Verfahren zum Behandeln von Walzstahl zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Walzstahl, insbesondere Betonstahl, Spannstahl oder dergleichen zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit durch Aufbringen eines Überzuges aus einem Nichteisenmetall, vorzugsweise Zink, wobei der Walzstahl aus der Walzhitze heraus zunächst entzundert und dann unter Verhinderung einer Neubildung von Zunder auf den heißen Walzstahl der Überzug aufgebracht wird.

[0002] Walzstahlerzeugnisse werden unter anderem im Bauwesen als Baustahl, hier vor allem in Form von Betonstahl, als Spannstahl für Spannbeton sowie für Abspannungen für Erd- und Felsanker usw. verwendet.

[0003] Bei Verwendung als Bewehrung für Bauteile aus Beton, sei es als schlaffe Bewehrung für Stahlbeton, als Spannbewehrung oder auch als Zugglied für einen Erd- oder Felsanker, besteht zwischen dem Bewehrungsstahl und dem Beton in aller Regel ein Verbund. Dieser entsteht bei Stahlbeton und bei Spannbeton mit sofortigem Verbund ohne weiteres dadurch, daß die Bewehrungselemente in den Beton eingebettet sind und von diesem dicht umhüllt werden, bei Spannbeton mit nachträglichem Verbund dadurch, daß die zur Erhaltung der Längsbeweglichkeit der Spannglieder erforderlichen Spannkanäle nachträglich mit Zementmörtel injiziert werden.

[0004] Bei der Herstellung von Beton entsteht durch Lösung der im Zement enthaltenen Kalkteilchen eine alkalische Lösung mit einem ph-Wert über 12. Dies hat zur Folge, daß sich auf der Oberfläche der Bewehrungselemente eine Deckschicht aus Eisenoxid bildet, welche die Stahloberfläche passiviert und vor Oberflächenkorrosion schützt. Aus statischen, aber auch aus konstruktiven Gründen liegen die Bewehrungselemente meist in den Randbereichen der Bauteile, wo sie einen gewissen Mindestabstand zur Außenfläche, die sogenannte Betonüberdeckung, einhalten müssen. Durch die Luftverschmutzung, bei Brückenbauwerken vor allem durch die zunehmende Verwendung von Auftausalzen für die Beseitigung von Schnee und Eis, haben in diesen Medien gelöste Chloride bei unzureichender, oft auch bei ausreichender Betonüberdeckung die Möglichkeit bis zum Stahl vorzudringen, wo sie die Passivierungsschicht zerstören und so den Stahl direkt angreifen können. Ähnliches gilt für die Zugglieder von Erd- und Felsankern, wo die korrosive Beeinflussung des Stahles durch Bodenfeuchte, Wasser und saure Bodenbestandteile hervorgerufen wird. Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis nach zusätzlichen Korrosionsschutzmaßnahmen für solche im Bauwesen verwendete Walzstahlerzeugnisse.

[0005] Ganz allgemein ist es bekannt, Metalle, insbesondere Eisenmetalle, als Rostschutz mit einer dünnen Zinkschicht zu überziehen. Hierzu kennt man verschiedene Verfahren. Zur Feuer- oder Heißverzinkung werden die zu schützenden Teile in ein Bad aus geschmolzenem Zink getaucht, das gegebenenfalls auch mit Aluminium legiert sein kann. Für das elektrolytische oder galvanische Verzinken benutzt man saure Sulfat-, Sulfatchlorid- oder zyankalisch-ätzkalische Bäder. Es ist auch bekannt, Metallüberzüge durch Aufspritzen des Metalls in flüssiger Form aufzubringen, wobei das Metall einer Spritzpistole in Draht- oder Pulverform zugeführt, durch Sauerstoff-Brenngasgemische geschmolzen und durch Druckluft zerstäubt wird. All diese Verfahren sind aufwendig, vor allem aber für die Behandlung von in einem kontinuierlichen Arbeitsgang hergestellten Massenprodukten großer Länge, wie Betonstähle oder Spannstähle, nicht oder nur mit großem Arbeits- und Kostenaufwand einzusetzen. Dazu kommt, daß die zu überziehenden Erzeugnisse natürlich vor dem Aufbringen eines solchen Überzuges gereinigt, Walzstahlerzeugnisse insbesondere von der ihnen schon vom Walzvorgang her anhaftenden Zunderschicht befreit werden müssen; dies geschieht üblicherweise durch Sandstrahlen, Beizen oder ähnliche Behandlungen.

[0006] Bei in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellten Walzstahlerzeugnissen ist es auch schon bekannt geworden, das Walzgut im unmittelbaren Anschluß an den Walzvorgang zu entzundern und unter Verhinderung einer Neubildung von Zunder sowie unter Ausnützung der Walzhitze mit einem korrosionsbeständigen Überzug, z.B. aus Zink, zu versehen (US-PS 2 442 485). Die Entzunderung erfolgt dabei im letzten Walzgerüst als Folge einer starken, mit einer Streckung verbundenen Verringerung des Querschnitts des Walzgutes, wodurch der spröde Zunder aufbricht, so daß das Walzgut das Walzgerüst im wesentlichen zunderfrei verläßt. Um diesen Zustand zu erhalten, wird das Walzgut nach Verlassen des Walzgerüstes mit einer Temperatur von ca. 980 bis 760 Grad C durch eine geschlossene, mit einem desoxidierenden Gas, vorzugsweise Kohlenmonoxid, gefüllte Kammer geführt, in der das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verbrennt. Unmittelbar danach durchläuft das Walzgut eine weitere Kammer, in der es z.B. mit Zink in Form von Zinkpulver beschichtet wird, das infolge der dem Walzgut noch innewohnenden Hitze aufschmilzt. Da das beschichtete Walzgut beim Verlassen dieser Kammer aber noch immer eine Temperatur von ca. 700 bis 600 Grad C hat, muß es unmittelbar nach der Beschichtung schnell abgekühlt werden, um zu verhindern, daß das aufgebrachte Zinkpulver etwa zu Zinkoxid verbrennt.

[0007] Auch dieses Verfahren ist relativ aufwendig. Die Reinhaltung der entzunderten Oberfläche des Walzgutes durch eine Atmosphäre von desoxidierendem Gas bedingt nicht nur dessen Vorhaltung, Zuführung und die Aufrechterhaltung einer desoxidierenden Atmosphäre in einer in entsprechender Weise abgedichteten Kammer, sondern auch die Aufrechterhaltung einer entsprechenden Temperatur, bevor das Walzgut nach der Beschichtung unter Anwendung anderer Medien schnell abgekühlt wird.

[0008] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Walzstahlerzeugnisse in einem unmittelbar an den Walzvorgang anschließenden, kontinuierlichen Arbeitsgang unter Ausnützung der Walzhitze beschichten zu können und dabei den verfahrensmäßigen und apparativen Aufwand möglichst gering zu halten.

[0009] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzstahl in kontinuierlicher Fortsetzung des Walzvorganges zur Entzunderung mit Preßwasser beaufschlagt wird, daß die Stahloberfläche unmittelbar nach der Entzunderung zur Verhinderung der Neubildung von Zunder durch Anwendung von Wasser schnell auf eine Temperatur von unter 600 Grad C abgekühlt wird und daß danach der Überzug aufgebracht wird.

[0010] Der Vorteil der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, daß sowohl zur Entzunderung, wie auch zur Verhinderung der Neubildung von Zunder und zugleich zur Abkühlung nur ein einziges Medium, nämlich Wasser, verwendet wird, wodurch die Abkühlung so geführt werden kann, daß die Walzhitze in optimaler Weise für die Beschichtung ausnützbar ist. Dadurch wird erreicht, daß alle Verfahrensschritte bzw. Behandlungsvorgänge in kontinuierlicher Fortsetzung des Walzvorganges, also bei Walzgeschwindigkeit ablaufen können, so daß das fertig beschichtete Endprodukt in analoger Weise die Produktionsstraße verläßt wie ein normales, nicht nachbehandeltes Walzprodukt.

[0011] Durch die Beaufschlagung der Stahloberfläche mit Preßwasser mit hohem Druck zur Entzunderung wird die Erscheinung ausgenützt, daß der dem Walzstahl vom Walzvorgang her anhaftende Zunder, der bei der im letzten Walzgerüst erfolgenden Verformung des Walzgutes, z.B. bei einem Übergang von einem ovalen auf einen Kreisquerschnitt schon gelockert wurde, unmittelbar nachdem das Walzgut das Walzgerüst verlassen hat, relativ leicht vollständig beseitigt werden kann. Der Druck des Preßwassers sollte über 200 bar, vorzugsweise bei 300 bis 400 bar liegen; er kann, wenn erforderlich, bis auf etwa 1.000 bar gesteigert werden. Dies erfordert nur eine sehr kurze Behandlung, nämlich den Durchlauf des Walzstahles durch eine Spritzdüse, was nur eine unwesentliche Verminderung der Temperatur des Walzstahles zur Folge hat.

[0012] Während das Entzundern durch Preßwasser aus der Walzhitze heraus bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1.000 Grad C erfolgt, wird nach der Erfindung in Fortsetzung dieser Wasserbehandlung im kontinuierlichen Durchlauf durch Anwendung desselben Mediums die Abkühlung so geführt, daß die Zunderungstemperatur von 600 Grad C möglichst rasch unterschritten wird, daß sich also kein neuer Zunder mehr bilden kann, und Temperaturen erreicht werden, bei denen die Überzüge aufgebracht werden können. Dies kann nach der Erfindung dadurch geschehen, daß der Walzstahl durch ein Wasserbad geführt oder mit Wasser besprüht wird. Geeignete Temperaturen zum Aufbringen korrosionsbeständiger Überzüge sind bei reinem Aluminium beispielsweise eine Temperatur von ca. 560 bis 570 Grad C und bei reinem Zink eine Temperatur von ca. 415 Grad C; bei Legierungen können Zwischenstufen eingeschaltet werden. So ist es nach der Erfindung ohne weiteres möglich, jede gewünschte Legierung für den Überzug zu verwenden, da, ausgehend von der Walzhitze bis zur vollständigen Abkühlung, alle Temperaturbereiche durchlaufen werden.

[0013] Das Aufbringen des Überzuges kann auf beliebige Weise erfolgen. Das den Überzug bildende Nichteisenmetall kann in Pulverform aufgespritzt werden, wobei es aufschmilzt; der Walzstahl kann aber auch durch ein Bad mit dem flüssigen Nichteisenmetall geführt werden.

[0014] Während der Walzstahl nach der Entzunderung durch die Wasserbehandlung vor neuer Zunderbildung geschützt wird, besorgt diesen Schutz nach Aufbringen des Überzuges bis zur vollständigen Abkühlung des Walzstahles eben dieser Überzug. In manchen Fällen ist es angebracht, auf den Überzug z.B. aus Zink als zusätzlichen Schutz noch eine Schicht aus einem Kunstharz, z.B. Epoxyharz, aufzutragen. Auch ein solcher Arbeitsgang kann ohne weiteres in das erfindungsgemäße Verfahren unter Ausnützung der Restwärme integriert werden.

[0015] Da der Walzstahl erfindungsgemäß nach der Entzunderung durch Behandlung mit Wasser abgekühlt wird, kann diese Behandlung auch in Form an sich bekannter Vergütungsverfahren unter Anwendung von Wasser erfolgen. Ein solches ist das z.B. bei kohlenstoffarmen und daher schweißgeeigneten Betonstählen unter der Bezeichnung "Tempcore"-Verfahren bekannte Verfahren, bei dem die Wasserbehandlung so erfolgt, daß in dem Walzstahl unmittelbar nach der Abschreckung eine Randzone aus Martensit und Bainit vorliegt, während der im Stahlkern verbliebene Wärmeinhalt während der nachfolgenden Abkühlung ein Anlassen der Randzone nicht über die Bainit-Stufe hinaus bewirkt. Bei kohlenstoffreichen, als Spannstahl geeigneten Stählen wird die Wasserbehandlung so geführt, daß die Stähle von einer Endwalztemperatur zwischen 860 und 1.060 Grad C so abgeschreckt werden, daß in der Randschicht sich vollständig martensitisches Gefüge ausbildet und die Temperatur der Randschicht durch Temperaturausgleich im Zeitraum zwischen 2 bis 6 Sekunden nach Beginn des Abschreckvorganges 400 bis 500 Grad C beträgt. Auf diese Weise läßt sich die nach der Erfindung vorzunehmende Abkühlung noch in besonders vorteilhafter Weise zu einer Verbesserung der Festigkeit der Stähle nutzen.

[0016] Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt schließlich darin, daß alle Arbeitsgänge in einem kontinuierlich durchlaufenden, unmittelbar an den Walzvorgang anschließenden Verfahren in einzelnen, dem letzten Walzgerüst nachgeordneten Behandlungsstationen durchgeführt werden. Während der bedingt durch das Walzen von Knüppeln zwangsläufig diskontinuierliche Walzvorgang sich bis zum Verlassen des letzten Walzgerüstes schon weitgehend vergleichmäßigt hat, entfaltet natürlich auch das erfindungsgemäße Verfahren besondere Vorteile dann, wenn zuvor schon durch ein Verschweißen der Knüppel der Walzvorgang zu einem Endloswalzen gemacht wird. Dies gelingt in besonders vorteilhafter Weise durch das an sich bekannte fliegende Abbrenn-Stumpfschweißen der Knüppel in dem Bereich zwischen dem Verlassen des Ofens bzw. dem Verlassen eines Trio-Walzgerüsts und dem ersten Anstich der Feinwalzstraße.

Ansprüche

1. Verfahren zum Behandeln von Walzstahl, insbesondere Betonstahl, Spannstahl oder dergleichen zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit durch Aufbringen eines Überzuges aus einem Nichteisenmetall, vorzugsweise Zink, wobei der Walzstahl aus der Walzhitze heraus zunächst entzundert und dann unter Verhinderung einer Neubildung von Zunder auf den heißen Walzstahl der Überzug aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzstahl in kontinuierlicher Fortsetzung des Walzvorganges zur Entzunderung mit Preßwasser beaufschlagt wird, daß die Stahloberfläche unmittelbar nach der Entzunderung zur Verhinderung der Neubildung von Zunder durch Anwendung von Wasser schnell auf eine Temperatur von unter 600 Grad C abgekühlt wird und daß danach der Überzug aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwasser mit einem Druck von über 200 bis zu etwa 1.000 bar, vorzugsweise zwischen 300 und 400 bar aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzstahl durch ein Wasserbad geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzstahl mit Wasser besprüht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Aufspritzen des Nichteisenmetalls in Pulverform aufgetragen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzstahl zum Aufbringen des Überzuges durch ein Bad mit dem geschmolzenen Nichteisenmetall geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Überzug noch eine Schicht aus einem Kunstharz, z.B. Epoxyharz, aufgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Walzstahles in Form einer Abschreckung derart erfolgt, daß in dem Walzstahl unmittelbar nach der Abschreckung eine Randzone aus Martensit und Bainit vorliegt, während der im Stahlkern verbliebene Wärmeinhalt während des nachfolgenden Abkühlens ein Anlassen der Randzone bewirkt.

Claims

1. Process for treatment of rolled steel, in particular concrete reinforcement bar steel, prestressing steel or the like to increase the resistance to corrosion by applying a coating of a non-ferrous metal, preferably zinc, where the rolled steel is initially descaled from the rolling heat and then, preventing re-formation of scale on the hot rolled steel, the coating is applied, characterized by the fact that the rolled steel is impinged upon by water under pressure for the purpose of descaling as a direct continuation of the rolling process, that directly after descaling the steel surface is rapidly cooled down to a temperature below 600 degrees C by the use of water to prevent re-formation of scale and that the coating is then applied.

2. Process in accordance with Claim 1, characterized by the fact that the water is applied at a pressure of over 200 up to about 1000 bar, preferably between 300 and 400 bar.

3. Process in accordance with Claim 1 or 2, characterized by the fact that the rolled steel is passed through a water bath.

4. Process in accordance with Claim 1 or 2, characterized by the fact that the rolled steel is sprayed with water.

5. Process in accordance with one of Claims 1 to 4, characterized by the fact that the coating is applied by spraying on non-ferrous metal in powder form.

6. Process in accordance with one of Claims 1 to 4, characterized by the fact that for application of the coating, the rolled steel is passed through a bath with the molten non-ferrous metal.

7. Process in accordance with one of Claims 1 to 6, characterized by the fact that a layer of synthetic resin, e.g. expoxy resin, is additionally applied to the coating.

8. Process in accordance with one of Claims 1 to 4, characterized by the fact that cooling of the rolled steel takes place in the form of quenching such that directly after quenching a surface zone of martensite and bainite is present, whilst the heat remaining in the steel core causes tempering of the surface zone during the subsequent cooling.

Revendications

1. Procédé pour le traitement de l'acier laminé, en particulier de fers à béton, fers d'armature ou analogues, pour augmenter la résistance à la corrosion par application d'un revêtement en métal non ferreux, de préférence en zinc, l'acier laminé sortant à la température de laminage étant d'abord décalaminé et soumis à l'application du revêtement, en empêchant une nouvelle formation de calamine sur l'acier laminé chaud, caractérisé en ce qu'en vue de son décalaminage, l'acier laminé est sollicité par de l'eau sous pression, au cours d'une progression continue du processus de laminage, qu'ensuite, directement après le décalaminage, pour empêcher une nouvelle formation de calamine, la surface de l'acier est refroidie rapidement, par utilisation d'eau, à une température inférieure à 600°C et le revêtement étant ensuite appliqué.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau sous pression est appliquée à une pression allant de plus de 200 jusqu'à environ 1.000 bar, de préférence entre 300 et 400 bar.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier laminé est passé dans un bain d'eau.

4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier laminé est aspergé d'eau.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement est appliqué par pulvérisation du métal non-ferreux sous forme pulvérulente.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acier laminé est passé dans un bain contenant le métal non-ferreux fondu, en vue d'appliquer le revêtement.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est encore appliqué une couche en résine synthétique, par exemple en résine epoxy, sur le revêtement.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le refroidissement de l'acier laminé s'effectue sous forme d'une trempe de refroidissement brusque, de façon à avoir dans l'acier laminé, immédiatement après la trempe, une zone de bordure en martensite et en bainite, tandis que la quantité de chaleur restée dans le coeur de l'acier provoque un revenu de la zone de bordure, pendant le refroidissement qui s'ensuit.