Hochfester Baustahl – S690
Der S690QL ist ein hochfester Baust, der gemäß EN10025:6:2004 hergestellt wird. Das Material wird im Vergütungsverfahren wärmebehandelt und zeichnet sich…
Dank seiner hervorragenden Eigenschaften ist Baust zu einem gefragten Werkstoff in der Stahlverarbeitung geworden. Seine unerreichte Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit haben zu einer exponentiellen Steigerung seines Einsatzes geführt.
In diesem Artikel erläutern wir die Bedeutung von Baustahl, seine Einsatzbereiche und die Herstellungsprozesse.
Baustahl ist eine Form von Kohlenstoffstahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, weshalb die Begriffe „niedriglegierter Stahl“ und „Baustahl“ häufig synonym verwendet werden. Kohlenstoffstähle sind Metalle, die einen kleinen Prozentsatz an Kohlenstoff (maximal 2,1 %) enthalten, wodurch die Eigenschaften von reinem Eisen verbessert werden. Der Kohlenstoffgehalt variiert je nach den Anforderungen an den Stahl. Niedriglegierte Stähle enthalten Kohlenstoff im Bereich von 0,05 bis 0,25 %.
Es gibt verschiedene Güten von Baustahl, jedoch weisen sie alle einen Kohlenstoffgehalt innerhalb der genannten Grenzen auf. Weitere Elemente werden hinzugefügt, um nützliche Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit zu verbessern.
Der Kohlenstoffgehalt wird durch Wärmebehandlung des Stahls gleichmäßig erhöht. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Härte des Stahls zu, jedoch geht die Duktilität verloren. Das bedeutet, dass das Metall spröde wird und bei Überbelastung brechen kann, anstatt sich zu verbiegen.
Die Herstellungsverfahren für Baustahl ähneln denen anderer Kohlenstoffstähle. Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt enthalten lediglich mehr Kohlenstoff, was zu anderen Eigenschaften wie höherer Festigkeit und Härte im Vergleich zu Baustahl führt.
Diese Prozesse wurden im Laufe der Zeit weiterentwickelt und sind heute deutlich kosteneffizienter als früher. In der modernen Fertigung umfasst die Herstellung von Baustahl aus reinem Eisen drei Schritte.
In dieser Phase der Stahlproduktion werden Eisenerz, Kohle und Kalk vermischt und in einem Hochofen mit einer Kapazität von 100 bis 400 Tonnen erhitzt. Kalk wirkt als Flussmittel und bildet eine Schutzschicht auf dem heißen, flüssigen Metall.
Moderne primäre Stahlherstellungsverfahren nutzen das Sauerstoffaufblasverfahren (BOS) oder das Elektroofenverfahren (EAF). Beide basieren auf dem ursprünglichen Bessemer-Verfahren zur Stahlherstellung.
Beim Sauerstoffaufblasverfahren wird Sauerstoff durch das flüssige Eisen geblasen, während Schrottstahl in den Konverter gegeben wird. Dadurch wird der Kohlenstoffgehalt auf maximal 1,5 % reduziert.
In Industrieländern wird der Elektroofen verwendet, um Schrottstahl durch extrem starke elektrische Lichtbögen zu schmelzen. Das Ergebnis ist hochwertiger Stahl.
Im zweiten Schritt der Baustahlherstellung wird der Kohlenstoffgehalt weiter reduziert und Legierungselemente werden hinzugefügt.
Durch die gezielte Steuerung der Ofenbedingungen (Temperatur, Abkühlrate usw.) wird dieser Prozess begünstigt. Die gewünschte Stahlsorte bestimmt letztlich das sekundäre Herstellungsverfahren. Zur Wahl stehen folgende Verfahren:
Sobald der Stahl den gewünschten Kohlenstoffgehalt und die entsprechende Legierungszusammensetzung erreicht hat, ist er bereit für das Gießen. Die moderne Stahlproduktion setzt hauptsächlich das Stranggießverfahren ein, bei dem der flüssige Stahl in eine wassergekühlte Form gegossen und während des kontinuierlichen Entzugs langsam erstarrt. Dieses Verfahren formt den Stahl zu Halbfabrikaten wie Brammen, Knüppeln oder Vorblöcken.
Diese Halbfabrikate können Oberflächenfehler oder innere Spannungen aufweisen. Um die Oberflächenqualität und mechanische Konsistenz zu verbessern, wird üblicherweise als erster Umformschritt das Warmwalzen angewendet. Warmgewalzter Stahl wird in Flachprodukte, Langprodukte, Sonderprofile sowie nahtlose Rohre unterteilt.
Obwohl der Stahl nach dem Warmwalzen technisch fertig ist, werden oft sekundäre Umformprozesse eingesetzt, um die Endform und die mechanischen Eigenschaften an spezifische Anforderungen anzupassen.
Baustahl ist ein niedriglegierter Stahl und enthält typischerweise bis zu 0,25 % Kohlenstoff. Nach einigen Klassifikationen kann ein Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,45 % je nach Verwendungszweck noch als Baustahl gelten.
Der niedrige Kohlenstoffgehalt macht Baustahl äußerst gut bearbeitbar und schweißbar, sodass er mit minimalen inneren Spannungen geschnitten, geformt und verbunden werden kann.
Verschiedene Legierungselemente werden zugesetzt, um die chemischen und mechanischen Eigenschaften zu verbessern:
Weitere Elemente können zur Verbesserung von Verschleißfestigkeit, Zugfestigkeit und Hitzebeständigkeit je nach Anwendung zugesetzt werden. Während unbehandelter Baustahl rostanfällig ist, werden häufig Verzinkungs- oder Beschichtungsverfahren angewendet, um die Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen zu erhöhen.
Baustahl verfügt über eine Reihe von physikalischen Merkmalen, die ihn für zahlreiche industrielle Anwendungen geeignet machen. Zu den wichtigsten Eigenschaften zählen:
Diese Merkmale, zusammen mit dem günstigen Preis und der guten Verfügbarkeit, erklären die breite Nutzung von Baustahl im Bauwesen, in der Fertigung und im Maschinenbau.
Es wäre nicht übertrieben zu sagen, dass man beim Blick aus dem Fenster mit großer Wahrscheinlichkeit ein Produkt aus Baustahl sieht. Es ist das am häufigsten genutzte Metall in unserer Umgebung.
Von Gebäuden bis hin zu riesigen Schiffen: Überall ist Baustahl im Einsatz. Zu den typischen Anwendungen zählen:
Im Bauwesen werden Materialien benötigt, die sich leicht verbinden lassen und wechselnden Belastungen standhalten. Baustahl ist daher das ideale Material für weitreichende Anwendungen. Einige Güten von Baustahl werden aus diesem Grund auch als Baustähle bezeichnet.
Er erfüllt zudem strenge Anforderungen hinsichtlich Erdbeben- und Windbeständigkeit, ist unempfindlich gegenüber Schädlingsbefall und widersteht Fäulnis sowie Feuer.
Dass Baustahl im Vergleich zu anderen Stählen relativ günstig ist, ist ein weiterer Vorteil. Deshalb wird er in Bauwerken jeglicher Größe – von Brücken bis hin zu Gebäuden – eingesetzt.
Baustahl ist im Maschinen- und Fahrzeugbau weitverbreitet. Er ist kostengünstig, eignet sich für verschiedene Schneid- und Beschichtungsverfahren und überzeugt durch eine gute Schweißbarkeit bei zugleich soliden physikalischen Eigenschaften. Dadurch eignet er sich für die Fertigung von Rahmen, Karosserieteilen und mehr.
Baustahl verfügt über eine hervorragende Duktilität und ist daher das ideale Material für die Herstellung von Rohrleitungen und Masten, die extremen Bedingungen standhalten müssen.
Baustahlrohre lassen sich nicht nur leicht miteinander verschweißen, sie behalten auch eine gewisse Flexibilität. Da Rohrleitungen bei Kälte schrumpfen oder sich bei Hitze ausdehnen können, ist dies eine wichtige Eigenschaft.
Während früher ausschließlich Edelstahl für diesen Bereich genutzt wurde, erfreut sich Kochgeschirr aus Baustahl bei modernen Köchen immer größerer Beliebtheit – unter anderem aufgrund einiger Vorteile.
Schneidwerkzeuge bleiben länger scharf, weisen einen höheren Temperaturbereich auf und können so behandelt werden, dass sie antihaftend sind.
Durch das Einbrennen des Metalls wird der korrosive Verschleiß verringert.
Baustahl lässt sich in sehr spezifische Formen bringen und eignet sich daher hervorragend für den Zaunbau. Er ist zudem optisch ansprechend und wirkt dadurch sowohl funktional als auch dekorativ.
Baustahl kann außerdem verzinkt oder mit geeigneten Farben beschichtet werden, um langlebig und rostbeständig zu sein.
Im Folgenden werden einige weitverbreitete Baustahlgüten aufgeführt. Allen gemeinsam ist ihre universelle Einsetzbarkeit. Ihre Eigenschaften machen sie zur bevorzugten Wahl für zahlreiche Anwendungen.
Entsprechende Güten: AISI 1008; C10; DC01
EN 1.0301 Kohlenstoffstahl enthält 0,1 % Kohlenstoff, 0,4 % Mangan und 0,4 % Silizium. Außerdem sind geringe Mengen Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Aluminium (Al) und Molybdän (Mo) enthalten.
Diese Güte zeichnet sich durch hervorragende Schweißbarkeit aus und wird häufig für extrudierte, geschmiedete, kaltumgeformte und kaltgepresste Teile eingesetzt. Haupteinsatzgebiete sind die Automobilindustrie, Möbel und Haushaltsgeräte.
Entsprechende Güten: AISI 1010
EN 1.1121 Kohlenstoffstahl enthält zwischen 0,08 % und 0,13 % Kohlenstoff. Der Mangangehalt liegt zwischen 0,3 % und 0,6 %. Er wird zur Herstellung von kaltumgeformten Befestigungselementen und Schrauben genutzt.
Auch diese Baustahlgüte weist eine gute Umformbarkeit und Duktilität auf und kann mit traditionellen Methoden verarbeitet werden. Sie ist zudem mit nahezu allen Schweißverfahren verbindbar. Ihre Festigkeit kann durch Wärmebehandlung wie Abschrecken und Anlassen erhöht werden, jedoch sind diese Prozesse kostenintensiv.
Es handelt sich um einen vielseitig einsetzbaren Stahl, der in zahlreichen Bauwerken und in der Automobilindustrie Verwendung findet.
Entsprechende Güten: AISI 1020; C22
Diese Stahlsorte bietet exzellente Schweißeigenschaften. EN 1.0402 eignet sich insbesondere für aufgekohlte Bauteile und bietet eine gute Balance aus Duktilität, Festigkeit und Zähigkeit.
Der Kohlenstoffgehalt liegt bei 0,18 % bis 0,23 %, der Mangangehalt zwischen 0,3 % und 0,6 %. Im Vergleich zu EN 1.1121 wird sie weniger häufig eingesetzt, überzeugt jedoch durch ihre Bearbeitbarkeit im Schmiedezustand.
Diese Güte wird im Maschinenbau vor allem für Hydraulikbauteile und Nockenwellen verwendet.
