DE2501175A1

DE2501175A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von im untertaegigen streckenausbau verwendeten profilstahlabschnitten

Info

Publication number: DE2501175A1
Application number: DE19752501175
Authority: DE
Inventors: Josef Coutourier; Hans Seek; Rudolf Ing Grad Turowski
Original assignee: Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Current assignee: Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1976-07-15
Also published as: DE2501175C3; DE2501175B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung von im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit, welche aus einem Feinkornstahl mit einem Anteil Kohlenstoff von 0,28 bis 0,40 %, Silizium von 0,15 bis 0,45 %, !mangan von 0,65 bis 1,0 X, Chrom und Nickel von zusammen maximal 0,30 % sowie Phosphor von höchsten 0,08 % und Schwefel von höchstens 0,05 % bestehen und nach dem Erwärmen in einem Durchlaufofen auf eine Temperatur oberhalb des AC3-Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes an die Profilstahlabschnitte allseitig mit Wasser benetzenden Abschreckdüsen vorbeigeführt werden.
Andererseits richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitte müssen aufgrund ihres durch weitgehend nicht vorhersehbare Gebirgskräfte beeinflußten speziellen Einsatzgebietes besondere technologische Eigenschaften hinsichtlich der Kerbschlagzähigkeit, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung und Einschnürung aufweisen, um die von der Praxis geforderte hohe Biegetragfähigkeit bei gleichzeitiger Sprödbruchsicherheit zu gewährleisten.
Ausgangsmaterial für derartige Profilstahlabschnitte bildet überwiegend ein Feinkornstahl in Grubenausbauqualität mit einem Anteil Kohlenstoff von 0,28 bis 0,40 %, Silizium von 0,15 bis 0,45 ,t, flangan von 0,65 bis 1,0 %, Chrom und Nickel von zusammen maximal 0,30 M sowie Phosphor von höchsten; 0,08 % und Schwefel von höchstens 0,05 %. Damit die von der Praxis geforderten Endwerte mit Bezug auf die Kerbschlagzähigkeit, die Zugfestigkeit, die Streckgrenze, die Dehnung und die Einschnürung bei diesem Stahl auch erreicht wercen, ist man bislang in den einschlägigen Fachkreisen übereinstimmend der Auffassung, daß die Profilstahlabschnitte in Abhängigkeit von der chargenbedingten chemischen Zusammensetzung einer solchen Wärmebehandlung unterworfen werden müssen, die aus den Verfahrensschritten Härten und anschließendem Anlassen besteht.
Im einzelnen erfolgt bei dieser Wärmebehandlung zunächst ein Aufheizen der Profilstahlabschnitte auf Temperaturen von etwa 30 bis 500 C oberhalb des AC3-Punktes gemäß dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm. Nach diesem in der Regel in einem Durchlaufofen durchgeführten Erwärmen werden die Profilstahlabschnitte dann durch mit Wasserbeaufschlagte Düsen geleitet, wodurch ihre Temperatur schroff bis auf Raumtemperatur gesenkt wird. Im Anschluß daran werden die auf diese Weise gehärteten Profilstahlabschnitte in einem Anlaßofen langsam wieder bis auf AnlaRtemperatur aufgewärmt, wobei die Anlaßtemperatur unterhalb des unteren Umwandlungspunktes im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm liegt.
Durch das Anlassen vermindern sich die Festigkeit und die Streckgrenze bei gleichzeitiger Erhöhung der Dehnung, der Einschnürung und der Kerbschlagzähigkeit. Die Kerbschlagzähigkeit erreicht dann Werte von 12 bis 15 kpm/cm2, während die Zugfestigkeit 80 bis 90 kp/mm2 beträgt. Die Dehnung erreicht dabei einen Wert von etwa 18 bis 25 %, die Einschnürung einen Wert von etwa 60 bis 65 % und die Streckgrenze beträgt etwa 55 bis 65 kp/mm2.
Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß neben dem Durchlaufofen zum Aufheizen der Profilstahlabschnitte auf eine Temperatur oberhalb des Ac3-Punktes und den Vorrichtungen zum Abschrecken der Profilstahlabschnitte auf Raumtemperatur nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen ein zusätzlicher Anlaßofen notwendig ist. Verbunden mit der Beschaffung und der Aufstellung eines solchen Ofens ist auch die Bereitstellung des zur Beheizung notwendigen Energiebedarfs sowie der für den Betrieb des Anlaßofens erforderlichen qualifizierten Fachkräfte.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß aufgrund der Analysenschwankungen des Stahles, d.h.
der chemischen Zusammensetzung der einzelnen zur Weiterverarbeitung anstehenden Chargen der Profilstahlabschnitte, es unbedingt erforderlich ist, die Anlaßtemperatur der jeweiligen Analyse genau anzupassen. So muß beispielsweise bei wachsender Härte aufgrund der chemischen Zusammensetzung eine entsprechend höhere Anlaßtemperatur nach dem Härten gewählt werden, um die von der Praxis geforderten Mindestendwerte der technologischen Gütewerte der Profilstahlabschnitte zu erreichen. Es muß also die Temperatur im Anlaßofen genau auf die jeweilige chemische Zusammensetzung der einzelnen Charge abgestimmt werden. Hierbei ist es naturgemäß nicht auszuschließen, daß eine falsche Anlaßtemperatur aufgrund von Übermittlungsfehlern gewählt wird und dadurch häufig eine ein- oder mehrmalige Nachbehandlung der Profilstahlabschnitte erforderlich ist, um die geforderten Endwerte sicherzustellen. Die mit dem bekannten Verfahren erreichbaren technologischen Gütewerte schwanken demnach in relativ weiten Grenzen.
Trotz dieser Mängel fehlt es bislang an Vorschlägen dafür, daß die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte für die Profilstahlabschnitte im untertägigen Streckenausbau genauer, schneller und mit einfacheren Mitteln erreicht werden können.
Aufgabe der Erfindung bildet es demzufolge, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die geforderten technologischen Gütewerte mit den nicht zu vermeidenden Schwankungen in sehr engen Grenzen zu halten und diese Gütewerte in erheblich kürzerer Zeit sowie mit geringerem apparatemäßigem Aufwand sicherzustellen.
Soweit es den verfahrenstechnischen Teil dieser Aufgabe anlangt, kennzeichnet sich deren erfindungsgemäße Lösung dadurch, daß die Profilstahlabschnitte unmittelbar nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen mit gleichbleibendem stetigem Vorschub an den Abschreckdüsen vorbeigeführt werden, wobei ihre Temperatur mit hoher Geschwindigkeit gezielt auf einen Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe gesenkt wird und daß sie danach an Luft einer gemilderten Wärmeabfuhr für den restlichen Bereich der Zwischenstufe ausgesetzt werden, wobei nach vollendeter Gefügeumwandlung die weitere Abkühlung an Luft, mittels Wasserdüsen oder im Tauchbad durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich die Kenntnis der Zwischenstufenumwandlung beim gesteuerten Abschrecken von Kohlenstoff-Stählen zunutze. In dieser Zwischenstufe entsteht ein Gefüge, das zwischen der perlitischen Umwandlung und der Martensitbildung liegt. Es erfolgt also ein Umwandlungsvorgang des Raumgitters bei teilweiser Segregation von feinsten Karbiden.
Die Zwischenstufe zeichnet sich durch eine Festigkeit aus, die über der Perlitstufe, aber unterhalb der Martensitfestigkeit liegt. Weiterhin kennzeichnet sich die Zwischenstufe durch eine sehr hohe Zähigkeit. Diese Kenntnisse werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dahingehend verwendet, indem die Profilstahlabschnitte nunmehr unmittelbar nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes nicht bis auf Raumtemperatur, sondern lediglich gezielt auf eine Temperatur abgekühlt werden, die im Bereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe liegt. Die Abkühlgeschwindigkeit bei diesem Abschreckvorgang wird so hoch gewählt, daß es innerhalb der Profilstahlabschnitte nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit kommt. Es ist also gewährleistet, daß beim schnellen Absinken der Temperatur im Bereich der Abschreckdüsen keine Linie im Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Schaubild) des jeweiligen Kohlenstoff-Stahles durchlaufen wird.
Weiterhin ist es wesentlich, daß der Abkühlvorgang auch exakt in diesem Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe unterbrocnen wird. Die weitere Abkühlung der Profilstahlabschnitte erfolgt dann anschließend an der Außenluft. Hierbei wird jetzt der gesamte restliche Bereich der Zwischenstufe durchlaufen, ohne daß es zur Martensitbildung kommt. Ist die Gefügeumwandlung nach dem Durchlaufen der Zwischenstufe beendet, kann die restliche Abkühlung in beliebiger Weise durchgeführt werden, weil keine Änderung des Gefüges mehr erfolgt. Die Profilstahlabschnitte können daher beispielsweise an Luft gelagert oder durch Düsen bzw. in Tauchbädern mit Wasser auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte und insofern quasi isotherme Umwandlung in der Zwischenstufe reduziert die Zeit, um die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte zu erreichen, etwa um die Hälfte gegenüber dem bekannten Verfahren. Außerdem wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß das Verfahren nach der Erfindung eine vorausbestimmbare Festigkeit mit sich bringt. Die technologischen Gütewerte schwanken daher in nur sehr engen Grenzen. Ferner wird bei gleichbleibenden Werten für die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Dehnung eine erheblich verbesserte Kerbschlagzähigkeit erreicht, die nunmehr etwa 15 bis 20 kpm/cm2 beträgt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist kein besonderer Anlaßofen mehr erforderlich. Der Aufwand für die Beschaffung und den Betrieb des Ofens sowie die Bereitstellung der notwendigen Betriebsenergie entfällt. Weiterhin werden Arbeitskräfte eingespart, wobei insbesondere qualifizierte Fachkräfte entbehrlich sind. Unter Ausnutzung des neuen Verfahrens wird die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit bei gleichzeitiger Sprödbruchsicherheit erheblich gesteigert.
Schließlich bildet es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einen wesentlichen Vorteil, daß ein analysenunabhängiges Gefüge erreichbar ist, welches in den von der Praxis her geforderten Grenzen die gewünschten Werte auch garantiert aufweist und dabei mit Bezug auf die Kerbschlagzähigkeit eine spezielle Verbesserung besitzt. Beim neuen Verfahren werden auch die Quoten für notwendige wärmetechnische Nachbehandlungen beträchtlich gesenkt. Es kann nicht mehr vorkommen, daß durch falsche Wahl der Anlaßtemperatur, die beispielsweise durch Ubermittlungsfehler einer an sich richtigen Analyse zugrunde gelegt wird, die technologischen Gütewerte nicht denjenigen entsprechen, die die Praxis fordert. Auch dadurch bedingte Nachbehandlungen der Profilstahlabschnitte, wie nochmaliges Härten mit anschließendem Anlassen, fallen fort.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich eine vorteilhafte Ausführungsform dadurch, daß die Temperatur in den Profilstahlabschnitten beim Vorbeiführen an den Abschreckdüsen innerhalb von etwa zwei bis drei Sekunden auf eine Höhe von etwa 5000C gesenkt wird. Jeder partielle Teil der Profilstahlabschnitte wird folglich durch das Abschrecken auf etwa 5000 C hinsichtlich seines Gefüges exakt festgelegt, wobei das Gefüge als besonderen Vorteil eine wesentlich erhöhte Kerbschlagzähigkeit aufweist.
Ein weiteres zweckmäßiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Profilstahlabschnitte an den in Vorschubrichtung um etwa 150 abgewinkelten Längs achsen der kegelförmig sich ausbreitende, fein verteilte Wasserstrahlen abgebenden Abschreckdüsen vorbeigeführt werden.
Durch diese Verfahrensweise gelangen die aus dem Durchlaufofen als erste heraustretenden Stirnflächen der einzelnen Profilstahlabschnitte nicht sofort unter den vollen Einfluß der Wasserstrahlen. Die Endabschnitte werden deshalb trotz der größeren Oberflächen nicht stärker abgeschreckt als die Oberflächenbereiche in den nachfolgenden Längenabschnitten der Profilstahlabschnitte. Der Gefahr des Entstehens von Härterissen wird somit wirkungsvoll entgegengetreten. Auch brauchen die Endabschnitte anschließend nicht mehr abgetrennt zu werden, weil sie nunmehr dasselbe Gefüge aufweisen wie die nachfolgenden Längenabschnitte.
Die Profilstahlabschnitte sind folglich über ihre gesamte Länge voll verwendbar.
Um die Wasserzerstäubung noch feiner zu gestalten und damit eine wirkungsvollere, gezieltere Abschreckung zu ermöglichen, kennzeichnet sich ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung dadurch, daß durch die Abschreckdüsen ein Wasser-Luft-Gemisch kegelförmig zerstäubt wird.
Was den vorrichtungstechnischen Teil der Aufgabe anlangt, so kennzeichnet sich dessen Lösung erfindungsgemäß dadurch, daß die Abschreckdüsen in nur geringer Entfernung, z.B.
0,5 m, von der Austrittsöffnung des Durchlaufofens in einer zur Vorschubrichtung der Profilstahlabschnitte verlaufenden vertikalen Querebene umfangsseitig verteilt mit Abstand zu den Oberflächen der mit gleichbleibendem stetigem Vorschub weiterbeförderten Profilatahlabschnitte angeordnet sind. Die nur geringe Entfernung von der Austrittsöffnung des Durchlaufofens sowie die Anordnung der Düsen in ein und derselben Querebene zur Vorschubrichtung der Profilstahlabschnitte sichert eine gezielte Absenkung der Temperatur auf den Bereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe in der Größenordnung von etwa 5000 C.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Längsachsen der Abschreckdüsen im wesentlichen auf die verdickten Bereiche des jeweiligen Querschnittes der Profilstahlabschnitte gerichtet sind. In diesem Zusammenhang ist es ferner zweckmäßig, daß die Mündungen der Abschreckdüsen annähernd im gleichen Abstand von den ihnen direktgegenüberlieenden Oberflächenbereichen der Profilstahlabschnitte angeordnet sind.
Die besondere Anordnung der Abschreckdüsen erfolgt in Abhängigkeit von dem Querschnitt des jeweiligen Profilstahlabschnittes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also variabel darauf einrichtbar, welche im untertägigen Streckenausbau benötigten Profile hergestellt werden sollen. Dies können beispielsweise Doppel-T- oder U-förmige Profile sein.
Es ist im Rahmen der Erfindung empfehlenswert, daß die vertikal und/oder horizontal freibeweglich gelagerte Halterung für die Abschreckdüsen mit einer an den Querschnitt der Profilstahlabschnitte anpaßbaren Maskenöffnung versehen ist. Diese iIaskenöffnung folgt mithin selbständig dem Längsverlauf des jeweiligen Profilstahlabschnittes und sichert dadurch auch bei z.E. durch Thermoschockverzug bedingten gekrümmten Profilstahlabschnitten stets einen gleichen Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen gegenüberliegenden Oberflächen.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß die Längsachsen der Abschreckdüsen in Vorschubrichtung der Profilstahlabschnitte etwa um 150 aus der auf die ihnen gegenüberliegenden Oberflächenbereiche gerichteten Senkrechten abgewinkelt sind, wobei der aus den Abschreckdüsen austretende Wasserkegel eine Spreizung von etwa 25 bis 300 besitzt und der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen unmittelbar gegenüberliegenden Oberflächen etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, bemessen ist.
Diese Merkmale tragen folglich erheblich mit dazu bei, die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte auch mit Sicherheit zu gewährleisten.
Bei rinnenartigen Profilstahlabschnitten mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt und endseitig verdickten Flanschen kennzeichnet sich eine besonders vorteilhafte Anordnung der Abschreckdüsen im Rahmen der Erfindung dadurch, daß die Längsachse je einer Düse auf die äußeren Oberflächen der Übergangsbereiche von den Profilstegen auf den Profilboden, auf die äußeren Oberflächen der Winkelbereiche zwischen den Profilstegen und den verdickten Flanschen sowie auf die Stirnflächen der verdickten Flansche und die Längsachse einer weiteren Düse bei Anordnung in der Mittellängsebene der Profilstahlabschnitte auf die innere Oberfläche des Profilbodens gerichtet sind.
Zese Anordnung der Längs achsen der Abschreckdüsen sichert mithin auch bei einem U-förmigen Profil mit über dem Profilquerschnitt unterschiedlich dicken Wandabschnitten ein gezieltes Absenken der Temperaturen aus einem Bereich oberhalb des Ac3-Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes auf einen Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe des jeweiligen Stahles, insbesondere auf eine Temperatur von etwa 5000 C.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 schematisiert einen horizontalen Längsschnitt durch einen Durchlaufofen mit an den Durchlaufen sich anschließender Abschreckvorrichtung und einen Profilstahlabschnitt in der Draufsicht, Fig. 2 eine schematisierte Frontalansicht auf die Abschreckvorrichtung gemäß der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 den Endbereich eines Profilstahlabschnittes beim Eintritt in die Abschreckvorrichtung der Fig. 1 und 2 sowie eine Abschreckdüse in der Seitenansicht und Fig. 4 das Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild eines Kohlenstoff-Feinkornstahles in Grubenausbauqualität gemäß der Erfindung.
Mit 1 ist in der Fig. 1 schematisiert ein Durchlaufofen bezeichnet, der in Längsrichtung mehrere in geringem Abstand aufeinanderfolgende querangeordnete Stützrollen 2 aufweist, die dem Transport eines Profilstahlabschnittes 3 durch den Ofen 1 hindurch entsprechend dem Pfeil Z dienen. Die Stützrollen 2 sind alle oder zum Teil angetrieben.
Der Profilstahlabschnitt 3 (s. auch Fig. 2), beispielsweise ein U-förmiger Profilstahlabschnitt,mit endseitig der Profilstege 4 vorgesehenen verdickten Flanschen 5 liegt mit den Stirnflächen 6 dieser Flansche 5 auf den Rollen 2, so daß der offene Kanalbereich 7 abwärts gerichtet ist.
ln dem Durchlaufofen 1 wird der Profilstahlabschnitt 3 kontinuierlich während des Durchlaufens in Richtung des Pfeiles Z erwärmt, so daß jeder partielle Teil im Bereich vor der Mündung 8 des Durchlaufofens 1 dann eine Temperatur aufweist, die oberhalb des Ac3-Punktes im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm liegt.
Beispielsweise liegt diese Temperatur 30 bis 500 C oberhalb des Ac3-Punktes.
In nur geringem Abstand von der Mündung 8 des Durchlaufofens 1, beispielsweise in einem Abstand von 0,5 m, ist eine Abschreckvorrichtung 9 mit nachfolgender Rollenbatterie 10 angeordnet.
Die in den Fig. 2 und 3 näher veranschaulichte Abschreckvorrichtung 9 weist eine Halterung 11 für umfangsseitig des Profilstahlabschnittes 3 verteilt angeordnete Abschreckdüsen 12 - 18 auf. Die Halterung 11 ist in einem Rahmen 19, der zugleich auch der tragende Rahmen für die Rollenbatterie 10 sein kann, frei vertikal- und querbeweglich gemäß den Pfeilen x und y gelagert. Sie besitzt eine den Umrissen des Profilstahlabschnittes 3 angepaßte Maskenöffnung 20, durch die der Profilstahlabschnitt 3 mit nur geringem Spiel durchgeleitet wird. Die Abschreckdüsen 12 - 18 sind im Abstand von der Maskenöffnung 20 an der Halterung 11 gegebenenfalls verstellbar befestigt. Bei eventuellen Verwerfungen des Profilstahlabschnittes 3, beispielsweise bei durch Thermoschockverzug bedingten Krümmungen, folgt die Maskenöffnung 20 dem Längsverlauf des Profilstahlabschnittes. Dadurch verlagert sich die Halterung 11 ebenfalls entsprechend dem Krümmungsverlauf des Profilstahlabschnittes 3 in Richtung der Pfeile x und y. Die an der Halterung 11 befestigten Abschreckdüsen 12 - 18 folgen somit ebenfalls automatisch dem Krümmungsverlauf des Profilstahlabschnittes 3 und bleiben in dem eingestellten Abstand zu den ihnen direkt gegenüberliegenden Oberflächen des Profilstahlabschnittes 3.
Die Abschreckdüsen 12 - 18 werden mit Wasser über die Leitungen 21 derart beaufschlagt, daß aus den Mündungen der Abschreckdüsen ein Wasserkegel austritt, der fein zerstäubt ist.
Der Kegel besitzt eine Spreizung von etwa 25 bis 300. Um die Zerstäubung des Wassers im Kegel noch feiner zu gestalten, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Düsen neben dem Wasser zusätzlich noch mit Luft zu beaufschlagen.
Die Längsachsen der Abschreckdüsen sind beim Ausführungsbeispiel, d.h. bei einem U-förmigen Profilstahlabschnitt 3, weitgehena auf dessen verdickte Querschnittsbereiche gerichtet.
Es ist also jP eine Düse 12, 13 auf die äußeren Oberflächen der Übergangsbereiche von den Profilstegen 4 auf den Profilboden 22, je eine Düse 14, 15 auf die äußeren Oberflächen der WirPkelbereiche zwischen den Profilstegen 4 und den verdickten Flanschen 5 sowie je eine Düse 16, 17 auf die Stirnflächen 6 der verdickten Flansche 5 gerichtet. Eine weitere Düse 18 ist bei Anordnung in der .dittellängsebene des Profilstahlabschnittes 3 auf die innere Oberfläche des Profilbodens 22 gerichtet. Der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen unmittelbar gegenüberliegenden ObCrflächen ist im wesentlichen derselbe und beträgt etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm.
Wie insbesondere die Fig. 3 erkennen läßt, sind die Längsachsen aller Düsen, hier beispielsweise die der Düse 13, in Vorschubrichtung Z des Profilstahlabschnittes 3 um etwa 150 aus der auf die gegenüberliegende Oberfläche gerichteten Senkrechten abgewinkelt. Diese Anordnung hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, weil hierdurch die Stirnflächen 23 jedes aus dem Durchlaufofen 1 austretenden und in die Abschreckvorrichtung 9 eintretenden Profilstahlabschnittes 3 nicht sofort voll mit Wasser benetzt und dadurch zu stark abgeschreckt werden. Die geneigte Anordnung der Längsachsen der Abschreckdüsen sichert, daß auch die Endbereiche der Profilstahlabschnitte 3 in dem gleichen Umfang gezielt auf eine Temperatur von etwa 5000 C abgeschreckt werden wie die nachfolgenden Längenbereiche der Profilstahlabschnitte 3. Hierdurch werden Härterisse vermieden und es brauchen die Endbereiche der Profilstahlabschnitte nicht abgetrennt zu werden, da sie das gleiche Gefüge wie die nachfolgenden Längenbereiche aufweisen.
Die Fig. 4 zeigt ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Schaubild) für einen Feinkornstahl in Grubenausbauqualität. Hierbei ist in der Vertikalen die Temperatur in Grad Celsius und in der Horizontalen die Haltezeit in Sekunden aufgetragen.
In diesem ZTU-Schaubild bezeichnen die gestrichelte Linie Ac3 den oberen Gefügeumwandlungspunkt, die gestrichelte Linie AclE das Ende des unteren Umwandlungspunktes, die gestrichelte Linie Ac1B den Beginn des unteren Umwandlungspunktes und die gestrichelte Linie Ms den Beginn der martenstischen Umwandlung.
Die voll ausgezogenen Kurven F, P, Zw und E ergeben sich aus einer größeren Anzahl von Untersuchungen, bei welchen jeweils der in Rede stehende Stahl auf eine Temperatur oberhalb des Ac3-Punktes erwärmt und dann schroff auf eine bestimmte Temperatur abgeschreckt und auf dieser Temperatur eine gewisse Zeit gehalten wird. Die Verbindungen der auf diese Weise ermittelten Punkte ergeben die voll ausgezogenen Kurven.
Anhand des Verlaufes dieser Kurven ist erkennbar, wann rechts neben der Kurve F die Ausscheidung von Ferrit beginnt, wenn beispielsweise der erwärmte Stahl einerAbschrecktemperatur von 6000 C unterworfen und diese Temperatur über eine Haltezeit von etwa 5 Sekunden aufrechterhalten wird.
Wird der betreffende Stahl noch länger auf dieser Temperatur gehalten, so zeigt die Kurve P den Bereich an, in dem die perlitische Umwandlung beginnt. Aus dem ZTU-Schaubild ist auch zu erkennen, daß bei dem Ausführungsbeispiel von 6000 der Beginn der perlitischen Umwandlung nach einer Haltezeit von etwa 120 Sekunden erfolgt.
Die Kurve E zeigt das zeitliche Ende sämtlicher Gefügeumwandlungen an.
Aus dem ZTU-Schaubild ist ferner die Kurve Zw zu erkennen, die den Beginn der Zwischenstufenumwandlung anzeigt.
Wie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem gestrichelt eingezeichneten Fächer FX1 im ZTU-Schaubild erkennen läßt, wird hier beispielsweise ein auf 9000 C erwärmter Profilstahlabschnitt innerhalb von zwei bis drei Sekunden schroff auf eine Temperatur von 5000 C abgeschreckt. Nunmehr wird dieser Profilstahlabschnitt nicht wie bislang auf dieser erreichten Temperatur gehalten, so daß er nach etwa weiteren vier bis fünf Sekunden die Kurve P, d.h. den Beginn der Perlitumwandlung,erreichen würde, sondern der Profilstahlabschnitt wird der gemilderten Wärmeabfuhr an Luft ausgesetzt, so daß sich der gestrichelt gezeichnete gefächerte Abschnitt FÄ2 vom Beginn der Zwischenstufenumwandlung bei etwa 5000 C leicht abwärts geneigt unterhalb der Kurve P erstreckt.
Durch diese Maßnahme ist einerseits sichergestellt, daß es durch die gezielte Abschreckung innerhalb eines Zeitraumes von zwei bis drei Sekunden auf etwa 5000 C nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit hinter der Linie F kommt. Die Kurve F beginnt erst oberhalb 5000 C. Andererseits ist aber auch erkennbar, daß bei der anschließenden gemilderten Wärmeabfuhr an Luft der restliche Bereich der hinter der Kurve Zw beginnenden Zwischenstufe durchlaufen wird, ohne daß es an der Linie Ms zur Martensitbildung kommt.
Das Zwischenstufengefüge liegt, wie das ZTU-Schaubild gemäß Fig. 4 zeigt, zwischen der perlitischen Umwandlung und der Martensitbildung. Die Zwischenstufe zeichnet sich durch eine Festigkeit aus, die über der Perlitstufe, aber unterhalb der Martensitfestigkeit liegt. Sie kennzeichnet sich weiterhin durch eine sehr hohe Zähigkeit.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit, welche aus einem Feinkornstahl mit einem Anteil Kohlenstoff von 0,28 bis 0,40 %, Silizium von 0,15 bis 0,45 %, Mangan von 0,65 bis 1,0 %, Chrom und Nickel von zusammen maximal 0,30 % sowie Phosphor von höchstens 0,08 % und Schwefel von höchstens 0,05 % bestehen und nach dem Erwärmen in einem Durchlaufofen auf eine Temperatur oberhalb des Ac -Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes an die Pro-3 filstahlabschnitte allseitig mit Wasser benetzenden Abschreckdüsen vorbeigeführt werden, d a d u r c h ge k e n n -z e i c h n e t , daß die Profilstahlabschnitte (3) unmittelbar nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen (1) mit gleichbleibendem stetigem Vorschub an den Abschreckdüsen (12 - 18) vorbeigeführt werden, wobei ihre Temperatur mit hoher Geschwindigkeit gezielt auf einen Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe gesenkt wird und daß sie danach an Luft einer gemilderten Wärmeabfuhr für den restlichen Bereich der Zwischenstufe ausgesetzt werden, wobei nach vollendeter Gefügeumwandlung die weitere Abkühlung an Luft, mittels Wasserdüsen oder im Tauchbad durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Temperatur in den Profilstahlabschnitten (3) beim Vorbeiführen an den Abschreckdüsen (12 - 18) innerhalb von etwa zwei bis drei Sekunden auf eine Höhe von etwa 500°C gesenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h £ e k e n n z e i c h n e t , daß die Profilstahlabschnitte (3) an den in Vorschubrichtung um etwa 150 abgewinkelten Längsachsen der kegelförmig sich ausbreitende, fein verteilte Wasserstrahlen abgebenden Abschreckdüsen (12 - 18) vorbeigeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch die Abschreckdüsen (12 - 18) ein Wasser-Luft-Gemisch kegelförmig zerstäubt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Abschreckdüsen (12 - 18) in nur geringer Entfernung, z.B. 0,5 m, von der Austrittsöffnung (8) des Durchlaufofens (1) in einer zur Vorschubrichtung (Z) der Profilstahlabschnitte (3) verlaufenden vertikalen Querebene umfangsseitig verteilt mit Abstand zu den Oberflächen der mit gleichbleibendem stetigem Vorschub weiterbeförderten Profilstahlabschnitte (3) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Längsachsen der Abschreckdüsen (12 - 18) im wesentlichen auf die verdickten Bereiche des jeweiligen Querschnittes der Profilstahlabschnitte (3) gerichtet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mündungen der Abschreckdüsen (12 - 18) annähernd im gleichen Abstand von den ihnen direkt gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Profilstahlabschnitte (3) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vertikal und/oder horizontal freibeweglich gelagerte Halterung (11) für die Abschreckdüsen (12 - 18) mit einer an den Querschnitt der Profilstahlabschnitte (3) anpaßbaren Maskenöffnung (20) versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Längsachsen der Abschreckdüsen (12- 18) in Vorschubrichtung (Z) der Profilstahlabschnitte (3) etwa um 150 aus der auf die ihnen gegenüberliegenden Oberflächenbereiche gerichteten Senkrechten abgewinkelt sina.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der aus den Abschreckdüsen (12 - 18) austretende Wasserkegel eine Spreizung von etwa 25 bis 300 besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen (12 - 18) von den ihnen unmittelbar gegenüberliegenden Oberflächen der Profilstahlabschnitte (3) etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, bemessen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, für rinnenartige Profilstahlabschnitte mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt und endseitig verdickten Flanschen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Längsachse je einer Düse (12, 13) auf die äußeren Oberflächen der Obergangsbereiche von den Profilstegen (4) auf den Profilboden (22), je einer Düse (14, 15) auf die äußeren Oberflächen der Winkelbereiche zwischen den Profilstegen (4) und den verdickten Flanschen (5) sowie je einerDüse (16, 17) auf die Stirnflächen (6) der verdickten Flansche (5) und die Längsachse einer weiteren Düse (18) bei Anordnung in der Mittellängsebene der Profilstahlabschnitte (3) auf die innere Oberfläche des Profilbodens (22) gerichtet sind.

L e e r s e i t e