A36 vs A572 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

ASTM A36 und ASTM A572 sind zwei der am häufigsten spezifizierten Baustähle im Bauwesen, in der Fertigung und Schwerindustrie. Ingenieure, Einkaufsleiter und Produktionsplaner berücksichtigen bei der Wahl zwischen beiden oft Kosten, Schweißbarkeit, Umformbarkeit und die erforderliche mechanische Leistung. Typische Entscheidungskriterien sind: (1) ob eine höhere Streckgrenze die höheren Materialkosten und mögliche Anpassungen bei Schweiß- oder Umformverfahren rechtfertigt, und (2) ob für eine bestimmte Konstruktion eine verbesserte Zähigkeit oder ein reduziertes Gewicht (durch dünnere Querschnitte) erforderlich ist.

Die praktische Unterscheidung dieser Werkstofftypen beruht auf der mechanischen Leistung, die durch unterschiedliche Legierungs- und Verarbeitungsstrategien erzielt wird: A36 ist ein traditioneller Kohlenstoffbaustahl mit relativ einfacher Chemie und vorhersehbarem Verhalten, während A572 eine Familie von hochfesten, niedrig legierten Stählen (HSLA) ist, die höhere Streckgrenzen und oft bessere Zähigkeit durch kontrollierte Legierungszusätze und thermomechanische Behandlung liefert. Ingenieure vergleichen beide, weil sie gleiche strukturelle Aufgaben erfüllen, aber mit unterschiedlichen Kompromissen hinsichtlich Festigkeit, Duktilität, Schweißbarkeit und Kosten.

1. Normen und Bezeichnungen

• ASTM/ASME:
• ASTM A36/A36M — Kohlenstoffbaustahl (oft einfach als A36 bezeichnet).
• ASTM A572/A572M — Hochfester, niedrig legierter Baustahl (verfügbar in mehreren Güten wie 42, 50, 55, 60, 65; Güte 50 ist am gebräuchlichsten).
• EN: Vergleichbare Spezifikationen existieren in Europäischen Normen (z.B. S275 für niedrigfesten allgemeinen Baustahl; S355 und HSLA-Güten für höhere Festigkeiten), jedoch ist keine direkte 1:1-Entsprechung möglich.
• JIS/GB: Japanische und chinesische Normen haben vergleichbare Baustähle, Nutzer müssen jedoch mechanische Anforderungen und Chemie vergleichen und dürfen sich nicht allein auf Namensgleichheit verlassen.
• Klassifikation: A36 — Kohlenstoffbaustahl; A572 — HSLA (hochfester, niedrig legierter) Baustahl.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: Typische Zusammensetzung (Massen-%), allgemeine Richtwerte. Exakte Grenzwerte hängen von den spezifischen ASTM-Unterabschnitten und der gewählten A572-Güte ab; für beschaffungsrelevante Toleranzen bitte Werkszeugnis (MTR) heranziehen.

Element	A36 (typisch)	A572 (typisch, z.B. Güte 50 und verwandte)
C (Kohlenstoff)	bis ca. 0,25–0,26 (niedrig–mittel)	meist niedrigere oder ähnliche Maximalwerte (z.B. bis ca. 0,23)
Mn (Mangan)	ca. 0,60–1,20 (zur Festigkeitssteuerung)	typischerweise höher oder enger kontrolliert; meist 0,8–1,6
Si (Silizium)	≤ ca. 0,40 (Entoxidationsmittel)	ähnlich oder etwas höher je nach Werkspraxis
P (Phosphor)	≤ ca. 0,04 (Verunreinigungsgrenze)	≤ ca. 0,04 (vergleichbare Verunreinigungskontrolle)
S (Schwefel)	≤ ca. 0,05 (Verunreinigungsgrenze)	≤ ca. 0,05 (ähnlich)
Cr (Chrom)	in der Regel nicht beabsichtigt (Spur)	kann in geringen Mengen in einigen HSLA-Legierungen vorkommen
Ni (Nickel)	nicht typisch (Spur)	nicht typisch, außer in Spezialvarianten
Mo (Molybdän)	nicht typisch	manchmal in Spuren in bestimmten HSLA-Typen zur Härte- und Anshärtbarkeit
V (Vanadium)	nicht typisch	oft in kleinen Mikrolegierungsgehalten (einige hundert ppm)
Nb (Niob, Columbium)	nicht typisch	kann als Mikrolegierungselement verwendet werden (Spur bis einige hundert ppm)
Ti (Titan)	nicht typisch	kann in einigen Stählen zur Kornfeinerung hinzugefügt werden (Spur)
B (Bor)	nicht typisch	nicht typisch; nur Spuren in spezialisierten Stählen
N (Stickstoff)	restlich	kontrolliert; kann mit Ti/Nb wechselwirken für Ausscheidungshärtung

Hinweise: - A36 ist im Grunde ein unlegierter Kohlenstoffbaustahl mit begrenzten absichtlichen Legierungszusätzen. A572 ist eine HSLA-Stahlsorte, bei der kontrollierte Zugaben von Mikrolegierungselementen (V, Nb, Ti) sowie engere Kontrolle bei Mn und Si höhere Streckgrenzen und verbesserte Zähigkeit ermöglichen, ohne den Kohlenstoffäquivalent-Wert stark zu erhöhen. - Die exakte Zusammensetzung von A572 variiert je nach Güte (42, 50 usw.) und Hersteller; bei der Beschaffung sollte die Güte angegeben und ein Werkstoffprüfzeugnis (MTR) angefordert werden.

Einfluss der Legierung auf Eigenschaften: - Kohlenstoff erhöht Festigkeit und Härtbarkeit, kann jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit bei höheren Gehalten beeinträchtigen. - Mangan steigert Härtbarkeit und Zugfestigkeit sowie fördert die Entoxidation. - Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) verfeinern das Kornbild und erzeugen Ausscheidungshärtung, die die Streckgrenze ohne große Erhöhung des Kohlenstoffanteils erhöht. - Kleine Zusätze von Cr, Mo, Ni (wenn vorhanden) verbessern Härtbarkeit und Hochtemperatureigenschaften, sind aber in Standard-A36/A572 unüblich.

3. Mikrostruktur und Ansprechverhalten auf Wärmebehandlung

• A36: Typische Walzgefüge besteht aus Ferrit mit Perlit — grobkörnig im Vergleich zu HSLA-Stählen. A36 wird üblicherweise im warmgewalzten Zustand geliefert. Eine deutliche Wärmebehandlung ist nicht vorgesehen, die Eigenschaften werden im Als-Walz-Zustand erreicht. Normalglühen kann das Korn feiner machen und Zugfestigkeit sowie Zähigkeit geringfügig verbessern.
• A572: Wird mit kontrollierter Chemie und oft durch thermomechanisches Walzen oder beschleunigte Kühlung hergestellt, um ein feineres Ferrit-Perlit- bzw. nadelförmiges Ferritgefüge und günstige Ausscheidungen (Carbonitride von V, Nb, Ti) zu erzeugen. Dieses feinkörnige Gefüge bietet höhere Streckgrenzen und bessere Zähigkeit im Vergleich zu einfachen Kohlenstoffstählen ähnlicher Dicke.
• Wärmebehandlungsansprechen:
• Normalisieren: Beide Güten können normalisiert werden, um das Korn zu verfeinern; A572 spricht meist besser an, da Mikrolegierungsausscheidungen das Kornwachstum steuern.
• Vergüten (härten & anlassen): Üblicherweise für A36 oder Standard A572 im Baustahlbereich nicht angewandt; für hochfeste, vergütete Stähle gelten andere Spezifikationen.
• Thermomechanische Walzbehandlung (TMCP): A572 kann mittels TMCP hergestellt werden, um kontrolliertes Walzen und Kühlen zu nutzen und so Festigkeit und Zähigkeit ohne starke Legierung zu maximieren.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Typische mechanische Eigenschaften (Werkszustand; Werte sind gewöhnliche Mindestwerte oder Bereiche — Norm ASTM und Werkszeugnis beachten).

Eigenschaft	A36 (typisch)	A572 (typisch, Güte 50 als Beispiel)
Streckgrenze (Mindestwert)	36 ksi (≈ 250 MPa)	50 ksi (≈ 345 MPa)
Zugfestigkeit (typischer Bereich)	~58–80 ksi (≈ 400–550 MPa)	~65–90 ksi (≈ 450–620 MPa)
Dehnung (auf 2 in / 50 mm)	typischerweise ≥20% (abhängig von Dicke)	typischerweise ≥18% (abhängig von Güte und Dicke)
Energieaufnahme bei Kerbschlagbiegeversuch (Charpy V)	meist nicht vorgeschrieben, falls doch moderat	häufig bei bestimmten Temperaturen für kritische Anwendungen gefordert; bei TMCP oft überlegen
Härte	moderat (typische Rockwell-B-Werte für niedrig- bis mittelkohlenstoffhaltige Stähle)	in der Regel höher, aber weiterhin zerspan- und umformbar; Härte hängt von Güte und Herstellung ab

Interpretation: - A572 (vor allem Güte 50) bietet eine deutlich höhere Mindeststreckgrenze als A36, was Gewichtsreduzierungen in der Konstruktion oder kleinere Querschnitte bei gleicher Belastung ermöglicht. - Die Duktilität (Dehnung) ist oft vergleichbar, wobei höherfeste Materialien manchmal geringfügig geringere Dehnungen zeigen; moderne A572-Bearbeitung bewahrt meist gute Zähigkeit und akzeptable Duktilität. - Die Zähigkeit (Schlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen) wird für A572-Anwendungen häufig besser kontrolliert und spezifiziert, insbesondere bei sicherheitskritischen Strukturen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt, Kohlenstoffäquivalent (Einfluss auf Härtbarkeit) und dem Vorhandensein von Mikrolegierungselementen ab. Zwei häufig verwendete empirische Parameter sind hier zur Bewertung aufgeführt.

• IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Internationaler Pcm-Wert (für detailliertere Vorhersage von Schweißbarkeit und Kaltverzunderungsanfälligkeit): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - A36 hat typischerweise ein niedriges Kohlenstoffäquivalent und gilt allgemein als gut schweißbar mit Standardverfahren (SMAW, GMAW, FCAW). Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen sind in der Regel moderat, außer bei sehr dicken Querschnitten oder bei Wasserstoff-empfindlichem Einsatz.

- A572-Qualitäten sind trotz höherer Festigkeit so ausgelegt, dass sie schweißbar bleiben. Die kontrollierte Mikrolegierung erhöht die Festigkeit, ohne das $CE_{IIW}$ wesentlich zu steigern. Allerdings können höhere Festigkeitsklassen, dickere Abschnitte oder erhöhter Mangan- und Mikrolegierungsgehalt die Härtbarkeit erhöhen und erfordern sorgfältigere Schweißprozesse (Vorwärmen, kontrollierte Wärmeeinbringung, wasserstoffarme Schweißzusätze), um Rissanfälligkeit zu vermeiden.

- Praxistipp: Für sicherheitsrelevante Konstruktionen Postschweiß-Wärmebehandlung (sofern erforderlich) angeben, Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen kontrollieren und Schweißverfahren mit Prüfprotokollen (PQRs) absichern.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder A36 noch Standard-A572 sind rostfreie Stähle. Beide benötigen Oberflächenschutz für korrosive Umgebungen.
• Übliche Schutzmaßnahmen:
• Feuerverzinkung für langfristigen atmosphärischen Korrosionsschutz.
• Werkstattgrundierung, Feldlackierung oder spezielle Industriebeschichtungen für aggressive Umgebungen.
• Claddings oder Duplex-Systeme, falls aggressive Bedingungen dies erfordern.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) Formel für Edelstahl: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Index ist für A36 und A572 nicht anwendbar, da ihre chemischen Zusammensetzungen nicht die Chrom-/Molybdän-/Stickstoffanteile enthalten, die rostfreien Charakter verleihen. Für korrosionskritische Anwendungen sollten Edelstahl- oder korrosionsbeständige Legierungen gewählt werden, statt sich allein auf Verzinkung oder Beschichtungen zu verlassen.

7. Bearbeitung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit

• Schneiden: Beide Stähle lassen sich problemlos mit Autogen-, Plasma- oder Laserschneiden bearbeiten. Höherfeste A572 erfordern ggf. leicht angepasste Schnittparameter aufgrund höherer Zugfestigkeit.
• Umformen und Biegen: A36 ist aufgrund der niedrigeren Streckgrenze und der einfachen Gefügestruktur allgemein leichter zu biegen und zeigt geringeres Rückfederverhalten. Bei A572 mit höherer Streckgrenze ist mit stärkerem Rückfedern zu rechnen, was ggf. höhere Biegekräfte oder kleinere Werkzeugradien erfordert. Kaltumformung von höherwertigem A572 sollte validiert werden.
• Zerspanbarkeit: Beide sind mit Standardwerkzeugen bearbeitbar; A572 kann aufgrund von Mikrolegierungs-Teilchen leicht abrasiver für Werkzeuge sein.
• Fügen: Bei Verwendung von A572 sind Schraub- und Schweißkonstruktionen auf die höhere Festigkeit anzupassen, z. B. Vorspannung der Schrauben und Druckflächenberechnung.

8. Typische Anwendungen

A36 — Übliche Anwendungen	A572 — Übliche Anwendungen
Allgemeine Stahlkonstruktionen (Bleche, Kanäle, I-Träger) für Gebäude, Brücken und leichte Industrieunterkonstruktionen, wenn Standardfestigkeit ausreicht und Kosten wichtig sind.	Konstruktive Elemente mit höherer Streckgrenze zur Reduktion von Querschnitt oder Gewicht – Brücken, schwere Stahlrahmen, Kranbahnen, Fahrgestelle für LKW, Anwendungen mit hochfesten Blechen.
Sekundäre Stahlbauteile, Halterungen, nicht-kritische Komponenten, allgemeine Fertigung.	Anwendungen mit verbessertem Zähigkeitsbedarf oder wo Materialeinsparungen durch dünnere Dicken möglich sind; einige erdbebensichere und hochbelastete Strukturelemente.
Nicht-kritische geschweißte Baugruppen mit mäßiger Belastung.	Konstruktionen, für die Normen oder Entwurf höhere Festigkeitsklassen (z. B. Grade 50) vorsehen; Bauteile mit von TMCP (thermomechanischer Walzprozess) erzeugter Zähigkeit.

Auswahlbegründung: - A36 wählen, wenn Kosten, einfache Verarbeitung/Schweißbarkeit und Verfügbarkeit üblicher Dicken im Vordergrund stehen.

- A572 wählen, wenn höhere Streckgrenze, kontrollierte Zähigkeit und potenzielle Gewichtseinsparungen Priorität haben.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: A36 ist normalerweise preiswerter pro Gewichtseinheit als A572 aufgrund einfacherer Chemie und breiterer Produktion. A572 verlangt einen Aufpreis für höherfeste Qualitäten und engere Prozesskontrolle.
• Verfügbarkeit: A36 ist in vielen Formen und Dicken flächendeckend erhältlich. A572 (besonders Grade 50) ist zwar weit verbreitet, aber in manchen Produktformen und Dicken weniger standardisiert als A36. Lieferzeiten variieren je nach Region und Produktform (Blech, Coils, Breitflansch).
• Beschaffungstipp: Genaue Angabe von Werkstoffqualität, Produktform und ergänzenden Anforderungen (Kerbschlagbiegeversuchstemperatur, Oberflächenzustand, Beschichtung) vermeiden Preis- und Lieferzeitüberraschungen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schnellvergleich

Eigenschaft	A36	A572 (z. B. Grade 50)
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet, unkompliziert	Sehr gut bei Einhaltung kontrollierter Schweißbedingungen
Festigkeit–Zähigkeit	Moderate Festigkeit; ausreichende Zähigkeit für viele Anwendungen	Höhere Streckgrenze und häufig bessere Zähigkeit pro Gewicht durch HSLA-Verarbeitung
Kosten	Geringere Kosten pro Tonne	Höhere Kosten pro Tonne; Einsparungspotenzial durch kleinere Querschnitte

Fazit: - A36 wählen, wenn: - Die Konstruktion routinemäßig ist und keine hohe Streckgrenze benötigt wird. - Einfache Verarbeitung, gute Verfügbarkeit und niedrigste Materialkosten Priorität haben. - Schweiß- und Umformsimpelheit wichtig ist und keine besondere Zähigkeit gefordert wird.

• A572 wählen, wenn:
• Eine höhere Streckgrenze erforderlich ist (z. B. Grade 50 bietet deutlichen konstruktiven Vorteil).
• Gewichts- oder Querschnittsreduktionen bei guter Zähigkeit angestrebt werden.
• Das Projekt etwas engere Schweiß- und Fertigungskontrollen erlaubt und höhere Materialkosten für Lebenszyklus- oder Leistungsgewinn akzeptiert.

Abschließende Empfehlung: Immer die genaue ASTM-Qualität, Produktform, Dicke und ergänzende Anforderungen (Kerbschlagbiegetemperatur, Beschichtung, Schweißverfahren) spezifizieren und Werkszeugnisse (MTRs) mit der Materiallieferung anfordern. Für sicherheitsrelevante Konstruktionen Schweißverfahrensprüfungen durchführen und Datenblätter vom Walzwerk/Stahllieferanten konsultieren, um Chemie und mechanische Eigenschaften auf den Einsatzzweck abzustimmen.