DE2501175B2 - Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansion - Google Patents
Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit für den untertägigen Streckenausbau gemäß dem Oberbegriff desThe invention relates to a device for the heat treatment of profile steel sections with high flexural strength and brittle fracture protection for underground line expansion according to the generic term of
Die im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitte müssen aufgrund ihres durch weitgehend nicht vorhersehbare Gebirgskräfte beeinflußten speziellen Einsatzgebiets 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.The steel sections used in the underground route expansion have to go through largely unpredictable rock forces influenced special areas of application special technological Properties with regard to notched impact strength, tensile strength, yield point, elongation and necking in order to achieve the high flexural strength required by practice with simultaneous brittle fracture resistance to ensure.
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%, 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%. Damit die von der Praxis geforderten Endwerte mit bezug auf die Kerbschlagzähigkeit, die Zugfestigkeit, die Streckgrenze, die Dehnung und dieStarting material for such profile steel sections predominantly forms a fine-grain steel in pit lining quality with a carbon content of 0.28 to 0.40%, silicon from 0.15 to 0.45%, manganese from 0.65 to 1.0%, chromium and nickel together with a maximum of 0.30% as well as phosphorus of 0.08% or less and sulfur of 0.05% or less. So that is what is required in practice Final values with regard to the notched impact strength, the tensile strength, the yield point, the elongation and the
μ Einschnürung bei diesem Stahl auch erreicht werden, hat man in der Fachwelt bislang übereinstimmend die Profilstahlabschnitte in Abhängigkeit von der chargenbedingten chemischen Zusammensetzung einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus den Verfahrensschritten Härten und anschließendem Anlassen besteht.μ constriction can also be achieved with this steel, So far, experts have consistently found the profile steel sections depending on the batch-related one chemical composition subjected to a heat treatment resulting from the process steps Hardening and subsequent tempering.
Bei einer solchen Wärmebehandlung, ζ B. in der Vorrichtung gemäß der DE-AS 12 74 151, werden die Profilstahlabschnitte zunächst in einem Durchlaufofen auf Temperaturen von etwa 30 bis 50° C oberhalb des /4cj-Punkts gemäß dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm erhitzt. Beim Austreten aus dem Durchlaufofen werden die Profilstahlabschnitte dann an mit Wasser beaufschlagten Schlitzdüsen vorbeigeleitet, deren wirksame Länge sich etwa über die gesamte Seitenlänge der hinsichtlich ihrer Wandstärke unterschiedlichen Profilbereiche erstreckt, wo ihre Temperatur schroff bis auf Raumtemperatur gesenkt wird. Im Anschluß daran weiden die derart gehärteten Profilstahlabschnitte in einem Anlaßofen langsam wieder bis auf Anlaßtempera-In such a heat treatment, ζ B. in the device according to DE-AS 12 74 151, the Profile steel sections first in a continuous furnace to temperatures of about 30 to 50 ° C above the / 4cj point according to the iron-carbon diagram heated. When exiting the continuous furnace, the steel sections are then exposed to water Slotted nozzles passed by, the effective length of which extends approximately over the entire length of the side of the with regard to their wall thickness, different profile areas extends where their temperature is abrupt up to Room temperature is lowered. Subsequently, the steel sections hardened in this way graze in a tempering furnace slowly back to tempering temperature
4ü tür aufgewärmt, wobei die Anlaßtemperatur unterhalb des unteren Umwandlungspunkts 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 15kpm/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 die4ü door warmed up, whereby the tempering temperature is below the lower transformation point in the iron-carbon diagram. Tempering reduces the strength and the yield point with a simultaneous increase in elongation, constriction and notched impact strength. The notched impact strength then reaches values of 12 to 15 kpm / cm 2 , while the tensile strength is 80 to 90 kp / mm 2 . The elongation reaches a value of about 18 to 25%, the constriction a value of about 60 to 65% and the
so Streckgrenze beträgt etwa 55 bis 65 kp/mm2.so yield strength is about 55 to 65 kp / mm 2 .
Der wesentliche Nachteil der sich nahezu über den gesamten Umfang der Profilstahlabschnitte erstreckenden Schlitzdüsenanordnung bei der bekannten Vorrichtung ist die zwangsläufige Konsequenz, die Temperatur der Profilstahlabschnitte schroff bis auf Raumtemperatur absenken zu müssen. Hieraus folgert dann der weitere Nachteil dieser Vorrichtung, daß neben dem Durchlaufofen zum Erhitzen der Profilstahlabschnitte auf eine Temperatur oberhalb des Ad- Punkts und der Abschreckdüsen noch 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.The main disadvantage of the slot nozzle arrangement extending almost over the entire circumference of the sectional steel sections in the known device is the inevitable consequence of having to drop the temperature of the sectional steel sections abruptly to room temperature. This then leads to the further disadvantage of this device that, in addition to the continuous furnace for heating the steel sections to a temperature above the Ad point and the quenching nozzles, an additional tempering furnace is necessary. Associated with the procurement and installation of such a furnace is also the provision of the energy required for heating and the qualified specialists required to operate the tempering furnace.
Schließlich weist die bekannte Vorrichtung noch den Nachteil auf, daß auch die aus dem Durchlaufofen austretenden Stirnflächen der ProfilstahlabschnitteFinally, the known device also has the disadvantage that that from the continuous furnace emerging end faces of the profile steel sections
sofort voll in den Einflußbereich des aus den Schlitzdüsen austretenden Wassers gelangen. Hierdurch werden die jeweils vorderen Längenbereiche der einzelnen Profilstahlabschnitte wesentlich intensiver gekühlt als die Oberflächenbereiche der folgenden Längenabschnitte, so daß auf den ersten 1 bis 3 m relativ häufig Härterisse festgestellt wurden, was automatisch Ausschußware bedeutete.immediately come fully into the area of influence of the water emerging from the slot nozzles. Through this the respective front length areas of the individual profile steel sections become much more intense cooled than the surface areas of the following length sections, so that relative to the first 1 to 3 m Hardness cracks were often found, which automatically meant rejects.
Durch die Wärmebehandlung in einer derartigen Vorrichtung ergibt sich ferner der Nachteil, daß aufgrund der Analysenschwankungen des Stahls, 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 G^r Praxis geforderten Mindestendwerte der technologischen Gütewerte der Profilstahlabschnitte zu erreichen. Es ist also die Temperatur im Aniaßofen genau auf die jeweilige chemische Zusammensetzung der einzelnen Charge abzustimmen. Hierbei ist es naturgemäß nicht auszuschließen, daß eine falsche Anlaßtemperatur aufgrund von Übermittlungsfehlerp, gewählt wird und dadurch häufig eine ein- oder mehrmalige Nachbehandlung der Profilstahlabschnitte erforderlich ist, um die geforderten Endwerte sicherzustellen.The heat treatment in such a device also has the disadvantage that due to the analysis fluctuations of the steel, d. H. the chemical composition of each Further processing of upcoming batches of the sectional steel sections, it is absolutely necessary that Adjust the tempering temperature exactly to the respective analysis. For example, if the hardness increases due to the chemical composition a correspondingly higher tempering temperature after Hardening will be chosen to those of G ^ r practice to achieve the required minimum final values of the technological quality values of the profile steel sections. It is so the temperature in the annealing furnace is precisely based on the chemical composition of each Batch to be coordinated. Naturally, it cannot be ruled out that the tempering temperature may be incorrect due to transmission errors, and thus often a single or multiple follow-up treatment of the steel sections is required to ensure the required final values.
Die technologischen Gütewerte der in der bekannten Vorrichtung behandelten Profilstahlabschnitte schwanken demnach in relativ weiten Grenzen.The technological quality values of the steel sections treated in the known device fluctuate accordingly within relatively wide limits.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die geforderten technologischen Gütewerte js 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.The invention is accordingly based on the object to provide a device with the help of which it is possible, the required technological quality values js with the unavoidable fluctuations within very narrow limits and these quality values in To ensure a considerably shorter time and with less expenditure on equipment.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The solution to this problem consists in the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung macht sich hierbei die Kenntnis der Zwischenstufenumwandlung beim gesteuerten Abschrecken von Kohlenstoff-Stählen zunutze. In der Zwischenstufe entsteht bekanntlich ein Gefüge, das zwischen der perlitischen Umwandlung und der Martensitbildung liegt. Es erfolgt also ein Umwandlungsvorgang des Raumgitters bei teiiweiser Segregation von feinsten Karbiden. Die Zwischenstufe zeichnet sich ferner duich eine Festigkeit aus, die über der Perlitstufe, aber unterhalb der Martensitfestigkeit liegt. Weiterhin kennzeichnet sich die Zwischenstufe durch eine sehr hohe Zähigkeit.The invention makes the knowledge of the interstage conversion in controlled quenching of carbon steels. In the intermediate stage, as is well known, a structure arises that lies between the pearlitic transformation and the martensite formation. So there is a conversion process of the space lattice with partial segregation of the finest carbides. The intermediate stage is also characterized by a strength that is above the Pearlite grade, but below the martensite strength. The intermediate stage is also characterized by very high toughness.
Diese Kenntnisse werden bei der Wärmebehandlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dahingehend angewendet, daß die Profilstahlabschnitte nunmehr unmittelbar nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen, etwa in einer Entfernung von 0,5 m, innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums nicht, wie in der bekannten Vorrichtung, bis auf Raumtemperatur, sondern lediglich gezielt auf eine Temperatur abgekühlt werden, die im Bereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe liegt. Durch die spezielle Anordnung der Abschreckdüsen kann jetzt die Abkühlgeschwindigkeit so hoch gewählt werden, daß es innerhalb der Profilstahlabschnitte nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit kommt. Beispielsweise wird ciie Temperatur in den Profilstahlabschnitten beim Vorbeiführen an den Abschreckdüsen innerhalb von etwa 2 bis 3 Sekunden auf eine Höhe von etwa 5000C gesenkt Jeder partielle Teil der Profilstahlabschnitte wird dabei auf etwa 500° C hinsichtlich seines Gefüges exakt festgelegt. Dadurch ist gewährleistet, daß beim schnellen Absinken der Temperatur im Bereich der gezielt auf die verdickten Bereiche der Profilstahlabschnitte gerichteten Abschreckdüsen keine Linie im Zeit-Teniperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Schaubild) des jeweiligen Kohlenstoff-Stahls durchlaufen wird. Weiterhin ist es hierdurch möglich, daß der Abkühlvorgang exakt in diesem Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe unterbrochen werden kann. Ist die Gefügeumwandlung nach dem Durchlaufen der Zwischenstufe beendet, kann die restliche Abkühlung in beliebiger Weise erfolgen, weil sich das Gefüge nicht mehr ändert Die Profilstahlabschnitte können daher beispielsweise an Luft gelagert oder durch Düsen bzw. in Tauchbädern mit Wasser auf Handhabungstemperatur abgekühlt werden.This knowledge is applied in the heat treatment in the device according to the invention to the effect that the profile steel sections now immediately after exiting the continuous furnace, for example at a distance of 0.5 m, within a very short period of time, as in the known device, except for Room temperature, but only to be specifically cooled to a temperature that is in the range of the middle to upper intermediate level. Due to the special arrangement of the quenching nozzles, the cooling speed can now be selected so high that pre-eutectoid ferrite does not precipitate within the steel profile sections. For example, CIIE temperature is lowered in the steel profile sections while moving alongside the quenching nozzles within about 2 to 3 seconds to a height of about 500 0 C Each partial portion of the profile steel sections is thereby set at about 500 ° C in terms of its structure exactly. This ensures that when the temperature drops rapidly in the area of the quenching nozzles aimed specifically at the thickened areas of the sectional steel sections, no line in the time-temperature conversion diagram (TTT diagram) of the respective carbon steel is traversed. Furthermore, this makes it possible for the cooling process to be interrupted precisely in this temperature range of the middle to upper intermediate stage. If the structural transformation has ended after passing through the intermediate stage, the rest of the cooling can take place in any way, because the structure no longer changes.The steel sections can therefore be stored in air, for example, or cooled to handling temperature through nozzles or in immersion baths with water.
Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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 der Wärmebehandlung in der bekannten Vorrichtung. Darüber hinaus ist eine vorausbestimmbare Festigkeit zu erreichen. Die technologischen Gütewerte schwanken in nur engen Grenzen. Ferner wird bei gle.chbleibenden Werten für die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Dehnung eine erheblich verbesserte Kerbschlagzähigkeit erzielt, die nunmehr etwa 15 bis 20 kpm/cm2 beträgt.The conversion carried out in the device according to the invention and thus quasi-isothermal conversion in the intermediate stage reduces the time to achieve the technological quality values required in practice by about half compared to the heat treatment in the known device. In addition, a strength that can be determined in advance must be achieved. The technological quality values fluctuate within narrow limits. Furthermore, if the values for tensile strength, yield point and elongation remain the same, a considerably improved notched impact strength is achieved, which is now approximately 15 to 20 kpm / cm 2 .
Es ist kein zusätzlicher 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. Die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von im unteitägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit bei gleichzeitiger Sprödbruchsicherheit wird erheblich gesteigert.An additional tempering furnace is no longer required. The effort involved in procuring and operating the furnace, as well as providing the necessary No operating energy is required. Furthermore, manpower will be saved, with qualified specialists in particular are dispensable. The profitability of the production of in-day line expansion The profile steel sections used have a high flexural strength with simultaneous brittle fracture resistance significantly increased.
Durch die geneigte Anordnung der Düsenlängsachsen 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 garantiert dasselbe Gefüge aufweisen wie die nachfolgenden Längenabschnitte. Die Profilstahlabschnitte sind folglich über ihre gesamte Länge voll verwendbar.Due to the inclined arrangement of the longitudinal axes of the nozzles, they are the first to get out of the continuous furnace emerging end faces of the individual profile steel sections not immediately under the full influence of the Water jets. The end sections are therefore not quenched to a greater extent despite the larger surfaces than the surface areas in the subsequent length sections of the profile steel sections. Of the This effectively counteracts the risk of hardening cracks occurring. They also need End sections then no longer need to be separated because they now guarantee the same structure like the following length sections. The profile steel sections are consequently over their entire Length fully usable.
Schließlich bildet es im Rahmen der Erfindung einen wesentlichen Vorteil, daß ein Gefüge erreichbar ist, welches in den von der Praxis her geforderten Grenzen die gewünschten Werte zweifelsfrei aufweist und dabei mit Bezug auf die Kerbschlagzähigkeit eine spezielle Verbesserung besitzt. Dank der besonderen Düsenausbildun^ und -anordnung werden auch die Quoten für notwendige wärmetechnische Nachbehandlungen beträchtlich gesenkt Es kann nicht mehr vorkommen, daß durch falsche Wahl der Anlaßtemperatur, die beispielsweise durch Übermittlunesfehler einer an sich richtieenFinally, within the scope of the invention, it is a significant advantage that a structure can be achieved which, within the limits required by practice, has the desired values without a doubt and at the same time has a particular improvement with respect to impact strength. Thanks to the special nozzle design and arrangement, the quotas for necessary thermal after-treatment are also considerable lowered It can no longer happen that by incorrect selection of the tempering temperature, for example direct one to oneself through transmission errors
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.Analysis is based on the fact that the technological quality values do not correspond to those that apply in practice calls. Subsequent treatments of the profile steel sections caused by this, such as repeated hardening with subsequent tempering do not apply.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen umittelbar gegenüberliegenden Oberflächen der Profilstahlabschnitte etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, bemessen ist. Dieses Merkmal trägt mit dazu bei, die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte auch mit Sicherheit zu gewährleisten.Another advantageous feature of the invention is seen in the fact that the distance between the mouths the quenching nozzles from the directly opposite surfaces of the sectional steel sections about 80 to 120 mm, preferably about 100 mm, is dimensioned. This feature contributes to the development of to guarantee with certainty the technological quality values required in practice.
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.With channel-like profile steel sections with an approximately U-shaped cross section and at the end thickened flanges are characterized by a particularly advantageous arrangement of the quenching nozzles in the frame of the invention in that the longitudinal axis of each nozzle on the outer surfaces of the transition areas from the profile webs to the profile base, to the outer surfaces of the angular areas between the Profile webs and the thickened flanges as well as on the end faces of the thickened flanges and the longitudinal axis another nozzle when arranged in the central longitudinal plane of the profile steel sections on the inner surface of the profile bottom are directed.
Diese Anordnung der Längsachsen 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 ^Apj-Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes auf einen Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe des jeweiligen Stahles, insbesondere auf eine Temperatur von etwa 5000C.This arrangement of the longitudinal axes of the quenching nozzles ensures a targeted lowering of the temperatures from a range above the ^ Apj point of the iron-carbon diagram to a temperature range of the middle to upper intermediate level, even with a U-shaped profile with wall sections of different thicknesses over the profile cross-section of the respective steel, in particular to a temperature of about 500 0 C.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings explained. It shows
F i g. 1 schematisiert einen horizontalen Längsschnitt durch einen Durchlaufofen mit an den Durchlaufen sich anschließender Abschreckvorrichtung und einen Profilstahlabschnitt in der Draufsicht,F i g. 1 schematically shows a horizontal longitudinal section through a continuous furnace with the passages subsequent quenching device and a profile steel section in plan view,
F i g. 2 eine schematisierte Frontalansicht auf die Abschreckvorrichtung gemäß der Linie 11-11 der Fig. 1.F i g. FIG. 2 is a schematic front view of the quenching device along line 11-11 of FIG. 1.
F i g. 3 den Endbereich eines Profilstahlabschniues beim Eintritt in die Abschreckvorrichtung der F i g. 1 und 2 sowie eine Abschreckdüse in der Seitenansicht undF i g. 3 the end area of a section steel section upon entering the quenching device of FIG. 1 and 2 and a quenching nozzle in a side view and
Fig.4 das Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild eines Kohlenstoff-Feinkornstahles in Grubenausbauqualität gemäß der Erfindung.4 shows the time-temperature conversion diagram a carbon fine-grain steel in pit lining quality according to the invention.
Mit 1 ist in der F i g. 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.With 1 in FIG. 1 schematically denotes a continuous furnace, the longitudinal direction several in a small Has spaced successive transversely arranged support rollers 2, the transport of a section steel section 3 serve through the furnace 1 according to the arrow Z. The support rollers 2 are all or for Part driven.
Der Profilstahlabschnitt 3 (s. auch F i g. 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 istThe section steel section 3 (see also Fig. 2 \ for example a U-shaped section steel section, with thickened flanges 5 provided at the ends of the section webs 4) lies with the end faces 6 of these flanges 5 on the rollers 2, so that the open channel area 7 is directed downwards is
In 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 Acj-Punktes im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm liegt. Beispielsweise liegt diese Temperatur 30 bis 500C oberhalb des /U'j-Punktes.In the continuous furnace 1, the section steel section 3 is heated continuously while passing in the direction of the arrow Z so that each partial part in the area in front of the mouth 8 of the continuous furnace 1 then has a temperature which is above the Acj point in the iron-carbon diagram . For example, this temperature is 30 to 50 0 C above the / U'j point.
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.At only a small distance from the mouth 8 of the continuous furnace 1, for example at a distance of 0.5 m, a quenching device 9 with a subsequent roller set 10 is arranged.
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 χ und y gelagert. Sie besitzt eine den Umrissen des Profilstahlabschnittes 3 angepaßte Maskenöffnung 20, durch die der Profilstahlabschnitt 3 mit nur geringem Spiel durchgeieitet 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 χ 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.The quenching device 9 illustrated in more detail in FIGS. 2 and 3 has a holder 11 for quenching nozzles 12-18 which are distributed around the circumference of the sectional steel section 3. The holder 11 is mounted in a frame 19, which can also be the supporting frame for the roller set 10, freely vertically and transversely according to the arrows χ and y. It has a mask opening 20 which is adapted to the outlines of the section steel section 3 and through which the section steel section 3 is guided with little play. The quenching nozzles 12-18 are attached to the holder 11 at a distance from the mask opening 20 such that they can be adjusted if necessary. In the event of any warping of the sectional steel section 3, for example in the case of curvatures caused by thermal shock distortion, the mask opening 20 follows the longitudinal course of the sectional steel section. As a result, the holder 11 is also displaced in accordance with the curvature of the profile steel section 3 in the direction of the arrows χ and y. The quenching nozzles 12-18 attached to the holder 11 thus also automatically follow the course of the curvature of the sectional steel section 3 and remain at the set distance from the surfaces of the sectional steel section 3 directly opposite them.
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 30°. 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.The quenching nozzles 12-18 are acted upon with water via the lines 21 in such a way that from the At the mouth of the quenching nozzles, a cone of water emerges that is finely atomized. The cone has a Spread of about 25 to 30 °. To make the atomization of the water in the cone even finer, it can it may be useful to apply air to the nozzles in addition to the water.
Die Längsachsen der Abschreckdüsen sind beim Ausführungsbeispiel, d. h. bei einem U-förmigen Profilstahlabschnitt 3, weitgehend auf desen verdickte Querschnittsbereiche gerichtet Es ist also je 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 Winkelbereiche 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 Mittellängsebene des Profilstahlabschnittes 3 auf die innere Oberfläche des Profilbodens 22 gerichtet Der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen unmittelbar gegenüberliegenden Oberflächen ist im wesentlichen derselbe und beträgt etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm.The longitudinal axes of the quenching nozzles are in the embodiment, i. H. with a U-shaped profile steel section 3, largely aimed at the thickened cross-sectional areas of which there is therefore one nozzle each 12, 13 on the outer surfaces of the transition areas from the profile webs 4 to the profile base 22, each a nozzle 14, 15 on the outer surfaces of the angular areas between the profile webs 4 and the thickened flanges 5 and one nozzle 16, 17 each directed onto the end faces 6 of the thickened flanges 5 Another nozzle 18 is when arranged in the central longitudinal plane of the profile steel section 3 on the inner Surface of the profile bottom 22 directed The distance of the mouths of the quenching nozzles from them immediately opposite surfaces is essentially the same and is about 80 to 120 mm, preferably about 100 mm.
Wie insbesondere die F i g. 3 erkennen läßt sind die Längsachsen aller Düsen, hier beispielsweise die der Düse 13, in Vorschubrichtung Zdes Profilstahlabschnittes 3 um etwa 15° 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 starkAs in particular the F i g. 3 shows the longitudinal axes of all nozzles, here for example those of the Nozzle 13, in the feed direction Z of the profile steel section 3 by about 15 ° from the opposite one Surface facing perpendiculars angled This arrangement has therefore proven to be advantageous because as a result, the end faces 23 each emerge from the continuous furnace 1 and into the quenching device 9 entering section steel section 3 is not immediately fully wetted with water and therefore too strong
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 500°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.be deterred. The inclined arrangement of the longitudinal axes of the quenching nozzles ensures that the End areas of the profile steel sections 3 to the same extent targeted to a temperature of about 500 ° C are quenched as the following length ranges of the profile steel sections 3 Hardness cracks avoided and the end areas of the steel sections do not need to be separated because they have the same structure as the following length ranges.
Die F i g. 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 Haltezei'. in Sekunden aufgetragen. <5The F i g. 4 shows a time-temperature conversion diagram (ZTU diagram) for a fine-grain steel in pit lining quality. Here is the vertical Temperature in degrees Celsius and the horizontal stop time. applied in seconds. <5
In diesem ZTU-Schaubild bezeichnen die gestrichelte Linie Ad den oberen Gefügeumwandlungspunkt, die gestrichelte Linie Ac\Edas Ende des unteren Umwandlungspunktes, die gestrichelte Linie Ac\B den Beginn des unteren Umwandlungspunktes und die gestrichelte Linie Msden Beginn der martensitischen Umwandlung.In this TTT diagram, the dashed line Ad designates the upper structural transformation point, the dashed line Ac \ E the end of the lower transformation point, the dashed line Ac \ B the start of the lower transformation point and the dashed line Ms the start of the martensitic transformation.
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 /4crPunktes 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.The solid curves FP, Zw and E result from a large number of investigations in which the steel in question is heated to a temperature above the / 4cr point and then abruptly quenched to a certain temperature and held at this temperature for a certain time will. The connections of the points determined in this way result in the full curves.
Anhand des Verlaufs dieser Kurven ist erkennbar, wann rechts neben der Kurve F die Ausscheidung von Ferrit beginnt, wenn beispielsweise der erwärmte Stahl einer Abschrecktemperatur von 6000C unterworfen und diese Temperatur über eine Haltezeit von etwa 5 Sekunden aufrechterhalten wird.The course of these curves shows when the precipitation of ferrite begins to the right of curve F if, for example, the heated steel is subjected to a quenching temperature of 600 ° C. and this temperature is maintained for a holding time of about 5 seconds.
Wird der betreffende Stahl noch langer 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 600° der Beginn der perlitischen Umwandlung nach einer Haltezeit von etwa 120 Sekunden erfolgt.If the steel in question is kept at this temperature for a longer period, curve P shows the area in which the pearlitic transformation begins. From the TTT diagram it can also be seen that in the embodiment of 600 ° the start of the pearlitic transformation takes place after a holding time of about 120 seconds.
Die Kurve E zeigt das zeitliche Ende sämtlicher Gefügeumwandlungen an.Curve E shows the end of all structural transformations.
Aus dem ZTU-Schaubild ist ferner die Kurve Zw zu erkennen, die den Beginn der Zwischenstufenumwandlung anzeigt.The ZTU diagram also shows the curve Zw , which shows the start of the interstage conversion.
Wie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem gestrichelt eingezeichneten Fächer FÄ\ im ZTU-Schaubild erkennen läßt, wird hier beispielsweise ein auf 9000C erwärmter Profilstahlabschnitt innerhalb von zwei bis drei Sekunden schroff auf eine Temperatur von 500°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 Profilsitahlabschnitt wird der gemilderten Wärmeabfuhr an Luft ausgesetzt, so daß sich der gestrichelt gezeichnete gefächerte Abschnitt FÄ2 vom Beginn der Zwischenstufenumwandlung bei etwa 5000C leicht abwärts geneigt unterhalb der Kurve ^erstreckt.As an embodiment of the invention can recognize in accordance with the dashed lines compartments FÄ \ in the TTT diagram, for example, a heated at 900 0 C section steel section within two to three seconds is rugged quenched to a temperature of 500 ° C here. Now this profile steel section is not kept at this reached temperature as before, so that it would reach curve P, ie the start of pearlite transformation, after about another four to five seconds, but the profile steel section is exposed to the reduced heat dissipation in air, so that the dotted fanned section FÄ2 extends from the beginning of the interstage conversion at about 500 0 C slightly sloping down below the curve ^.
Durch diese Maßnahme ist einerseits sichergestellt, daß es durch die gezielte Abschreckung innerhalb eines Zeitraumes von zwei bis drei Sekunden auf etwa 5000C nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit hinter der Linie F kommt. Die Kurve F beginnt erst oberhalb 500°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 Mszur Martensitbildung kommt.This measure on the one hand ensured that it does not come through the targeted quenching within a period of two to three seconds to about 500 0 C to a precipitation of pro-eutectoid ferrite behind the line F. The curve F only begins above 500 ° C. On the other hand, however, it can also be seen that during the subsequent reduced heat dissipation to air, the remaining area of the intermediate stage beginning behind the curve Zw is passed through without martensite formation occurring on the line Ms.
Das Zwischenstufengefüge liegt, wie das TU-Schaubild gemäß F ig. 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.The intermediate structure is like the TU diagram according to Fig. 4 shows between the pearlitic transformation and the martensite formation. the Intermediate stage is characterized by a strength that is above the pearlite stage, but below the martensite strength lies. It is also characterized by a very high level of toughness.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE19752501175 DE2501175C3 (en) | 1975-01-14 | 1975-01-14 | Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansion |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |