Feinkörniger Betonstahl mit TMbaR

Mit dem thermomechanischen Walzen von Betonstahl (TMbaR) geht SMS group einen Schritt in die Zukunft – und sorgt für einen reduzierten Mangangehalt im Knüppel bei gleichzeitiger Verbesserung der Produkteigenschaften. Durch die Einsparung von Legierungszusätzen reduzieren sich auch die Betriebskosten.

SMS group ist seit Jahrzehnten ein Vorreiter und Förderer des thermomechanischen Walzprozesses. Durch die Anwendung dieses Konzepts in der Produktion von Bewehrungsstäben (Betonstahl) wurde jetzt ein neues Kapitel aufgeschlagen. Das thermomechanische Walzen von Betonstahl der SMS group, das sogenannte „TMbaR”, bietet den Vorteil, feinkörnige Bauprodukte herstellen zu können, während gleichzeitig der Gehalt von Mangan im Walzgut reduziert wird. Die außergewöhnlichen Zähigkeitseigenschaften seismischer Güten (HRBF400E) können nur auf dem Niveau des thermomechanischen Walzens optimiert werden.

Zur Erlangung des feinkörnigen Mikrogefüges müssen drei Prozessschritte gewährleistet sein:

• Präzise und reproduzierbare Kühlung und Ausgleich vor den Fertigstichen
• Hohe Verformung während der letzten Stiche
• Sanfte Kühlung nach den letzten Stichen (kein Quenching).

Bei der Konstruktion der Anlage müssen daher ausreichend Kühl- und Ausgleichskapazitäten sowie eine robuste Bauweise des MEERdrive^®-Fertigblocks berücksichtigt werden, um höhere Walzkräfte aufnehmen zu können, die durch eine reduzierte Walztemperatur (750 °C – 820 °C) entstehen.

Die Lösung der SMS group:

• Verwendung einer größeren Anzahl Wasserkästen im Loop vor dem Drahtblock
• MEERdrive^®-Walzblock, der neben robuster Bauweise durch seine Einzelantriebslösung die notwendige Flexibilität bietet, den Prozess optimierter Rekristallisation nach dem Walzen zu steuern.

Durch Sicherstellung der Randbedingungen können Korngrößen typischer Anwendungsbereiche Feinkörnige Bauprodukte mit TMbaR von ASTM 8 – 10 (herkömmliches Walzen) bis ASTM 12 (thermomechanisches Walzen) verbessert werden.

Die beiden Unternehmen Lianxin Steel und Shandong Laigang Yongfeng Steel haben sich entschieden, das TMbaR-Verfahren von SMS group in ihren neuen Betonwalzwerken einzusetzen. Die Werke sind beide für eine Jahreskapazität von 1.000.000 Tonnen ausgelegt. Die beiden Unternehmen vertrauen der langjährigen Erfahrung von SMS group auf dem Gebiet des thermomechanischen Walzens mit Kühl- und Ausgleichslinien, die als Loop angeordnet sind. Das neue TMbaR-Betonstahlwalzwerk ermöglicht ihnen, durch verbesserte Materialeigenschaften, eingesparte Legierungszusätze und reduzierte Betriebskosten besser und schneller auf Marktanforderungen zu reagieren.

Ein technologisches Ausrüstungs-Highlight ist die bewährte Loop-Technologie, durch die ein wirksamer Temperaturausgleich des Beschickungsteils vor den MEERdrive^®- Fertigblöcken von SMS group möglich ist. Hinsichtlich der Gesamtprozesskosten ergeben sich im Vergleich mit anderen Antrieben durch das Einzelantriebskonzept dieser Blöcke größere technologische und wirtschaftliche Vorteile. Die robuste Kassetten-Bauweise sorgt für beständige Hochleistung mit minimiertem Wartungsaufwand. Diese Ausrüstung wurde speziell für lange Walzkampagnen unter hohen Walzlasten ausgelegt, wie es vom TMbaR-Prozess verlangt wird.

Das TMbaR-Betonstahlwalzwerk für Shandong Laigang Yongfeng am Standort Dezhou im Durchmesserbereich von 8 bis 32 Millimetern produziert gerade Stäbe mit Durchmessern von 8 bis 25 Millimetern bei einer Höchstgeschwindigkeit von 45 Metern pro Sekunde und Stabcoils durch eine VCC^® (vertikale Wickelmaschine) mit Durchmessern von 8 bis 32 Millimetern bei einer Höchstgeschwindigkeit von 35 Metern pro Sekunde. Yongfeng entschied sich für die Errichtung eines neuen Hochgeschwindigkeitsbereiches mit zwei sechsgerüstigen MEERdrive^®-Blöcken, Kühl- und Ausgleichslinien,  einem Hochgeschwindigkeits-Auflaufbereich bestehend aus einem Hochgeschwindigkeits (HSD^®)-Auflaufsystem mit Teilschere und Stabbremsung sowie für ein VCC^®-System für Coils bis zu fünf Tonnen. Zum Lieferumfang gehörten das komplette Paket für Elektrik und Automation sowie die Montage- und Inbetriebnahmeüberwachung. Die Anlage hat im Oktober 2019 die Produktion aufgenommen.

Lianxin Steel bestellte ein TMbaR-Betonstahlwalzwerk für das Werk in Dafeng, das bereits Anfang 2019 in Betrieb genommen wurde. Die Anlage ist für einen Durchmesserbereich von 8 bis 40 Millimetern bei einer Höchstgeschwindigkeit von 45 Metern pro Sekunde ausgelegt. SMS group lieferte sämtliche Walzgerüste für Vor-, Mittelund Fertigstraße, zwei sechsgerüstige MEERdrive^®-Fertigblöcke, Scheren, Wasserkästen sowie ein doppeltes HSD^®-System. Im Lieferumfang befanden sich außerdem das komplette Paket für Elektrik und Automation sowie die Montage- und Inbetriebnahmeüberwachung.

Heute kann man bereits die wesentlichen Ergebnisse betrachten, die auf der ersten von SMS group an China gelieferten Anlage erzielt wurden – eigens konzipiert, um die neue chinesische Norm zu erfüllen, mit dem Ziel, ein ultrafeines Mikrogefüge zu erhalten, ausgehend von Knüppeln mit geregelter chemischer Zusammensetzung ohne die Notwendigkeit der Zugabe von Mikrolegierungselementen.  Nach den ersten Tests mit Betonstahl HRBF400E für Durchmesser von 8, 10 und 12 Millimetern kann zusammengefasst werden, dass thermomechanisches Walzen zur Herstellung von Betonstählen mit voll ferritisch-perlitischem Gefüge erfolgreich angewandt wurde. Die Ergebnisse der anfänglichen Versuche verdeutlichen, dass sämtliche mechanischen Eigenschaften von Streckgrenze (YS), Zugfestigkeit (TS), Dehnbarkeit und TS/YS-Verhältnis leicht ermittelt wurden.

Für alle in Lianxin produzierten Betonstähle entsprachen die ermittelten Ergebnisse den neuen chinesischen Normen GB/T1499.2 - 2018. Die Güteklasse HRBF400E zeigte ein ultrafeines (Korngröße immer höher als ASTM 9) und schweißbares Mikrogefüge.

Die Abbildung zeigt den Kern, den mittleren und den Oberflächenbereich der drei gewalzten Abmessungen während der Inbetriebnahmephase. Aufgrund von unterschiedlichen Walzgutdurchmessern sollte darauf hingewiesen werden, dass es wegen abweichender Kühlbedingungen im Querschnitt zu geringfügigen Unterschieden im Mikrogefüge kommt.

Speziell Dehnbarkeit und TS/YS-Verhältnis erfüllten die strengeren Anforderungen für Betonstahl in seismischen Anwendungen.

Die mechanischen Eigenschaften von HRBF400E sind wegen des Mangangehalts im Bereich von 1,2 bis 1,4 Prozent beträchtlich höher als die Standardgrenzwerte (YS = 400 MPa und TS = 540 MPa). Um den Mangangehalt auf < 0,8 Prozent abzusenken, werden weitere Prozessoptimierungen angewandt mit dem Ziel, Produktionskosten zu senken, wobei sämtliche mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Güteklasse HRBF400E weiter erhalten bleiben.