CR2 vs CR3 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

CR2 und CR3 sind Bezeichnungen, die häufig in kommerziellen Katalogen und Beschaffungsspezifikationen verwendet werden, um zwei Qualitäten innerhalb der kaltgewalzten Kohlenstoffstahlfamilien zu unterscheiden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Entscheidung zwischen den beiden, wenn sie Kosten, Formbarkeit, Schweißbarkeit und Einsatzleistung abwägen: CR2 priorisiert typischerweise hervorragende Formbarkeit und wirtschaftliche Verarbeitung, während CR3 spezifiziert wird, wenn höhere Festigkeit oder verbesserte Kantenqualität erforderlich sind. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in ihren Eigenschaften der kaltgewalzten Qualitäten – die eine ist für weichere, hochformbare Anwendungen optimiert, die andere für höhere Festigkeit und engere Toleranzen – weshalb beide oft während des Designabgleichs für Stanz-, Tiefzieh-, Strukturpaneele und allgemeine Fertigung verglichen werden.

1. Standards und Bezeichnungen

• Gemeinsame Standardfamilien und Spezifikationen, in denen kaltgewalzte Qualitäten definiert oder referenziert werden:
• ASTM/ASME (z. B. Spezifikationen für kaltgewalzte Bleche und Bänder unter der ASTM A1008 / A1011-Familie für kommerzielle Stähle)
• EN (z. B. EN 10130-Serie für kaltreduzierte niedriglegierte Stähle)
• JIS (Japanische Industrie-Normen für kaltgewalzte Stähle, z. B. SPCC)
• GB (Chinesische nationale Standards für kaltgewalzte Stähle)
• Klassifizierung: CR2 und CR3 sind typischerweise niedriglegierte kaltgewalzte Stähle (Kohlenstoffstahlfamilie). Sie sind standardmäßig keine rostfreien, Werkzeug- oder HSLA-Qualitäten, obwohl einige Anbieter Varianten mit Mikrolegierungselementen oder kontrollierter Entgasung anbieten können, um spezifische Eigenschaften zu erfüllen.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Im Folgenden finden Sie eine qualitative Zusammensetzungstabelle, die die typische Elementpräsenz und Rolle in CR2 vs. CR3 zeigt. Die genauen Zusammensetzungen variieren je nach Standard und Anbieter; überprüfen Sie die Werkszertifikate für die Beschaffung.

Element	CR2 (typisch)	CR3 (typisch)	Hinweise
C (Kohlenstoff)	Niedrig (für gute Formbarkeit ausgelegt)	Niedrig–moderat (etwas höher oder kontrolliert für Festigkeit)	Höherer C erhöht die Festigkeit/Härte, verringert jedoch die Formbarkeit und Schweißbarkeit.
Mn (Mangan)	Moderat (Entgasung, Festigkeit)	Moderat–erhöht (um Festigkeit/Härte zu steigern)	Mn ist das primäre Legierungselement für Festigkeit und Härte in niedriglegierten Stählen.
Si (Silizium)	Niedrig (Entgasungsmittel, begrenzte Festigkeitssteigerung durch feste Lösung)	Niedrig	Normalerweise niedrig gehalten, um die Oberflächenqualität und Formbarkeit zu erhalten.
P (Phosphor)	Spuren / kontrolliert	Spuren / kontrolliert	Wird niedrig gehalten; höherer P kann die Festigkeit erhöhen, aber spröde machen.
S (Schwefel)	Spuren (kann für Zerspanbarkeit kontrolliert werden)	Spuren	S verbessert die zerspanbaren Qualitäten, schädigt jedoch die Formbarkeit und Oberflächenqualität.
Cr (Chrom)	Normalerweise abwesend oder Spuren	Spuren (optionale Mikrolegierung)	Im Allgemeinen keine Entwurfsvariable in kaltgewalzten Baustählen; kleine Zusätze verbessern die Härte.
Ni (Nickel)	Normalerweise abwesend	Normalerweise abwesend	Nicht typisch, es sei denn, eine spezielle Variante wird spezifiziert.
Mo (Molybdän)	Normalerweise abwesend	Spuren (selten)	Selten in Standard-CR-Qualitäten; wird in Legierungsvarianten verwendet.
V (Vanadium)	Normalerweise abwesend	Möglicherweise Spuren (mikrolegierte Varianten)	V kann bei Vorhandensein eine Ausscheidungshärtung bieten.
Nb (Niobium)	Normalerweise abwesend	Möglicherweise Spuren in mikrolegierten Varianten	Nb verfeinert den Korn, wenn es in mikrolegierten Stählen vorhanden ist.
Ti (Titan)	Minderheit / Spuren	Minderheit / Spuren	Wird zur Stabilisierung in einigen bearbeiteten Stählen verwendet.
B (Bor)	Nicht typisch	Nicht typisch	Sehr niedrige Gehalte können die Härte erhöhen; unüblich in handelsüblichen CR-Qualitäten.
N (Stickstoff)	Spuren	Spuren	Kontrolliert, um Alterung und Nitrate bei mikrolegierten Stählen zu steuern.

Zusammenfassung der Legierungsstrategie: - CR2: hauptsächlich für niedrigeren Kohlenstoff, gute Formbarkeit, niedrige Rückstände für eine überlegene Oberflächenqualität optimiert. - CR3: formuliert, um höhere Streckgrenze/Zugfestigkeit durch leicht höhere Kaltverformungsgrenzen oder Mikrolegierung zu erreichen; engere Maß- und Oberflächentoleranzen können angestrebt werden.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Kaltgewalzte Stähle wie CR2 und CR3 beginnen nach dem Kaltwalzen und der Glühung mit ferritisch-perlitischen oder vollständig ferritischen Mikrostrukturen. Unterschiede ergeben sich aus der Chemie und der thermischen Verarbeitung:

• Typische Mikrostruktur von CR2: überwiegend feiner Ferrit mit dispergierter Perlit oder minimaler zweiter Phase; offene, duktilen Matrix nach der Glühung. Chargen- oder kontinuierliche Glühung führt zu äquidimensionalem Ferrit und niedriger Versetzungsdichte – was die Formbarkeit fördert.
• Typische Mikrostruktur von CR3: ähnliche Ferritmatrix, jedoch mit höherer Versetzungsdichte nach höherer Kaltverformung oder mit leichten Mikrolegierungsniederschlägen (V, Nb), die während der thermischen Zyklen verfeinert werden. Mikrolegierung und kontrollierte Glühung können feinere Ferritkörner und kleine Karbid-/Nitrideinschlüsse erzeugen, die die Festigkeit erhöhen.

Wirkungen der Wärmebehandlung/Verarbeitung: - Rekristallisationsglühen (typisch für kaltgewalzte Bleche) stellt die Duktilität in beiden Qualitäten wieder her; CR2 zielt auf vollständige Weichheit ab, CR3 kann auf einen Zustand geglüht werden, der einige Verfestigung bewahrt. - Normalisieren ist für kaltgewalzte Bleche, die für Formbarkeit vorgesehen sind, nicht typisch. - Härten & Anlassen ist nicht anwendbar auf Standard-kaltgewalzte Baustähle – würde nur für speziell legierte Varianten verwendet, die auf höhere Festigkeit abzielen. - Thermo-mechanische Verarbeitung ist relevanter für mikrolegierte Varianten, bei denen kontrolliertes Walzen und beschleunigte Kühlung die Festigkeit und Zähigkeit verbessern.

4. Mechanische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften variieren mit der Verarbeitung (geglüht, hautgeglüht oder kaltverformt) und dem Maß. Die folgende Tabelle vergleicht typische Verhaltensunterschiede; überprüfen Sie die Prüfberichte der Mühle für lieferantenspezifische Werte.

Eigenschaft	CR2 (typisches Verhalten)	CR3 (typisches Verhalten)	Warum
Zugfestigkeit	Niedriger (für Duktilität ausgelegt)	Höher (für Festigkeit ausgelegt)	Die Chemie/Verarbeitung von CR3 erhöht die Zugfestigkeit durch Kaltverformung oder Mikrolegierung.
Streckgrenze	Niedriger	Höher	Leichte Legierung oder reduzierte Glühung erhöht die Streckgrenze für CR3.
Dehnung	Höher (bessere Duktilität)	Niedriger (durch Festigkeitssteigerung reduziert)	Abwägung zwischen Festigkeit und Duktilität.
Schlagzähigkeit	Gut bei Raumtemperatur; bessere Kerbzähigkeit für CR2	Ausreichend, kann jedoch niedriger sein, wenn höhere Festigkeitsziele erreicht werden	Kornverfeinerung vs. Ausscheidungseffekte steuern die Zähigkeit.
Härte	Niedriger	Höher	Korrelierend mit Zugfestigkeit und Kaltverformung.

Interpretation: CR3 zeigt im Allgemeinen höhere Festigkeit und Härte auf Kosten von etwas Duktilität und Formbarkeit im Vergleich zu CR2. Das Ausmaß der Unterschiede hängt vom Prozentsatz der Kaltverringerung, dem Glühzyklus und etwaigen Mikrolegierungselementen ab.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt, die Härtbarkeit (Mn, Cr, Mo, V) und die Reststoffe beeinflusst. Zur Bewertung der Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Risse und der Vorwärmneeds verwendet die Industrie Indizes wie das IIW-Kohlenstoffäquivalent und Pcm:

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

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - CR2: niedriger Kohlenstoff und niedrigere Legierung → niedrigere $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ Werte → im Allgemeinen gute Schweißbarkeit mit minimalem Vorwärmen für gängige Dicken. - CR3: leicht höherer Mn oder Mikrolegierung kann die Härtbarkeitsindizes erhöhen → erhöhtes Risiko harter martensitischer Strukturen im HAZ für dicke Abschnitte oder schnelles Abkühlen und kann Vorwärmen/Nachwärmebehandlung bei dickeren Teilen erfordern.

Praktische Hinweise: - Für Bleche und dünne Maße sind beide Qualitäten typischerweise leicht mit Standard-GMAW/MIG, MAG oder Widerstandsschweißen zu schweißen, wenn das richtige Schweißverfahren befolgt wird. - Für Punktschweißen und gestanzte Teile wird CR2 oft bevorzugt, um das Risiko von Schweißrissen zu minimieren und eine bessere Formbarkeit zu gewährleisten; CR3 benötigt möglicherweise angepasste Parameter oder Auswahl des Füllmetalls, um die Zähigkeit im HAZ zu steuern.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder CR2 noch CR3 sind rostfreie Stähle; ihre Korrosionsbeständigkeit entspricht der von niedriglegiertem Stahl und hängt von der Oberflächenbeschaffenheit und der Umgebung ab.
• Typische Schutzmethoden: Feuerverzinkung, Zink-Elektroplattierung, Vorbeschichtung mit organischen Beschichtungen (Coil-Beschichtung), Passivierung von Oberflächenölen oder Beschichtungssystemen.
• Rostfreie spezifische Indizes wie PREN sind für diese nicht rostfreien Qualitäten nicht anwendbar:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Dieser Index ist nur für austenitische rostfreie Zusammensetzungen sinnvoll und daher hier irrelevant.

Auswahlhinweise: - Wenn Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, spezifizieren Sie eine verzinkte oder vorlackierte Oberfläche oder wählen Sie eine rostfreie Qualität anstelle von CR2/CR3. - Überlegungen zur Oberflächenqualität: CR2 wird oft für eine hervorragende Oberflächenqualität geliefert, die für Lackierung/Beschichtung geeignet ist; CR3 kann leicht unterschiedliche Oberflächenbehandlungen haben, um den Maß- und Toleranzanforderungen gerecht zu werden.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Umformen: CR2 bietet überlegene Tiefzieh- und Streckformungsleistung aufgrund niedrigerer Streckgrenze und höherer Dehnung. CR3, da es stärker ist, zeigt höhere Rückfederung und reduzierte maximale Umformbarkeit.
• Biegen: CR2 lässt sich leichter zu engen Radien biegen, mit geringerem Risiko von Rissen. CR3 erfordert größere Biegeradien oder Zwischen-Glühung für starke Verformung.
• Zerspanbarkeit: Beide sind für die Zerspanung gut geeignet; die höhere Festigkeit und mögliche Mikrolegierung von CR3 können die Zerspanbarkeit im Vergleich zu CR2 verringern. Die Zerspanbarkeit kann absichtlich durch Zugabe von Blei oder Schwefel in spezifischen zerspanbaren Varianten modifiziert werden, was jedoch die Formbarkeit verringert.
• Oberflächenveredelung: CR2 wird häufig dort spezifiziert, wo eine überlegene Oberflächenoptik erforderlich ist (automotive Außenpaneele, dekorative Teile). CR3 kann dort verwendet werden, wo Maßtoleranzen und Geradheit priorisiert werden.

8. Typische Anwendungen

CR2 (typische Anwendungen)	CR3 (typische Anwendungen)
Innenteile von Fahrzeugen, tiefgezogene Stanzteile, Möbelkomponenten, Geräte, bei denen Formbarkeit und Oberflächenfinish entscheidend sind	Strukturpaneele, Teile, die höhere Streckgrenze oder engere Maßkontrolle erfordern, kalibrierte kaltgewalzte Bänder für die Nachbearbeitung
Beschichtete oder vorbeschichtete HVAC-Kanäle, leichte Gehäuse, Konsumgüter	Fertigteile, bei denen die Festigkeit eine Maßreduktion zur Gewichts- oder Kostenersparnis ermöglicht (unter Berücksichtigung der Umformgrenzen)
Allgemeine kaltgeformte Komponenten, Stanzteile, kleine Halterungen	Teile, die einer leichten Umformung unterzogen werden, aber höhere statische Festigkeit erfordern (Verstärkungen, Verstärkungsbänder)

Auswahlbegründung: - Wählen Sie CR2, wenn Tiefziehen, enges Oberflächenfinish oder maximale Duktilität erforderlich sind. - Wählen Sie CR3, wenn höhere Festigkeit, engere Dicken-Toleranzen oder verbesserte Kantenbedingungen die reduzierte Formbarkeit überwiegen.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: CR2 ist tendenziell geringfügig kostengünstiger, da es auf handelsübliche niedriglegierte Chemie und Standardglühzyklen abzielt. CR3 kann einen kleinen Aufpreis verlangen, wenn zusätzliche Verarbeitung, engere Toleranzen oder Mikrolegierung enthalten sind.
• Verfügbarkeit: Beide Qualitäten sind häufig in Coil-, Blech- und Bandformen von kommerziellen kaltgewalzten Mühlen erhältlich. CR2 ist oft breiter vorrätig aufgrund seiner allgemeinen Verwendung; CR3 ist allgemein verfügbar, kann jedoch auf Bestellung mit bestimmten Oberflächen- oder mechanischen Toleranzen spezifiziert werden.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Kriterium	CR2	CR3
Schweißbarkeit	Sehr gut	Gut – kann bei dickeren Teilen Aufmerksamkeit erfordern
Festigkeits-Zähigkeit-Balance	Niedrigere Festigkeit, höhere Duktilität	Höhere Festigkeit, leicht reduzierte Duktilität
Kosten	Niedriger / wirtschaftlich	Leicht höher / Premium für engere Spezifikationen

Empfehlungen: - Wählen Sie CR2, wenn Sie überlegene Formbarkeit, Tiefziehleistung, hervorragende Oberflächenqualität für Lackierung oder Beschichtung und die niedrigsten Kosten für die allgemeine Fertigung dünner Maße benötigen. - Wählen Sie CR3, wenn Sie höhere Streckgrenze/Zugfestigkeit für tragende Elemente, engere Maß-/Toleranzkontrolle benötigen oder wenn eine moderate Erhöhung der Festigkeit eine Reduzierung der Dicke zur Gewichts- oder Materialkosteneinsparung ermöglicht – wobei eine gewisse Reduzierung der Formbarkeit akzeptiert wird.

Letzter Beschaffungstipp: Fordern Sie die Prüfzeugnisse der Mühle und den genauen Lieferzustand (geglüht, hautgeglüht, gewalzt) an und spezifizieren Sie die Anforderungen an Oberflächenfinish und Beschichtung. Führen Sie Teile-Tests zur Umformung und Qualifizierung des Schweißverfahrens durch, um sicherzustellen, dass die gewählte Qualität die Herstellbarkeit und die Anforderungen im Einsatz erfüllt.