Stahlgüten für schwere Schweißkonstruktionen: A36, A572, S235JR und S355 im Vergleich

Die meisten schweren Rahmen werden aus einer von vier Güten gebaut. Sie sind enge Verwandte, in der Absicht meist austauschbar, und die Wahl zwischen ihnen ist in der Regel eine Frage, welcher Norm Ihre Zeichnung folgt und ob Sie die zusätzliche Streckgrenze brauchen.

Hier ist der Vergleich und die Fälle, in denen er die Konstruktion tatsächlich verändert.

Die vier Güten

Güte	Norm	Min. Streckgrenze	Zugfestigkeit	Einsatz
ASTM A36	ASTM A36/A36M	250 MPa (36 ksi)	400–550 MPa	US-Standard für Blech und Profile
ASTM A572 Gr 50	ASTM A572/A572M	345 MPa (50 ksi)	450 MPa min	US, hochfest niedriglegiert
S235JR	EN 10025-2	235 MPa	360–510 MPa	EU, allgemeiner Stahlbau
S355 (JR/J0/J2)	EN 10025-2	355 MPa	470–630 MPa	EU-Arbeitspferd für schwere Konstruktionen

Praktische Paarungen: A36 ≈ S235JR und A572 Gr 50 ≈ S355. Sie sind nicht identisch, denn chemische Grenzwerte, Toleranzklassen und Anforderungen an die Schlagzähigkeit unterscheiden sich, aber für eine allgemeine Schweißkonstruktion behandelt ein Betrieb sie als gleichwertig, und eine Zeichnung mit „A36 oder gleichwertig“ wird in dem gebaut, was die örtlichen Walzwerke vorrätig haben.

In Vietnam und der weiteren Region sind S355 und A572 Gr 50 ohne Weiteres verfügbar, ebenso A36 und S235JR. Nichts auf dieser Liste ist exotisch.

Was der Zusatz JR / J0 / J2 bedeutet

Das übersehen Käufer am häufigsten, und es ist der Punkt, der gelegentlich sehr wichtig wird.

Der Zusatz legt die Kerbzähigkeit fest, die Kerbschlagarbeit nach Charpy-V, die der Stahl liefern muss, und bei welcher Temperatur:

Zusatz	Prüftemperatur	Mindestarbeit
JR	+20 °C	27 J
J0	0 °C	27 J
J2	−20 °C	27 J
K2	−20 °C	40 J

Wird Ihr Rahmen in kaltem Klima belastet, in einer Außenanlage in Nordeuropa, in Korea im Winter, in einem Kühlhaus, geben Sie J2 vor. Zähigkeit verhindert, dass sich ein kleiner Fehler zu einem Sprödbruch ausbreitet, und sie ist eine Eigenschaft, die sich nicht nachträglich hinzufügen lässt.

Steht die Anlage in Innenräumen in einem gemäßigten oder tropischen Werk, genügt JR und ist günstiger.

Der Fehlerfall: Eine Zeichnung sagt „S355“ ohne Zusatz, das Walzwerk liefert S355JR, weil es die günstigste qualifizierende Güte ist, und der Rahmen landet im Freien an einem Ort mit −25 °C. An der Lieferung ist technisch nichts falsch. Schreiben Sie den Zusatz.

Wann höhere Streckgrenze sich rechnet

Der Wechsel von A36 auf A572 Gr 50 oder von S235 auf S355 bringt etwa 40–50% mehr Streckgrenze bei einem moderaten Materialaufschlag, typischerweise einige Prozent pro Tonne.

Es rechnet sich, wenn die Konstruktion festigkeitsbestimmt ist. Wird ein Bauteil nach Spannung dimensioniert, erlaubt die höhere Güte einen dünneren Querschnitt. Weniger Blech zu kaufen, weniger Schweißgut aufzutragen, weniger Gewicht zu heben und zu verschiffen. Bei einem festigkeitsbestimmten Rahmen gleicht das den Aufschlag häufig mehr als aus.

Es rechnet sich nicht, wenn die Konstruktion steifigkeitsbestimmt ist. Der Elastizitätsmodul beträgt für alle diese Güten etwa 200 GPa. Ein festerer Stahl ist kein steiferer Stahl. Wird Ihr Bauteil nach Durchbiegung dimensioniert, was bei Maschinenbetten üblich ist, wo die Toleranz in der Ausrichtung liegt und nicht im Versagen, bringt S355 gar nichts außer einer höheren Rechnung.

Der Test: Fragen Sie Ihren Ingenieur, ob der maßgebliche Nachweis Spannung oder Durchbiegung war. War es die Durchbiegung, bleiben Sie bei der günstigeren Güte und geben das Geld stattdessen für Querschnittshöhe aus.

Schweißeignung und Vorwärmung

Alle vier Güten sind gut schweißbar. Die maßgebliche Zahl ist das Kohlenstoffäquivalent (CE oder CEV), das die Aufhärtung in der Wärmeeinflusszone und damit die nötige Vorwärmung vorhersagt.

Grobe Orientierung:

• CE unter 0.40: im Allgemeinen bei mäßiger Dicke mit wenig oder ohne Vorwärmung schweißbar
• CE 0.40–0.50: Vorwärmung bei dickeren Querschnitten wahrscheinlich
• CE über 0.50: Vorwärmung und kontrollierte Zwischenlagentemperatur erforderlich

A36 und S235JR liegen typischerweise am unteren Ende. A572 Gr 50 und S355 liegen etwas höher. Die Dicke zählt ebenso wie die Chemie: Dieselbe Güte braucht bei 60 mm eine Vorwärmung, wo 20 mm keine braucht, weil die umgebende kalte Masse die Naht schneller abschreckt.

Entnehmen Sie das tatsächliche CE dem Werkszeugnis statt einer Tabelle. Es steht auf dem Zeugnis, und gegen dieses sollte die WPS qualifiziert worden sein, siehe AWS D1.1 in verständlicher Sprache.

Wetterfester Stahl und Edelstahl, die zwei Ausnahmen

Wetterfester Stahl (ASTM A588 oder S355J0WP) bildet eine stabile Oxidschicht und kann im Freien unlackiert eingesetzt werden. Er eignet sich für Brücken und exponierte Strukturen. Er ist eine schlechte Wahl, wo der Rahmen ständig nass bleibt, wo Ablaufwasser verfärben würde oder wo etwas aus einem unedleren oder edleren Metall daran verschraubt wird.

Edelstahl (304/316) findet sich an Skids für Lebensmittel, Pharma und Schiffsanwendungen. Er kostet ein Mehrfaches von Kohlenstoffstahl, schweißt sich anders, verzieht sich wegen seiner höheren Wärmeausdehnung und geringeren Wärmeleitfähigkeit stärker und braucht nach dem Schweißen Beizen und Passivieren. Geben Sie ihn vor, wo der Prozess es verlangt, nicht wegen der Optik.

Werkszeugnisse

Welche Güte Sie auch vorgeben, verlangen Sie Zeugnisse nach EN 10204 3.1, ausgestellt von der eigenen Prüfabteilung des Walzwerks, rückverfolgbar auf die Schmelzennummer, mit Angabe von Chemie und mechanischen Eigenschaften.

Ein 2.2-Zeugnis ist eine Konformitätserklärung ohne Prüfergebnisse für Ihre konkrete Schmelze. Verlangen Sie für einen tragenden Rahmen 3.1. Es kostet nichts und ist das Dokument, das Ihre Qualitätssicherung in drei Jahren sehen will.

Was auf die Zeichnung gehört

Vier Zeilen:

1. Güte und Norm: „Blech und Profile: S355J2 nach EN 10025-2“ oder „ASTM A572 Grade 50“
2. Zähigkeitszusatz: nach der niedrigsten Betriebstemperatur gewählt
3. Zeugnis: „Werkszeugnisse nach EN 10204 3.1 erforderlich“
4. Eine Austauschklausel: „Gleichwertige Güten mit vorheriger schriftlicher Freigabe zulässig“, wenn Sie bereit sind, den Betrieb verwenden zu lassen, was er schnell beschaffen kann, was oft die Lieferzeit verkürzt

Unsicher, ob Ihr Rahmen festigkeits- oder steifigkeitsbestimmt ist oder welche Güte die Region in Ihrem Zeitrahmen tatsächlich liefern kann? Senden Sie die Zeichnung, und wir melden uns innerhalb von 24 Geschäftsstunden.