicht Si und Al bei einem Verhältnis (Si/Al) ≥ (2- Ni/Cr) enthält und die Diffusionsschicht Hauptlegierungsbestandteile bei einem Verhältnis {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_x,Cr_y} aufweist, wobei x + y ≤ 18 ist.

Die gestellte Aufgabe wird auch bei einem Verfahren zur Herstellung von Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, umfassend die Herstellung einer Bimetallstange mit einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl mit der austenitischen oder ferritischen Struktur, die Warmwalzung in mehreren Stichen mittels kalibrierter Walzen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Endwalzvorgang mittels kalibrierter Walzen mit einer geriffelten Oberfläche durchgeführt wird, die folgendes Verhältnis erfüllt:

wo

- H₀ die maximale Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Walzenoberfläche,
- d den Durchmesser der Stange,
- ψ die relative Dicke der Oberflächenschicht

bedeuten.

Darüber hinaus wird die gestellte Aufgabe auch bei einem Verfahren zur Herstellung von Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, umfassend die Herstellung eines Bimetallbandes mit einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl mit der austenitischen oder ferritischen Struktur, die Warmwalzung in mehreren Stichen mittels Walzen mit dem Flachballen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Endwalzvorgang mittels Walzen mit einer geriffelten Oberfläche durchgeführt wird, die folgendes Verhältnis erfüllt:

wo

- h₁ die maximale Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Walzenoberfläche,
- h₀ den Durchmesser des Bimetallbandes,
- ψ die relative Dicke der Oberflächenschicht

bedeuten.

Es erweist sich als günstig, wenn das Bimetallband in einer Presse bei einer Temperatur von nicht höher als 1150°K zu einem Halbrohrprofil mit einer Krümmung der Oberfläche von 1/D und einer Wanddicke von h₀ im Bereich des Verhältnisses

gewalzt oder geformt wird.

Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften des plattierten Stahlwalzgutes im wesentlichen durch die Festigkeit des Grundwerkstoffes bestimmt werden. Unter günstigen Bedingungen, wenn der Gehalt an Si und Al in der Grundschicht innerhalb des beanspruchten Bereiches nach Anspruch 1 liegt, nämlich Si 1,0 bis 5,8 Gew.-% und Al 0,1 bis 5 Gew.-%, bei der Erfüllung der Bedingung 3,0 ≤ (Si + Al) ≤ 6,0, beträgt die mechanische Festigkeit 550 bis 1300 MPa und die Schlagzähigkeit 1,1 bis 3,1 MJ/m². Die Festigkeit der Verbindung der plattierten Schicht und der Grundschicht kann durch Zerfall der festen Lösung Fe-Si-Al-Cr-Ni und durch Aufbau einer neuen Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_x,Cr_y} mit kohärenten Grenzen zwischen den Phasen in der Diffusionszone wesentlich zunehmen. Dabei kann die Festigkeit der Verbindung der der Grundschicht gleich sein oder diese überschreiten, was es ermöglicht, bimetallisches Sortenwalzgut mit dem Korrosionsschutz der gesamten Oberfläche zu fertigen, z. B. in Form eines runden oder quadratischen Rohlings mit einem über den gesamten Umfang geschlossenen rostfreien Mantel. Im folgenden kann man so einen Bimetallrohling zu einem runden oder quadratischen Profil oder zu einem Band verformen, ohne die Ununterbrochenheit der Beschichtung über den gesamten Umfang, einschließlich der Stirnflächen des Walzbandes (mit der unbeschnittenen Kante), zu verletzen unter Beibehaltung des Korrosionsschutzes über die gesamte Oberfläche (Fig. 1 und 2).

Falls bei der Herstellung des plattierten Stahlwalzgutes der Gehalt an Si und Al die im Anspruch 1 angegebene obere Grenze überschreitet und z. B. für Si 6,1 Gew.-% und für Al 5,1 Gew.-% beträgt, verringert sich die mechanische Festigkeit, welche bei Raumtemperatur weniger als 550 MPa und die Schlagzähigkeit weniger als 0,9 MJ/m² beträgt. Das ist durch Abnahme der Festigkeits- und plastischen Parameter der festen Lösung Fe-Si-Al wegen der Bildung von Überstrukturen vom Typ Fe₁₃Si₃, Fe₃Si oder Fe₇Al bedingt. So ein Niveau der Eigenschaften erfüllt die an Bewehrungsprofile gestellten Anforderungen nicht.

Wenn der Gehalt an Si und Al die Grenzwerte unterschreitet und z. B. für Si 0,9 Gew.-% und für Al 0,05 Gew.-% beträgt, vermindert sich die mechanische Festigkeit und die Festigkeit der Verbindung der Schichten bis auf weniger als 500 MPa bzw. 0,6 MJ/m². Das ist durch einen unzureichenden Gehalt an Si und Al in der festen Fe-Lösung bedingt, die zur Verfestigung der Struktur und Wiederherstellung von Eisenoxiden an der Schichtgrenze beitragen. Die bei der Erwärmung und Warmwalzung entstehende Diffusionsgrenze weist eine große Anzahl von Oxidfolien, Unterbrochenheiten und anderen Strukturfehlern auf, und bei der Verformung entstehen oft Abschichtungen und Risse in der plattierten Schicht.

Das Unterschreiten des Grenzwertes des Gehaltes an (Si + Al) im Grundwerkstoff des erhaltenen plattierten Walzgutes z. B. auf einen Wert von 2,9 führt zur Verringerung der mechanischen Festigkeit unterhalb der zulässigen Grenze von 500 MPa und das Überschreiten des Grenzwertes von 6,1 führt zur Verringerung der Schlagzähigkeit unterhalb von 1,0 MJ/m². Die genannten mechanischen Charakteristika sind vom Verfestigungsgrad der Struktur der festen Lösung durch Silizium und Aluminium sowie von der optimalen Wahl des Temperaturbereiches der Martensitumwandlung abhängig. Die optimalen Eigenschaften erfährt das Walzgut bei einem Gehalt an (Si + Al) im Bereich von 3 bis 6 Gew. -% (Fig. 3).

Bei der Wärmebehandlung des Bimetallgußblocks bildet sich in der Übergangszone zwischen der Oberflächen- und der Grundschicht eine Diffusionsschicht, die aus einer festen Lösung auf der Fe-Basis besteht, die mit den Hauptbestandteilen Si, Al, Cr und Ni sowie mit anderen in der Oberflächen- und der Grundschicht enthaltenen Bestandteilen legiert ist, von denen ein Teil in der Legierung als Verunreinigung vorliegt (Fig. 4, 5). Die Diffusionsschicht bildet sich durch infolge der gegeseitigen Diffusion der genannten Bestandteile, wobei deren Einfluß auf die Strukturumwandlungen in der Diffusionsschicht unterschiedlich ist, da Si, Cr und Al Ferrit stabilisieren, Ni bei einem Gehalt bis 3 Gew.-% sich im Ferrit auflöst und bei einem höheren Gehalt die austenitischen Bereiche der Struktur stabilisiert. Cr und Ni senken die Temperatur der Martensitumwandlung, Si erhöht sie geringfügig und Al erhöht die Temperatur der Martensitumwandlung stark. Insgesamt beeinflussen diese Vorgänge die Ausbildung der Mikrostruktur der Diffusionsschicht und als Folge die Festigkeit der Verbindung der Oberflächen- und der Grundschicht.

Ein anderer wichtiger Umstand ist es, daß die durch Si und Al gut stabilisierte ferritische Struktur der Grundschicht eine begrenzte Auflösbarkeit hinsichtlich des Gehaltes an C (weniger als 0,01 Gew.-%) aufweist, daher wird der verbliebene Kohlenstoff während der Wärmebehandlung des Bimetallwalzgutes teilweise in die Karbidphase und teilweise in die Übergangszone zwischen den Schichten verdrängt. Im Ergebnis kann sich die verhältnismäßig dünne Diffusionsschicht weitgehend mit Kohlenstoff anreichern (bis 1% und mehr) und unter ungünstigen Bedingungen in Form von zahlreichen Zeilen aus gesonderten Karbidpartikeln an den Phasen- und Korngrenzen ausscheiden, was die Festigkeit der Verbindung der Oberflächen- und der Grundschicht verringert.

Die aufgeführte Liste der Legierungsbestandteile, umfassend Nickel, Chrom, Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadin, Kupfer, Titan, Niob, Zirkon, Yttrium, Seltenerdmetalle, Stickstoff und Kohlenstoff, kann einen unterschiedlichen Bestimmungszweck in der Oberflächen- und der Grundschicht besitzen. So bestimmen Ni und Cr in der Oberflächenschicht den Typ der Struktur und die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche. Bei einem Gehalt an Ni von weniger als 3 Gew.-% und Cr von 10 bis 25 Gew.-% weist der Stahl die ferritische Struktur auf und dessen Oberfläche verfügt über eine hohe Beständigkeit gegen Atmosphärenkorrosion. Bei einem Gehalt an Ni von 4 bis 34 Gew.-% und Cr von 6 bis 25 Gew.-% kann die Struktur des Stahls entweder austenitisch-ferritisch (duplex) oder austenitisch sein, infolgedessen so ein Stahl eine höhere Beständigkeit in aggressiven gasförmigen und flüssigen Medien, darunter bei erhöhten Temperaturen, aufweist.

In der Grundschicht sind Ni und Cr im Siliziumferrit und ein Teil von Cr in den Karbiden enthalten. Ni verbessert in der festen Lösung die Durchhärtbarkeit und erhöht die Zähigkeit der Schicht.

Mangan in der Oberflächen- und der Grundschicht erhöht die Durchhärtbarkeit des Bimetallstahls. Es begünstigt jedoch ein schnelles Kornwachstum, was die Stahlstruktur versprödet. Das Legieren mit karbidbildenden Elementen wie V, W, V, Ti, Nb, Zr trägt zur Verfeinerung der Mikrostruktur bei der Wärmebehandlung von Stahl bei sowie beeinflußt die Umverteilung von Kohlenstoff zwischen den dispersen Karbiden und den austenitischen und martensitischen Bereichen der Mikrostruktur (Fig. 6).

Mo z. B., indem es die Ausbildung von Chromkarbiden an den Korngrenzen verhindert, trägt zur Vermeidung der interkristallinen Korrosion in der Oberflächenschicht bei, erhöht die Durchhärtbarkeit, die statische, dynamische und Ermüdungsfestigkeit, senkt die Kaltbrüchigkeitgrenze in der Stahlgrundschicht. Alle diesen Faktoren ermöglichen es, die mechanischen Eigenschaften der Schichten zu beeinflussen sowie unter bestimmten Bedingungen die Festigkeit und die Schlagzähigkeit der Struktur zu erhöhen.

Das Legieren mit Y und Seltenerdemetallen ermöglicht es, das Kornwachstum in der Einschmelz- und Kristallisationsphase zu begrenzen, was sich auf die mechanischen Eigenschaften des Walzgutes bei der anschließenden technologischen Behandlung auswirkt. Stickstoff und Kohlenstoff sind Hauptelemente, die unter Zusammenwirken mit den oben aufgezählten Legierungszusätzen eine Karbid-, Nitrid-, aber öfter komplexe nichtmetallische Karbonitridphase in Form von dispersen Partikeln bilden, die als Strukturbarrieren auf dem Bewegungsweg der Korngrenzen und Dislokationen fungieren und somit die Strukturparameter sowie die plastischen und Festigkeitseigenschaften beeinflussen.

Unter anderem beeinflußt der Kohlenstoffgehalt die Menge des Restaustenits und der Martensitphase in der Struktur der Walzgutschichten, was unter bestimmten Bedingungen die mechanischen Eigenschaften des Walzgutes ebenfalls bestimmt.

Bei der Herstellung von plattiertem Walzgut, in dem die Oberflächenschicht mit einer Dicke bis 20% im Querschnitt des Bimetallgußblocks aus ferritischem rostfreiem Stahl besteht, der Ni 3,0 Gew.-% und Cr 10 bis 25% Gew.-% bei einem Verhältnis Si/Al in der Grundschicht von kleiner als (1 + Ni/Cr) enthält, erhöht in der festen Lösung enthaltenes Al die Temperatur der Martensitumwandlung derart, daß ein mit Kohlenstoff und Aluminium angereicherter Volumenteil der Diffusions- und der Grundschicht bei der Abkühlung nach der Warmwalzung eine Martensitumwandlung erfährt (Fig. 7). Nach dem Martensitzerfall wird die Grundschicht und besonders die Diffusionsschicht versprödet, d. h. die bei der plastischen Verformung gleitenden Dislokationen werden in den martensitischen Bereichen abgebremst, wo in der Struktur sich oft Mikrorisse bilden und die Festigkeit der Verbindung der Schichten sich verringert.

Bei der Herstellung von plattiertem Walzgut, in dem die Oberflächenschicht mit einer Dicke bis 10% im Querschnitt des Bimetallgußblocks aus ferritischem rostfreiem Stahl besteht, der Ni ≤ 3,0 Gew.-% und Cr 10 bis 25% Gew.-% bei einem optimalen Verhältnis Si/Al in der Grundschicht (Si/Al) ≥ (1 + Ni/Cr) enthält, wird die mit Kohlenstoff gering angereicherte ferritische Struktur in der Diffusionsschicht fest stabilisiert. Dabei wird in der Diffusions- und der Grundschicht ein wesentlicher Kohlenstoffteil in der festen Lösung des legierten Ferrits gehalten und der übrige Kohlenstoffteil in Form von dispersen und gleichmäßig verteilten Karbiden im gesamten Volumen der Mikrostruktur der Schichten ausgeschieden (Fig. 8). Darüber hinaus erfolgt in der Diffusionsschicht unter bestimmten thermischen Bedingungen der Zerfall der festen Lösung Fe- Si-Al-Cr und die Ausbildung einer neuen hochfesten Phase {Fe_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} und bei einer Dicke der Oberflächenschicht von 10 bis 20% kann die Diffusionsschicht in die Tiefe der Grund- und der Oberflächenschicht wachsen und sich über den gesamten Walzgutquerschnitt zwischen den rostfreien Oberflächenschichten sogar verbreiten (Fig. 9 und 10). Dabei kann sich die relative Dicke der rostfreien Oberflächenschicht der Ausgangszusammensetzung verringern.

Die genannten Faktoren tragen dazu bei, daß die mechanische Festigkeit, die Schlagzähigkeit der Grund- und der Übergangsschicht und die Festigkeit der Verbindung der Oberflächenschicht die höchsten Werte erreichen und die Oberfläche hohe Parameter der Korrosionsbeständigkeit beibehalten kann, wenn die Dicke der Oberflächenschicht der Ausgangszusammensetzung ausreichend bleibt (nicht weniger als 5%).

Das plattierte Stahlsortenwalzgut, bei dem die Oberflächenschicht von 6 bis 25% bei einem Verhältnis Si/Al in der Grundschicht kleiner als (2 - Ni/Cr) ist, trägt dazu bei, daß die Temperatur der Martensitumwandlung in der Diffusionsschicht, wohin aus der Oberflächenschicht zusätzlich Cr und Ni diffundiert, sinkt. Bei der Abkühlung des Walzgutes wird an den zahlreichen Strukturfehlern, darunter an den mit Kohlenstoff angereicherten Phasen- und Korngrenzen, aus Martensit und Restaustenit eine disperse Karbidphase ausgeschieden (Fig. 11), infolgedessen die Struktur der Diffusionsschicht einer Versprödung durch Dispersionshärtung ausgesetzt ist. Daneben wird bei einem erhöhten Gehalt an Ni von mehr als 5 Gew.-% und Al von mehr als 1 Gew.-% in der Diffusionsschicht der Zerfall der festen Lösung Fe-Si-Al-Cr-Ni und die Ausbildung einer neuen hochfesten Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} gebremst. Die genannten Faktoren tragen dazu bei, daß die Festigkeit der Verbindung der Oberflächen- und der Grundschicht sich vermindert und bei der Verformung des plattierten Walzgutes im Zugspannungsbereich Mikrorisse und Abschichtungen entstehen können.

Bei der Fertigung des plattierten Walzgutes mit der Beschichtung aus austenitischem rostfreiem Stahl mit einem optimalen Verhältnis Si und Al in der Grundschicht im Bereich von (Si/Al) ≥ (2 - Ni/Cr) wird die mit Si,Cr angereicherte und mit Ni,Al wenig angereicherte ferritische Struktur in der Diffusionsschicht fest stabilisiert. Ein wesentlicher Kohlenstoffteil wird in der festen Lösung des legierten Ferrits gehalten und der übrige Kohlenstoffteil in Form von dispersen und gleichmäßig verteilten Karbiden vom Typ {MeCr₂₃C₆} im gesamten Volumen der Mikrostruktur der Diffusionsschicht ausgeschieden (Fig. 8). Außerdem wird in der Diffusionsschicht die feste Lösung Fe-Si-Al-Cr-Ni unter bestimmten thermischen Bedingungen zerfallen und eine neue hochfeste Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} gebildet, wo bei einer Dicke der Oberflächenschicht von 10 bis 20% die Diffusionsschicht in die Tiefe der Grund- und der Oberflächenschicht wachsen kann und sich über den gesamten Walzgutquerschnitt zwischen den rostfreien Oberflächenschichten verbreiten (Fig. 9 und 10). Dabei kann sich die relative Dicke der rostfreien Oberflächenschicht der Ausgangszusammensetzung (ψ) bis auf ψ = 0,05 verringern (Fig. 1). Die genannten Faktoren tragen zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Schlagzähigkeit der Grund- und der Diffusionsschicht sowie der Festigkeit der Verbindung der Oberflächenschicht derart bei, daß das plattierte Walzgut der kompliziertesten Umformung ohne Verletzung der Ununterbrochenheit der Beschichtung standhält und damit die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche auf einem hohen Niveau beibehält.

Im plattierten Walzgut, wo die Oberflächenschicht aus rostfreiem austenitischem oder ferritischem Stahl mehr als 20% im Querschnitt beträgt, geht die wirtschaftliche Effektivität und die Zweckmäßigkeit dessen Fertigung verloren, und wo die rostfreie Oberflächenschicht weniger als 10% beträgt, ist die Diffusion von Cr und Ni zur Ausbildung einer hochfesten Diffusionsschicht aus der Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} über den Querschnitt zwischen den rostfreien Schichten unzureichend. Darüber hinaus kann die verbliebene Dicke der rostfreien Schicht der Ausgangszusammensetzung (weniger als 5%) zur wirkungsvollen Korrosionsschutz des Walzgutes unzureichend sein.

Das Verfahren zur Herstellung von plattiertem Walzgut besteht im Schmelzen von Stahl für die Grund- und die Oberflächenschicht, im Zusammenfügen eines Bimetallgußblocks, in der Warmwalzung des Gußblocks zum Erhalten eines Rohlings und in dessen anschliessenden Wärmebehandlung. Bei Einhaltung dieser Bedingungen der Erfindung kann in der Diffusionszone unter bestimmten thermischen Bedingungen der Zerfall der festen Lösung Fe-Si-Al-Cr-Ni unter Bildung einer neuen hochfesten Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} erfolgen, was es ermöglicht, die Oberflächen- und die Grundschicht sehr fest zu verbinden. Weiter wird so ein Rohling der Warmwalzung in mehreren Stichen mittels kalibrierter Walzen zu einer Bimetallstange unterworfen, wonach die Stange mittels kalibrierter Walzen mit einer geriffelten Oberfläche gewalzt wird, wobei die maximale Tiefe (oder Höhe) der Riffelung auf der Oberfläche der Walzen (Stange) nicht größer sein kann als das Verhältnis (ψ.d), wo ψ die relative Dicke der Oberflächenschicht und d den Durchmesser der gewalzten Stange (mm) bedeuten (Fig. 1). Falls diese Bedingung erfüllt ist, ergibt sich auf der Oberfläche der gewalzten Stange eine Qualitätsriffelung gemäß den Anforderungen an das Haften des Betonmischung und verjüngt sich die korrosionsfeste Oberflächenschicht über das gesamte geriffelte Profil nicht mehr als zur Hälfte der relativen Ausgangsdicke. Dadurch wird ein sicherer Korrosionsschutz der gesamten Oberfläche der Rippenstange gewährleistet und die Korrosionsbeständigkeit des Walzgutes erhöht.

Wenn die Fertigung der Bimetallstange mit der Walzung mittels geriffelter Walzen durchgeführt wird, bei denen die Höhe (oder Tiefe) der Riffelung über die Grenzen des oben angegebenen Verhältnisses hinausgeht, nämlich H₀ > (ψ.d), wird dann in den einzelnen Bereichen an den Stellen der maximalen Ungleichartigkeit der Verformung (Fig. 1) eine übermäßig verjüngte Oberflächenschicht und sogar Brüche und Mikrorisse in der Beschichtung beobachtet. Bei Korrosionstests werden an diesen Stellen deutliche Spuren der Korrosion in Form eines Rostpittings festgestellt.

Das plattierte Walzgut aus einem Bimetallrohling kann in mehreren Stichen mittels Walzen mit dem Flachballen zu einem Bimetallband mit einer Dicke (h₀) mit einer Beschichtung (ψ) gewalzt werden und wird dann mittels des Ballens mit einer geriffelten Oberfläche gewalzt, die das Verhältnis 0,2 ≤ (h₁/.h₀)≤ 1 erfüllt, weiter wird das geriffelte Band durch Walzung oder in einer Presse bei einer Temperatur von ≤ 1150°K zu einem Halbrohrprofil mit einer Oberflächenkrümmung im Querschnitt (1/D) bei einem Verhältnis (5.h₀/D) ≤ 1 geformt, wo h₁ die Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Oberfläche des Bandes (Walzen), h₀ die Banddicke, ψ die relative Dicke der rostfreien Schicht bedeuten (Fig. 2). Die genannten optimalen fertigungstechnischen Parameter begünstigen das Erhalten der maximalen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Bandes und des Bewehrungsprofils durch Begrenzen der negativen Einwirkung der ungleichartigen Verformung über den Bandquerschnitt und der Strukturumwandlungen. So ist z. B. bei Einhaltung der Bedingungen des Verhältnisses ((h₁/ψ.h₀) ≤ 1) die ungleichartige Verformung der Oberflächenschicht bei der Walzung mittels der geriffelten Walzen an den Stellen des maximalen plastischen Spitzenflusses des Beschichtungsmetalls durch deren Verjüngung nicht mehr als zur Hälfte gegenüber dem Bereich mit dem gleichmäßigen plastischen Fluß begrenzt. D. h. wenn die relative Dicke der Beschichtung 10% des Querschnitts des Walzgutes beträgt, verjüngt sich die Beschichtung an den Stellen der Spitzenverformungen nicht mehr als bis zu 5% des Querschnitts des Walzgutes bei Einhaltung des optimalen Verhältnisses der Höhe der Riffelung am Werkzeug (an der Walze) sowie der Band- und Beschichtungsdicke. Das ermöglicht es, eine vollständige Ununterbrochenheit und Fehlerfreiheit der Beschichtung beizubehalten und somit deren Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Nach der Verformung des Bandes zum Halbrohr entsteht im Bandquerschnitt eine deutliche Ungleichartigkeit in der Streckung des Metalls in verschiedenen Schichten, und je größer ist die Biegekrümmung (oder je kleiner der Durchmesser des Halbrohres), desto größer ist die gewölbte Außenfläche durch Dehnung relativ zur Innenfläche verformt (Fig. 12 bis 14). Bei der Erfüllung des Verhältnisses (5.h₀/D) ≤ 1 ist die relative Dehnung der Außenfläche gegenüber der Innenfläche nicht größer als 25%, was es ermöglicht, ein gewünschtes Bewehrungsprofil aus der vorgegebenen Banddicke ohne Fehler und Mikrorisse auf der Aussenfläche des Halbrohres zu formen und somit dessen Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Die optimale Temperatur der Formgebung des Halbrohrprofils mit den erfindungsgemäß vorgegebenen fertigungstechnischen Parametern kann sich von der Raumtemperatur bis zu 1150°K erstrecken. Dabei nimmt beim plattierten Walzgut die mechanische Festigkeit mit der abnehmenden Temperatur der Verformung durch Verformungsfehler und Kalthärtung der Struktur zu und die Schlagzähigkeit nimmt umgekeht aus denselben Gründen ab, aber deren Parameter gehen über die durch die Norm zulässigen Grenzen nicht hinaus.

Bei der Walzung mittels der geriffelten Walzen, wenn die Tiefe der Riffelung auf der Bandoberfläche oberhalb der oberen Grenze liegt (h₁/ψ .h₀) > 1, kann die Oberflächenschicht sich an den Stellen der maximalen Ungleichartigkeit mehr als zur Hälfte verjüngen und es können in der Beschichtung Mikrorisse beobachtet werden. Bei Korrosionstests werden an diesen Stellen deutliche Spuren der Korrosion in Form des Rostpittings festgestellt.

Bei der Walzung mittels der verschlissenen Walzen, wo die Tiefe der Riffelung auf der Walzenoberfläche unterhalb der unteren Grenze liegt (h₁/ψ.h₀) < 0,2, reicht die zu erhaltende Tiefe und Struktur der Riffelung am Bewehrungsprofil nicht aus, die notwendige Festigkeit der Haftung mit der Betonmischung zu sichern.

Die Formgebung des Halbrohres bei einer Temperatur oberhalb 1150°K ruft eine übermäßige Entfestigung und Versprödung der Struktur der Grund- und der Oberflächenschicht des Walzgutes durch Anreicherung der Phasen- und Kerngrenzen mit der Karbidphase, durch Koagulation und Wachstum der Karbiden und der Martensitphase sowie durch Zunahme der Korngröße hervor. Das verringert die mechanische Festigkeit und die Schlagzähigkeit des plattierten Walzgutes.

Die Formgebung des Halbrohres mit der Oberflächenkrümmung größer als das Verhältnis (1/5h₀) führt zu einer großen Ungleichartigkeit der plastischen Verformung über den Bandquerschnitt (>25%), was die Entstehung in der Beschichtung von Mikrorissen auf der Außenfläche (gewölbten Fläche) des Halbrohres hervor. Bei Korrosionstests bedeckt sich die gewölbte Oberfläche mit den Spuren der Korrosion in Form des Rostpittings.

Das Wesen der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 14 erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine plattierte Stange mit einer glatten und geriffelten Oberfläche,
Fig. 2 schematisch im Querschnitt ein plattierter Rohling, Band und Halbrohr,
Fig. 3 die mechanischen Eigenschaften des plattierten Walzgutes abhängig von der Zusammensetzung und Struktur der Grundschicht, wo σ_n Festigkeitsgrenze, Y Schlagzähigkeit und δ relative Dehnung durch Streckung bedeuten,
Fig. 4 eine Mikrostruktur des plattierten Bandes im Querschnitt, wo 1 die rostfreie Oberflächenschicht, 2 die Diffusionszwischenschicht und 3 die Grundschicht bedeuten,
Fig. 5 die Verteilung der Elemente Si, Cr und Al im Querschnitt des Bimetallwalzgutes, wo alle Schichten die Struktrur der festen Lösung aufweisen, nämlich die Oberflächenschicht (1), die Diffusionsschicht (2) und die Grundschicht (3),
Fig. 6 eine Mikrostruktur des Siliziumstahls mit ferritischen und martensitisch-perlitischen Körnern,
Fig. 7 martensitische Ausscheidungen an den Korngrenzen der Diffusionszone,
Fig. 8 disperse Ausscheidungen der Karbidphase im Volumen der Körner der Grund- und der Diffusionsschicht,
Fig. 9 die Verteilung der Elemente Si, Al, Cr, Ni im Querschnitt des Bimetallwalzgutes, wo die Oberflächenschicht (1) und die Grundschicht (3) die Struktrur der festen Lösung und die Diffusionszwischenschicht (2) die Struktur der Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} aufweisen bzw. aufweist,
Fig. 10 die Verteilung der Elemente Si, Al, Cr, Ni im Querschnitt des Bimetallwalzgutes, wo die Oberflächenschicht (1) die Ausgangszusammensetzung der Beschichtung aus rostfreiem Stahl und die Diffusionsschicht (2) die Struktur der Phase {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y} über den gesamten Querschnitt der Grundschicht aufweist,
Fig. 11 karbidische und martensitische Ausscheidungen an den Korngrenzen der Diffusionsschicht,
Fig. 12 eine gleichgewichtige Mikrostruktur der Oberflächenschicht nach der Warmwalzung und Wärmebehandlung,
Fig. 13 eine Mikrostruktur der Oberflächenschicht des gewalzten Halbrohres von der Seite der konvexen Oberfläche her,
Fig. 14 eine Mikrostruktur der Oberflächenschicht des gewalzten Halbrohres von der Seite der konkaven Oberfläche her.

Beispiel einer konkreten Ausführung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden plattierte Stahlmuster hergestellt, die aus einer Oberflächen- und einer Grundschicht bestehen, welche mit den Elementen Cr, Ni und Si, Al legiert sind. In der Tabelle 1 ist der Gehalt an den Hauptelementen (Cr, Ni) und den Begleitelementen in der Oberflächenschicht und in der Tabelle 2 der Gehalt an den Hauptelementen (Si, Al) und den Begleitelementen in der Grundschicht gezeigt. In den Tabellen 3 und 4 sind die Sortenzusammensetzung und -struktur sowie der Gehalt und die Verhältnisse der Hauptelemente in der Oberflächen- und der Grundschicht der plattierten Muster (Nr. 1 bis 30) gezeigt. In der Tabelle 5 sind mechanische und Korrosionseigenschaften sowie die Festigkeit der Verbindung der Beschichtung in diesen Mustern Nr. 1 bis 30 angegeben. In der Tabelle 6 sind die Parameter des plattierten Sortenwalzgutes sowie die Veränderungen der Eigenschaften nach den Korrosionstests und der Verformung des Bandes zum Halbrohr angeführt. In der Tabelle 7 sind die Parameter der Makrostruktur im Querschnitt der Bimetallmuster vor und nach der Behandlung (Walzung und Wärmebehandlung) sowie die Eigenschaften und der relative Preis des Walzgutes angeführt.
Der Stahl mit dem unterschiedlichen Gehalt an Cr, Ni, Si, Al, welcher zusätzlich auch Mn, Mo, W, V, Cu, Ti, Nb, Zr, Y, Seltenerdmetalle, C, N enthält, wurde in einem Induktionsvakuumofen geschmolzen und in Formen zum Erhalten von hohlen und zylinderförmigen Rohlingen mit vorgegebenen Abmessungen und Zusammensetzungen gegossen. Die Zusammensetzung und die Abmessungen der hohlen Rohlinge sind in der Tabelle 1 angegeben. Die Zusammensetzung und die Abmessungen der zylinderförmigen Rohlinge sind in der Tabelle 1 angegeben. Die zylinderförmigen Rohlinge wurden in die hohlen Rohlinge eingesetzt. Um die Oxidierung der Phasengrenze bei der Erwärmung zu vermeiden, wurde dann die Grenze zwischen den Schichten an der Stirnseite des Gußblocks geschweißt. Somit wurden Bimetallgußblöcke mit einer mit Cr und Ni legierten über den gesamten Umfang korrosionsfesten Oberflächenschicht und im Mittelteil mit einer Grundschicht aus mit Si und Al legiertem Stahl erhalten (Tab. 3 und 4).
Die Bimetallgußblöcke wurden erwärmt und einer reversierbaren Warmwalzung in einem Gerüst mit einem Walzendurchmesser von 300 mm in mehreren Stichen durch ein Kalibersystem "Rhombus- Quadrat" unterworfen, bis ein Zwischenrohling von 40 × 40 mm erhalten wurde. Nach der Wärmebehandlung wurde ein Teil der qudratischen Rohlinge einer weiteren Warmwalzung in einem Gerüst mit einem Walzendurchmesser von 250 mm durch ein Kalibersystem "Oval-Kreis" zu einer Stange mit einem Durchmesser von 20 bis 14 mm und ein anderer Teil in einem anderen Gerüst mit dem ebenen Walzenballen zu einem Band mit einer Dicke von 5 bis 3 mm unterworfen. Bei der Warmwalzung der plattierten Bimetallstangen wurde in den letzten Stichen eine dreiseitige Evolventenasymmetrie im Querschnitt und eine Kalibrierung des Rippenprofils mittels der Walzen mit einer geriffelten Oberfläche vorgegeben, wo die Tiefe der Riffelung sich von 0 bis 2 mm veränderte. Bei der Warmwalzung der plattierten Bimetallbänder wurde der letzte Stich mittels der Walzen mit der geriffelten Oberfläche nach der Form eines Musters aus regelmässig angeordneten Zellen in Form eines Rhombus mit einer Kantenbreite von 5 mm, einer Wiederholperiode von 20 mm und einer Höhe der Riffelung von 0 bis 0,5 mm durchgeführt. Ein Teil der geriffelten Bänder wurde bei einer Temperatur von der Raumtemperatur bis 1160°K durch Formen in einer Presse mit einem zylinderförmigen Stempel bis zum Erhalten eines Profils in Form eines Halbrohres mit der unterschiedlichen Oberflächenkrümmung verformt. In der Tabelle 6 sind die Parameter des plattierten Profilwalzgutes und die techologischen Parameter dessen Behandlung bei der Fertigung in Form von geriffelten Stangen, Bändern und eines verformten Halbrohres vorgestellt.
Nach der Warmverformung wurden die Bimetallrohlinge und das plattierte Sortenlwalzgut wärmebehandelt, um eine vorgegebene Mehrphasen-Makrostruktur im Querschnitt zu formen. Die Zusammensetzung und die Parameter der Makrostruktur im Querschnitt beeinflussen die Eigenschaften und den Preis des Walzgutes. In der Tabelle 7 sind die Parameter der Mehrphasen-Makrostruktur im Querschnitt vor und nach der Behandlung der Bimetallmuster sowie die Eigenschaften und der relative Preis des Walzgutes vorgestellt.
Zur Fertigung eines Rohlings entsprechend dem Analogiemuster wurden rechteckige Muster mit vorgegebenen Abmessungen sowie Zusammensetzungen der Oberflächen- und der Grundschicht (Tab. 1 und 2) hergestellt, weiter wurde ein Dreischichtenpaket hergestellt und am Umfang der Grenze der Verbindung der Schichten geschweißt und die erhaltenen Dreischichtenrohlinge mit einem Querschnitt von 28 × 60 mm wurden in mehreren Stichen zu Bändern von 3 bis 80 mm gewalzt. Bei der Walzung ist der größte Teil des Metalls (bis 25%) wegen der Querverbreiterung unter der Beschichtung heraus "ausgeflossen", infolgedessen die relative Dicke und die relative Fläche der rostfreien Oberflächenschicht sich von den Ausgangswerten deutlich abwichen. Für die Tests entsprechend den anderen Mustern wurden aus den gewalzten Analogiemustern Bänder mit einer Breite von 60 mm geschnitten, wo die seitlichen Stirnflächen vor der Korrosion auch nicht geschützt waren, aber die relative Fläche ohne Beschichtung wesentlich verringert wurde.
Die Fertigung des Gußblocks und des Walzgutes gemäß dem Prototyp nach dem technologischen Schema war mit den anderen Erfindungsmusern identisch.
In den verschiedenen Stufen der Warmwalzung und der Wärmebehandlung wurden Muster ausgewählt und die Mikrostruktur sowie die Verteilung von Cr, Ni, Si, Al im Querschnitt des Bimetallwalzgutes und die Schlagzähigkeit, die mechanische Festigkeit und die relative Dehnung untersucht.
Die Festigkeit der Verbindung der Schichten wurde nach der Eriksen-Methode [4] durch Verformung der plattierten Flachmuster durch Harausdrücken einer sphärischen Oberfläche mit einer Kugel mit D = 10 bis 20 mm bei Raumtemperatur untersucht.
Die Korrosionstests wurden im Laufe von 42 Tagen in einer 10 %igen Lösung der Salpetersäure durch Wägen der Muster vor dem Tauchen und nach der Herausnahme aus der Lösung durchgeführt. Aus dem gesamten Gewichtsverlust in der Testperiode von ~ 1000 h wurde der spezifische Parameter g_k(g/m².h) berechnet.
Zur Bestimmung der relativen Festigkeit der Haftung der Bewehrungsprofile mit der Betonmischung wurden Qauderformen (Kante 100 mm) hergestellt, wohin die Betonmischung auf der Basis von tonerdreichem Zement und in den zentralen Teil des Quaders ein Bewehrungsprofil so eingelegt wurde, daß das letztere auf einer Seite um 10 mm herausragte. Nach dem vollständigen Erhärtungszyklus (20 Tage) wurde das Bewehrungsprofil in einer Presse bis zum Beginn der Verschiebung herausgedrückt. Aus der Größe der Kraft gegenüber dem Muster mit der glatten Oberfläche wurde die relative Festigkeit der Haftung mit der Betonmischung bestimmt.
In der Tabelle 5 sind die Ergebnisse der mechanischen und Korrosionstests der gewalzten Bimetallmuster Nr. 1 bis 30 sowie die Dicke der Diffusionsschicht aufgeführt. In der Tabelle 6 sind zusätzlich für einen Teil der Muster die Änderungen der mechanischen Eigenschaften und der Eigenschaften der Oberfläche nach den Korrosionstests enthalten. Diese Änderungen sind teilweise durch Wasserstoffanreicherung sowie durch die zerstörende Einwirkung der Korrosion auf die Oberflächenschichten der Muster hervorgerufen. Darüber hinaus sind in der Tabelle 6 die Ergebnisse der Tests der Bewehrungsprofile auf die Festigkeit der Haftung mit der Betonmischung angegeben.
Die Zusammensetzung der Muster Nr. 2 bis 8, 10 bis 12 (Tab. 3) und Nr. 17 bis 22, 24 bis 27 (Tab. 4) entspricht also der angemeldeten Erfindung. Die Zusammensetzung der Muster Nr. 1, 9, 13 (Tab. 3) und Nr. 16, 23, 28 (Tab. 4) befindet sich außerhalb der Grenzbedingungen der Erfindung. Die Zusammensetzung der Muster Nr. 14, 29 entspricht dem Analogiemuster und Nr. 15, 30 dem Prototyp (Tab. 3 und 4).
Darüber hinaus entspricht die Fertigung der Muster Nr. 3, 4, 6 bis 8, 10 und 17 bis 19, 21, 22, 24, 25, 27 (Tab. 3 und 4) mit der vorgegebenen Struktur und Phasenzusammensetzung der Diffusionszone (Tab. 7) der angemeldeten Erfindung und gewährleistet eine höhere Qualität der mechanischen und Korrosionseigenschaften. Die Fertigung der Muster Nr. 2, 11, 20, 26 (Tab. 3 und 4) gewährleistet ein verhältnismäßig niedriges Neveau der mechanischen Eigenschaften, das den unteren Grenzparametern der Anwendbarkeit des Baustoffs zum Betonbewehren entspricht (Tab. 5).
Die Fertigung des plattierten Sortenwalzgutes mit der Markierung der Muster K₂ bis K₄,Π₂,Π₃,Π₅,Π₇,Π₈,T₂ bis T₄ (Tab. 6) entspricht den Bedingungen der Erfindung und mit der Markierung K₁,Π₁,Π₁,Π₆,Π₉ und T₁ befindet sich außerhalb den Grenzbedingungen der Erfindung, wo K_i geriffelte Rippenstangen, Π_i ein geriffeltes Band, T_i ein Halbrohr, K₅ und Π₁₀ Vegleichsmuster mit der glatten Oberfläche (Referenzmuster) bedeuten.
Aus der Tabelle 7 ist ersichtlich, daß mit der zunehmenden Dicke der Oberflächenschicht aus hochlegiertem Stahl im Bimetallgußblock sich der Preis des plattierten Walzgutes erhöht und bei einer Dicke von mehr als 20% er schon mehr als 65% des Preises des legierten Stahls beträgt. Dabei ist jedoch die Formung einer hochfesten breiten Diffusionsschicht möglich, was die Fertigung des Bimetallwalzgutes mit einem höheren Niveau der mechanischen und Korrosionseigenschaften gewährleistet.
Somit wurden zur wirkungsvollen Fertigung des erfindungsgemässen plattierten Qualitäts-Stahlsortenwalzgutes die Bimetallgußblöcke hergestellt, wo die Oberflächenschicht mit der relativen Dicke bis 20% mit Cr und Ni legiert ist und die Grundschicht in Gew.-% Si (1 bis 6,0) und Al (0,1 bis 0,5) bei dem Verhältnis 3,0≤(Si+Al)≤6,0 enthält. Darüber hinaus weisen die Gußblöcke zusätzlich eine legierende Elementengruppe auf. Die Gußblöcke wurden bis zum Erhalten von Zwischenrohlingen gewalzt. Weiter wurden die Rohlinge zu geriffelten Rippenstangen mit einer Beschichtung und einem Durchmesser im Bereich des Verhältnisses (H₀/ψ.d)≤6,0 sowie zu geriffelten Bändern mit einer Beschichtung und einer Dicke im Bereich des Verhältnisses 0,2≤(h₁/ψ.h₀)≤1 gewalzt, aus einem Teil der Bänder wurden bei einer Temperatur bis 1150°K Halbrohre mit einer Wanddicke und einer Oberflächenkrümmung im Bereich des Verhältnisses 5.h₀/D≤1 hergestellt. Wenn die Rohlinge aus den Gußblöcken hergestellt wurden, wo die Beschichtung aus ferritischem Stahl Ni≤3,0 Gew.-% und Cr 10 bis 25 Gew.-% und die Grundschicht Si und Al bei dem Verhältnis (Si/Al)≥(1+Ni/Cr) enthält oder die Beschichtung aus austenitischem Stahl Ni 4 bis 34 Gew.-% und Cr 6 bis 25 Gew.-% und die Grundschicht Si und Al bei dem Verhältnis (Si/Al)≥(2-Ni/Cr) enthält, so besitzt das Walzgut die höchste Qualität hinsichtlich der mechanischen und Korrosionseigenschaften durch Ausbildung im Querschnitt zwischen den Oberflächenschichten einer breiten Diffusionsschicht mit einem Gehalt an den Hauptlegierungsbestandteilen bei folgenden Verhältnissen: {Fe_1-x-y(Si,Al)_xCr_y}, {(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y}, wo x+y≤18 ist.
Die Analyse der Ergebnisse ergibt, daß in der Erfindung ein positiver Effekt erreicht ist: das vorgeschlagene plattierte Stahlsortenwalzgut zum Bewehren von Beton verfügt gegenüber den nächstliegenden Analogielösungen über wesentliche Vorteile, und zwar: eine höhere mechanische Festigkeit, Schlagzähigkeit, Festigkeit der Verbindung der Schichten und Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche.
Die angemeldete Erfindung ist zweckmäßig in der Hüttenindustrie zum Erhalten von verhältnismäßig billigen korrosionsbeständigen und hochfesten Bewehrungsprofilen für Stahlbeton zu verwenden. Informationsquellen [1] Patentschrift "Fertigung von plattierten Stahlblechen", Anmeldung Nr. 6314991, Japan, IPK⁴ B 23 K 20/14, C 21 D 8/02; Takizawa Kensaburo, Kazi Charuo, Takashima Suzi, Chiratsuka Chazima; K.k. Kobe seikosö; - Nr. 61-294223; angemeldet am 10.12.1986; veröffentlicht am 21.06.1988.

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Claims

1. Plattiertes Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, das aus einem Bimetallgußblock, der aus einem Grundwerkstoff, der eine Si und Al umfassende legierende Elementengruppe enthält, und aus einer Oberflächenschicht aus ferritischem oder austenitischem rostfreiem Stahl besteht, der eine Cr und Ni umfassende legierende Elementengruppe enthält, durch Warmwalzung des Gußblocks zu einem Zwischenrohling und zu einem Sortenwalzgut mit dessen anschließender Wärmebehandlung erhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundwerkstoff Stahl verwendet wird, der in Gew.-% 1,0 bis 5,8 Si und 0,1 bis 5,0 Al unter der Bedingung 3,0≤(Si+Al)≤6,0 enthält.

2. Plattiertes Stahlsortenwalzgut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht und die Oberflächenschicht zusätzlich einen oder mehrere Bestandteile enthalten können, die aus einer Gruppe gewählt sind, umfassend Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadin, Kupfer, Titan, Niob, Zirkon, Yttrium, Seltenerdmetalle, Stickstoff und Kohlenstoff bei folgendem Verhältnis der Bestandteile in der Grundschicht in Gew.-%: Nickel bis 3,0, Chrom bis 3,0, Mangan bis 3,0, Molybdän bis 1,0, Wolfram bis 0,5, Vanadin bis 0,7, Kupfer bis 0,5, Titan bis 0,3, Niob bis 0,5, Zirkon bis 0,5, Yttrium bis 0,2, Seltenerdmetalle bis 0,2, Stickstoff bis 0,5, Kohlenstoff bis 0,8, Rest Eisen und Verunreinigungen und in der Oberflächenschicht Nickel bis 34, Chrom bis 25, Silizium bis 6,5, Aluminium bis 4,0, Mangan bis 6,0, Molybdän bis 6,1, Wolfram bis 4,0, Vanadin bis 0,5, Kupfer bis 5,0, Titan bis 1,2, Niob bis 1,0, Zirkon bis 1,0, Yttrium bis 0,5, Seltenerdmetalle bis 0,5, Stickstoff bis 0,5, Kohlenstoff bis 0,5, Rest Eisen und Verunreinigungen.

3. Plattiertes Stahlsortenwalzgut nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht mit einer relativen Dicke bis 20% im Querschnitt des Rohlings aus rostfreiem Stahl mit der ferritischen Struktur besteht, der Ni ≤ 3,0 Gew.-% und Cr 10 bis 25% Gew.-% enthält, die Grundschicht Si und Al bei einem Verhältnis Si/Al ≥ (1 + Ni/Cr) enthält und die Diffusionsschicht zwischen den genannten Schichten Hauptlegierungsbestandteile bei einem Verhältnis
{(Fe)_1-x-y(Si,Al)_xCr_y}
aufweist, wobei x + y ≤ 18 ist.

4. Plattiertes Stahlsortenwalzgut nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht mit einer relativen Dicke bis 20% im Querschnitt des Rohlings aus rostfreiem Stahl mit der austenitischen Struktur besteht, der Ni 4 bis 34 Gew.-% und Cr 6 bis 25 Gew.-% enthält, die Grundschicht Si und Al bei einem Verhältnis (Si/Al) ≥ (2-Ni/Cr) enthält und die Diffusionsschicht Hauptlegierungsbestandteile bei einem Verhältnis
{(Fe,Ni)_1-x-y(Si,Al)_x,Cr_y}
aufweist, wobei x + y ≤ 18 ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, umfassend die Herstellung einer Bimetallstange mit einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl, die Warmwalzung in mehreren Stichen mittels kalibrierter Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwalzvorgang mittels kalibrierter Walzen mit einer geriffelten Oberfläche durchgeführt wird, die folgendem Verhältnis genügt:

wo
H₀ die maximale Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Walzenoberfläche,
d den Durchmesser der Stange,
ψ die relative Dicke der Oberflächenschicht
bedeuten.

6. Verfahren zur Herstellung von Stahlsortenwalzgut zur Bewehrung von Beton, umfassend die Herstellung eines Bimetallbandes mit einer Oberflächenschicht aus rostfreiem Stahl, die Warmwalzung in mehreren Stichen mittels Walzen mit dem Flachballen, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwalzvorgang mittels Walzen mit einer geriffelten Oberfläche durchgeführt wird, die folgendem Verhältnis genügt:

wo
h₁ die maximale Tiefe (Höhe) der Riffelung auf der Walzenoberfläche,
h₀ den Durchmesser des Bimetallbandes,
ψ die relative Dicke der Oberflächenschicht
bedeuten.

7. Verfahren zur Herstellung von Stahlsortenwalzgut nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallband in einer Presse bei einer Temperatur von nicht höher als 1150°K zu einem Halbrohrprofil mit einer Krümmung der Oberfläche von 1/D und einer Wanddicke von h₀ im Bereich des Verhältnisses

gewalzt oder geformt wird.