DH36 vs EH36 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
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Einführung
DH36 und EH36 sind hochfeste, niedriglegierte (HSLA) Baustähle, die häufig im Schiffbau, im Offshore-Bereich und in der schweren Fertigung eingesetzt werden. Ingenieure und Beschaffungsexperten stehen häufig vor einem Auswahldilemma zwischen diesen beiden Güten, wenn sie die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen gegen Kosten, Schweißbarkeit und Verfügbarkeit abwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen Rumpfverkleidungen für unterschiedliche Einsatzklimata, Anwendungen für kleine Boote im Vergleich zu polaren Anwendungen und Fertigungsabläufe, die die Nachbehandlung nach dem Schweißen einschränken.
Der wesentliche praktische Unterschied zwischen DH36 und EH36 liegt in ihrer spezifizierten Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und den Produktionskontrollen, die diese Leistung unterstützen. Beide gehören zur gleichen Familie von HSLA-Schiffsstählen und teilen ähnliche chemische Strategien, aber EH36 ist so spezifiziert und verarbeitet, dass es eine überlegene Kerbzähigkeit bei niedrigeren Temperaturen als DH36 zeigt, was die Verarbeitung, Inspektion und Kosten beeinflusst.
1. Normen und Bezeichnungen
- Gemeinsame internationale Normen, in denen diese Bezeichnungen erscheinen:
- ASTM/ASME: ASTM A131 (Schiffbaustahl) — AH36 / DH36 / EH36 sind gängige A131-Bezeichnungen.
- ABS / DNV / LR / BV / NK: Klassifikationsgesellschaften beziehen sich auf gleichwertige Anforderungen für Plattenqualitäten.
- EN: Die EN 10025-Familie umfasst Baustähle, verwendet jedoch die AH/DH/EH-Nomenklatur nicht direkt; EN-Qualitäten wie S355 haben vergleichbare Festigkeitsniveaus.
- JIS / GB: JIS- und chinesische GB-Normen haben analoge marine Baustahlqualitäten; nationale Bezeichnungen unterscheiden sich.
- Materialtyp: HSLA (hochfester niedriglegierter) Baustahl mit Mikrolegierungselementen für Festigkeit und Zähigkeit.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Die folgende Tabelle gibt repräsentative Zusammensetzungsbereiche an, die typisch für die AH/DH/EH36-Familie von Schiffsstählen sind. Exakte Grenzen sind norm- und werksspezifisch; siehe die Einkaufsspezifikation für garantierte Werte.
| Element | Typischer Bereich / Kommentar (Gew.%) |
|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 (niedrig gehalten, um Schweißbarkeit und Zähigkeit zu erhalten) |
| Mn | 0.7 – 1.6 (primärer Festigkeitsbeitrag von Mn) |
| Si | 0.10 – 0.50 (Entgasung; kleine Mengen fördern die Festigkeit) |
| P | ≤ 0.035 (kontrolliert, um Versprödung zu vermeiden) |
| S | ≤ 0.035 (kontrolliert, um Zähigkeit & Schweißbarkeit zu verbessern) |
| Cr | ≤ 0.40 (verbessert, wenn vorhanden, die Härtbarkeit und Festigkeit geringfügig) |
| Ni | ≤ 0.50 (gelegentlich hinzugefügt, um die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu verbessern) |
| Mo | Spuren – 0.15 (kann Härtbarkeit und Kriechbeständigkeit verbessern) |
| V | Spuren – 0.10 (Mikrolegierung, verfeinert die Korngröße) |
| Nb (Cb) | Spuren – 0.06 (Mikrolegierung, stabilisiert die feine Kornstruktur) |
| Ti | Spuren – 0.02–0.05 (Entgasungsmittel, Kornverfeinerer, wenn verwendet) |
| B | Spuren (ppm, kann die Härtbarkeit bei sehr niedrigen Werten erhöhen) |
| N | kontrollierte niedrige Werte (beeinflusst Ausfällung und Zähigkeit) |
Legierungsstrategie: - Niedriger Kohlenstoff- und kontrollierte Verunreinigungsniveaus erhalten Schweißbarkeit und Zähigkeit. - Mn ist der Hauptbeitrag zur Festigkeit; Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) werden in kleinen Mengen verwendet, um die Korngröße zu verfeinern und die Streckgrenze durch Ausfällungsstärkung zu erhöhen, ohne den Kohlenstoff zu erhöhen. - Kleine Zusätze von Ni und Cr (oder Mo) können verwendet werden, um die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu sichern oder die Härtbarkeit geringfügig zu verbessern. EH36 erfordert typischerweise eine strengere Kontrolle der Chemie und der thermomechanischen Verarbeitung, um die Anforderungen an die Schlagzähigkeit bei niedrigeren Temperaturen zu erfüllen.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Typische Mikrostruktur: - Warmgewalzte oder thermomechanisch bearbeitete DH36/EH36-Platten zeigen eine verfeinerte Ferrit-Perlit- oder Ferritstruktur mit dispergierten feinen Bainit/vergütetem Martensit, abhängig von der Abkühlung und dem Legierungsgehalt. - Mikrolegierte Stähle mit Nb/V/Ti fördern eine feine polygonale Ferritmatrix mit feinen Ausfällungen, die die Streckgrenze und Zähigkeit verbessern.
Verarbeitungseffekte: - Normalisieren: Erhöht die Zähigkeit, indem eine gleichmäßige feine Kornstruktur erzeugt wird; manchmal für sehr dicke Platten spezifiziert, um Homogenität zu gewährleisten. - Härten & Vergüten: Normalerweise nicht auf konventionelle Schiffsplatten angewendet, da die Kosten; diese Güten sind für warmgewalzte oder thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung ausgelegt, bei der kontrollierte Abkühlung vollständige Härte-/Vergütungszyklen ersetzt. - Thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): Häufiger Weg für DH36 und EH36, um hohe Festigkeit und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ohne übermäßigen Legierungsgehalt zu erreichen. TMCP vermittelt günstige Umwandlungssequenzen, die akzessorischen Ferrit/Bainit erzeugen und grobe Perlit begrenzen.
EH36-Reaktion: - Um die Anforderungen an die Schlagzähigkeit bei niedrigeren Temperaturen zu erfüllen, wird EH36 häufig mit rigoroseren TMCP-Plänen, niedrigerem Kohlenstoffäquivalent und strengerer Sauberkeit produziert, um versprödende Einschlüsse zu vermeiden; dickere Platten können zusätzliche Zähigkeitstests oder Ofennormalisierung erhalten.
4. Mechanische Eigenschaften
Repräsentative Bereiche mechanischer Eigenschaften (typisch; gemäß Norm und Dicke überprüfen):
| Eigenschaft | Typische Anforderung / Bereich |
|---|---|
| Streckgrenze (min) | ≈ 355 MPa (häufig für AH/DH/EH36-Familie spezifiziert) |
| Zugfestigkeit | ≈ 490 – 620 MPa |
| Dehnung (A%) | ≥ 20% (hängt von Dicke und Norm ab) |
| Charpy-Schlag | Gütenabhängig: DH36 wird bei niedrigeren Temperaturen als AH36 getestet; EH36 hat spezifizierte Schlagenergie bei einer noch niedrigeren Temperatur |
| Härte | Typischerweise < 250 HB (variiert mit der Verarbeitung) |
Interpretation: - Festigkeit: DH36 und EH36 zeigen vergleichbare nominale Streck- und Zugfestigkeit; Unterschiede liegen nicht primär in der statischen Festigkeit, sondern in der Schlagzähigkeit bei spezifizierten Temperaturen. - Zähigkeit & Duktilität: EH36 ist so spezifiziert, dass es bei niedrigeren Temperaturen eine höhere Kerbzähigkeit als DH36 behält. Dies erfordert typischerweise eine strengere Prozesskontrolle und manchmal ein reduziertes Kohlenstoffäquivalent, was potenziell leicht unterschiedliche mechanische Kompromisse zur Folge hat. - Härte: Beide sind keine gehärteten Stähle; die Härte ist moderat und wird durch Walzen und TMCP kontrolliert.
5. Schweißbarkeit
Überlegungen zur Schweißbarkeit hängen vom Kohlenstoffgehalt, dem Kohlenstoffäquivalent (CE) und der Anwesenheit von Mikrolegierungselementen ab, die die Härtbarkeit erhöhen.
Gemeinsame Indikatoren für die Schweißbarkeit (nützlich für qualitative Bewertungen): - IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Internationales Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Niedrigere $CE_{IIW}$- und $P_{cm}$-Werte deuten auf eine einfachere Schweißbarkeit mit weniger Bedarf an Vorwärmung und Nachbehandlung (PWHT) hin. - DH36 und EH36 haben aufgrund des begrenzten Kohlenstoffs und der kontrollierten Legierung niedrig bis moderat CE; daher gelten sie im Allgemeinen als schweißbar mit Standardverfahren für Baustähle. - EH36 kann für dicke Abschnitte oder sehr niedrige Umgebungstemperaturen konservativere Schweißpraktiken erfordern, da seine Produktion darauf abzielt, eine bessere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen; Mikrolegierungen, die die Korngröße verfeinern, können die Härtbarkeit lokal erhöhen, sodass Vorwärmung und kontrollierte Interpass-Temperaturen manchmal empfohlen werden.
Praktische Schweißanleitung: - Verwenden Sie geeignete Füllmetalle, die den Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit entsprechen. - Für dicke Platten oder kalte Einsätze Verfahren qualifizieren und PWHT oder kontrollierte Abkühlung in Betracht ziehen, um HAZ-Härtung oder Wasserstoffrissbildung zu vermeiden. - Zerstörungsfreie Prüfungen und Coupon-Tests sind ratsam, wenn eine Güte durch eine andere in kritischen Anwendungen ersetzt wird.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Weder DH36 noch EH36 sind rostfreier Stahl; beide sind konventionelle Kohlenstoff-/HSLA-Stähle und benötigen Oberflächenschutz für langfristigen Korrosionsschutz.
- Typische Schutzsysteme: Feuerverzinkung (für einige Komponenten), Barriereschichten (Epoxidprimer, Polyurethanoberflächen), kathodischer Schutz für Offshore-Strukturen und opferanodische Korrosionszulagen im Design.
- Metallverlustquoten, Wartungshäufigkeit und Auswahl des Beschichtungssystems hängen von der Umgebung ab (marine Spritzwasser, atmosphärisch, in Meerwasser eingetaucht).
- Die PREN-Formel (für rostfreie Bewertung) ist für diese nicht rostfreien Stähle nicht anwendbar, aber zur Referenz: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Die Verwendung von PREN ist nur sinnvoll, wenn rostfreie Legierungen bewertet werden.
7. Fertigung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Formen: Mit moderater Streckgrenze und anständiger Duktilität können beide Güten gewalzt, gebogen und gepresst werden; die Biegeradien müssen die Dicke und die Anforderungen an die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen von EH36 berücksichtigen.
- Bearbeitbarkeit: HSLA-Stähle sind weniger bearbeitbar als einfache Kohlenstoffstähle aufgrund von Mikrolegierung und höherer Festigkeit. Der Werkzeugverschleiß ist moderat höher; normale Bearbeitungsparameter und Hartmetallwerkzeuge sind typisch.
- Schneiden: Thermisches Schneiden (Sauerstoffbrennstoff, Plasma) ist für Platten üblich; minimieren Sie die HAZ-Größe und führen Sie nach dem Schneiden eine Schleif-/Strahlbehandlung zum Korrosionsschutz durch.
- Oberflächenbearbeitung: Schleifen und Oberflächenvorbereitung folgen den Standardpraktiken; EH36 kann zusätzliche Aufmerksamkeit erfordern, um lokalisierte Kaltverformung zu vermeiden, die die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen beeinträchtigen könnte.
8. Typische Anwendungen
| DH36 – Typische Anwendungen | EH36 – Typische Anwendungen |
|---|---|
| Rumpfverkleidungen und Deckplatten für Schiffe, die in gemäßigten bis kalten Klimazonen betrieben werden (Einsatz bis etwa −20°C) | Rumpf- und Strukturverkleidungen für Schiffe oder Offshore-Einheiten, die für den polaren/subarktischen Einsatz vorgesehen sind (Einsatz bis etwa −40°C) |
| Offshore-Oberseiten und sekundäre Strukturmitglieder, wo moderate Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ausreichend ist | Kritische Strukturmitglieder, Stützen und bei niedrigen Temperaturen schlagempfindliche Komponenten in arktischen Offshore-Plattformen |
| Frachtdecks, Schotten und allgemeine Strukturplatten, wo Kosteneffizienz und Standard-Schweißpraktiken priorisiert werden | Strukturen, bei denen strengere Qualifikationen und Zähigkeitstests erforderlich sind; Bereiche mit strengen Kerbzähigkeitszertifizierungen |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie basierend auf der Entwurfstemperatur, der erforderlichen Schlagenergie bei dieser Temperatur, der Dicke (dicke Platten sind schwieriger mit einheitlicher Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu produzieren) und den Wartungsplänen für den Lebenszyklus.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Relativer Preis: EH36 ist typischerweise moderat teurer als DH36 aufgrund strengerer Verarbeitung, engerer Chemiekontrolle und zusätzlicher Tests zur Gewährleistung der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen.
- Verfügbarkeit: Beide Güten sind in Plattenform von großen Werken weit verbreitet erhältlich; jedoch können sehr dicke EH36-Platten oder spezifische Dicken-/Breitenkombinationen weniger häufig vorrätig sein und längeren Lieferzeiten unterliegen.
- Produktformen: Platte ist die dominierende Form. Die Verfügbarkeit von maßgeschneiderten, vorgefertigten Abschnitten oder zertifizierten Werksprüfberichten sollte bei der Beschaffung bestätigt werden.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
Zusammenfassungstabelle (qualitativ):
| Merkmal | DH36 | EH36 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Gut (Standard-HSLA-Praktiken) | Gut, erfordert jedoch möglicherweise strengere Schweißkontrollen für dicke Abschnitte |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Hohe Festigkeit mit guter Zähigkeit bei moderaten niedrigen Temperaturen | Ähnliche statische Festigkeit, höhere zertifizierte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen |
| Kosten | Niedriger | Höher (aufgrund von Verarbeitung und Tests) |
Empfehlung: - Wählen Sie DH36, wenn: die Struktur in gemäßigten oder mäßig kalten Umgebungen betrieben wird (Entwurfstemperatur etwa −20°C oder höher), wenn Kosten und Standard-Fertigungsverfahren Priorität haben und wenn die beteiligten Dicken innerhalb der Bereiche liegen, die die Zähigkeitsgrenzen nicht herausfordern. - Wählen Sie EH36, wenn: die Struktur sehr niedrigen Temperaturen (arktischer oder subarktischer Einsatz) ausgesetzt ist, wenn regulatorische oder klassifikatorische Anforderungen eine höhere Kerbzähigkeit bei niedrigeren Temperaturen vorschreiben oder wenn kritische geschweißte Details garantierte Zähigkeitsreserven erfordern, trotz dickerer Abschnitte.
Letzte Anmerkung: DH36 und EH36 gehören zur gleichen Familie von HSLA-Schiffsstählen und sind oft austauschbar für viele Festigkeitsanforderungen, aber die Wahl wird durch die spezifizierte Schlagtemperatur, die Verarbeitungssteuerungen und die Inspektionsanforderungen bestimmt. Für jede kritische Anwendung sollten immer die geltenden Normen und Werkstoffzertifikate überprüft und die Schweißverfahren sowie Prüfabläufe an die Projektspezifikation angepasst werden.