Rohrlaser-Schneidemaschinen: Eine Einführung in die spezialisierte Verarbeitung
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der das Schneiden komplizierter Muster in Metallrohre so einfach ist wie das Zeichnen…
Das Rückgrat unserer Infrastruktur besteht aus Weichstahl und hochfestem niedriglegiertem Stahl (HSLA), die heute eine bedeutende Rolle in der Bauindustrie spielen. In diesem Artikel werden die Eigenschaften von Weich- und HSLA-Stählen sowie gängige Güten verglichen und gegenübergestellt, um Ihnen ein umfassendes Profil dieser Stahlkategorien zu vermitteln.
Weichstahl ist eine Art Kohlenstoffstahl. Kohlenstoff und Eisen sind die beiden Hauptelemente, aus denen Stahl besteht, wobei der maximale Kohlenstoffgehalt 2,1 % des Materialgewichts beträgt. Stahl mit einem solchen Kohlenstoffgehalt wird als hochkohlenstoffhaltiger Stahl (oder Werkzeugstahl) bezeichnet. Hochkohlenstoffstahl ist extrem hart, aber auch sehr spröde, was das Bearbeiten, Schneiden oder Biegen äußerst schwierig macht. Mit anderen Worten: Hochkohlenstoffstahl weist eine geringe Duktilität auf.
Hochkohlenstoffstahl kann weiterverarbeitet werden, um den Kohlenstoffgehalt zu senken und die Duktilität zu erhöhen. Mittel-Kohlenstoffstahl enthält etwa 0,3 % bis 0,6 % Kohlenstoff. Auch wenn mittel-Kohlenstoffstahl in einigen Bereichen eingesetzt wird, fehlt ihm dennoch die nötige Duktilität.
Schließlich entsteht niedriglegierter (oder Weich-)Stahl, wenn bis zu 0,4 % Mangan zugesetzt werden. Dies erhöht die Härte des Stahls, während der Kohlenstoffgehalt auf 0,05 % bis 0,25 % gesenkt wird, was das Material duktiler macht. Auch wenn niedriglegierter Stahl nur eine mäßige Duktilität besitzt und anfällig gegenüber atmosphärischen Einflüssen ist, lässt er sich für zahlreiche Anwendungen einsetzen.
ASTM A36 ist in vielen Anwendungen sehr weit verbreitet und zweifellos die bekannteste Stahlgüte für den Konstruktionsstahlbau in Nordamerika.
A36 wird durch Zugabe von Mangan, Phosphor, Schwefel, Silizium und Kupfer hergestellt. Zusammen erhöhen diese Elemente die Duktilität (Phosphor und Schwefel), die Härte (Mangan) sowie die Korrosionsbeständigkeit (Silizium und Kupfer).
| Element | A36 |
|---|---|
| Kohlenstoff | 0,25-0,29 % |
| Mangan | 0,80-1,2 % |
| Phosphor | 0,03 % |
| Schwefel | 0,03 % |
| Silizium | 0,40 % |
| Kupfer | 0,20 % |
A36 weist eine angemessene Festigkeit auf, die in der untenstehenden Tabelle durch Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung dargestellt wird.
| Festigkeitswert | Mindestwert |
|---|---|
| Streckgrenze (psi) | 36.000 |
| Zugfestigkeit (psi) | 58.000-80.000 |
| Bruchdehnung % (200 mm) | 20% |
A36 bietet eine ausgewogene Kombination aus Härte, Duktilität, Haltbarkeit und Preis. Als eine der wirtschaftlichsten Stahlgüten ist A36 problemlos bei Stahlwerken, Lieferanten und Händlern erhältlich.
Weichstahl kann durch Zugabe weniger weiterer Legierungselemente – wie Phosphor, Schwefel, Silizium und Molybdän – zu hochfestem niedriglegiertem Stahl (HSLA) veredelt werden. HSLA-Stahl zeichnet sich durch hohe Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit und Duktilität aus, besitzt jedoch ein deutlich geringeres Gewicht als andere Materialien mit vergleichbarer Festigkeit.
Ein breites Spektrum an Güten fällt unter den Begriff HSLA-Stahl, doch drei Güten machen den Großteil der HSLA-Nachfrage in Nordamerika aus.
Ähnlich wie A36 ist ASTM A572 ein wirtschaftlich attraktiver und daher weitverbreiteter Baustahl. Eingesetzt wird A572 unter anderem im Brückenbau, Hochbau, in Baumaschinen, Übertragungsmasten und mehr. Im Vergleich zu A36 verfügt A572 über eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit und kann somit größere Lasten aufnehmen.
| Festigkeitspunkt | A572-50 | A36 |
|---|---|---|
| Streckgrenze (psi) | 50.000 | 36.000 |
| Zugfestigkeit (psi) | 65.000 | 58.000–80.000 |
| Dehnung % (200 mm) | 18% | 20% |
Wie bei A36 werden auch hier ähnliche Elemente zugesetzt, um die verbesserte Festigkeit und Härte zu erreichen:
| Element | Güteklasse 42 | Güteklasse 50 | Güteklasse 60 | Güteklasse 65 |
|---|---|---|---|---|
| Kohlenstoff | 0,21% | 0,23% | 0,26% | 0,23-0,26% |
| Mangan | 1,35% | 1,35% | 1,35% | 1,35-1,65% |
| Phosphor | 0,03% | 0,03% | 0,03% | 0,03% |
| Schwefel | 0,03% | 0,03% | 0,03% | 0,03% |
| Silizium | 0,15-0,40% | 0,15-0,40% | 0,40% | 0,40% |
A572 ist in mehreren Güten erhältlich – vier davon werden hier vorgestellt –, die unterschiedliche Festigkeits- und Härtegrade bieten. Die gebräuchlichste ist ASTM A572-50.
Die erste Güte von A572 ist ASTM A656, die sich ideal für Baumaschinen, Kranarme, Lkw-Rahmen und allgemeine Stahlbauanwendungen eignet.
Neben den üblichen Legierungselementen der A572-Güten enthält ASTM A656 auch Vanadium, Columbium, Titan und Stickstoff. Die ersten drei erhöhen die Festigkeit, während Stickstoff die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
| Element | % |
|---|---|
| Kohlenstoff | 0,18% |
| Mangan | 1,65% |
| Phosphor | 0,03% |
| Schwefel | 0,03% |
| Silizium | 0,60% |
| Vanadium | 0,08–0,15% |
| Stickstoff | 0,03% |
| Niob | 0,008–0,10% |
| Titan | 0–0,15% |
Im Vergleich zu A36 und A572 besitzt A656 eine noch höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit und eignet sich daher besonders für tragende Konstruktionen. Diese zusätzliche Festigkeit schlägt sich jedoch auch im Preis nieder.
| Festigkeitsmerkmal | A656-60 | A572-50 |
|---|---|---|
| Streckgrenze (psi) | 60.000 | 50.000 |
| Zugfestigkeit (psi) | 70.000 | 65.000 |
| Bruchdehnung % (200 mm) | 17% | 18% |
Ein weit verbreiteter HSLA-Stahl nach kanadischen Normen ist CSA G40.21. Zwar ähnelt diese Güte ASTM A572 in Bezug auf Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung, doch die drei Varianten von CSA G40.21 – 44W, 50W und 50A – unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung von der amerikanischen Version G40.21.
| Element | Güte 44W | Güte 50W | Güte 50A |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoff | 0,22% | 0,23% | 0,02% |
| Mangan | 0,5%-1,5% | 0,5%-1,5% | 0,75%-1,35% |
| Phosphor | 0,04% | 0,04% | 0,03% |
| Schwefel | 0,05% | 0,05% | 0,04% |
| Silizium | 0,04% | 0,04% | 0,15%-0,5% |
| Chrom | 0,07% | ||
| Nickel | 0,09% | ||
| Kupfer | 0,2%-0,6% |
HSLA-Stahl ist ein bedeutender Bereich innerhalb der Familie der Kohlenstofflegierungsstähle. Nachfolgend werden fünf weniger verbreitete HSLA-Güten vorgestellt, die jedoch in vielen Anwendungen verwendet werden.
Unbestritten sind Zusammensetzungsrichtlinien für HSLA-Stahlgüten wichtig. Doch letztlich ist die Leistungsfähigkeit des Materials entscheidend, anhand derer Ingenieure die passende HSLA-Güte für ihr spezifisches Projekt auswählen.
| Güteklasse | Häufige Verwendungszwecke |
|---|---|
| A709 | Brücken. Erhältlich in Standard- und Hochleistungsqualitäten, speziell für extreme Klimabedingungen entwickelt. A709 wird häufig ausgewählt, um die Anforderungen der AASHTO M270-Normen zu erfüllen. |
| AASHTO M270 | Brücken. M270 ist sehr ähnlich zu A709 und entspricht ebenfalls den spezifischen Standards der AASHTO. |
| A588 & A606 | Geschweißte Brücken und Gebäude sowie allgemeine Bauanwendungen. Ein besonderer Vorteil dieser Güten ist ihre hohe Korrosionsbeständigkeit. |
| A871 | Rohrkonstruktionen und Masten. |
| A573 | Lagertanks. Diese Güte ist vollständig beruhigt und eignet sich hervorragend für atmosphärische Bedingungen, die eine verbesserte Kerbschlagzähigkeit erfordern. |
Um zu bestimmen, wie viel Energie ein Material bei verschiedenen Temperaturen aufnehmen kann, werden Charpy-Schlagbiegeversuche durchgeführt. Dieser Test ist besonders im Brückenbau wichtig, vor allem, wenn die Konstruktion kalten Witterungsbedingungen standhalten muss.
Weitere Messwerte, mit denen Ingenieure den Materialbedarf ermitteln, sind Streckgrenze, Zugfestigkeit und prozentuale Dehnung. Diese Werte geben exakt an, ab wann das Material irreparable Schäden nimmt, wann es versagt und wie groß die Differenz zwischen diesen Punkten ist.
Nach der Festlegung des konkreten Materialbedarfs für ein Projekt sichert die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Stahllieferanten – wie Leeco Steel – die fristgerechte Lieferung des gewünschten Materials inklusive Dokumentation zur Zusammensetzung und Leistungsfähigkeit.
