EH36 vs FH36 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
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Einführung
EH36 und FH36 sind hochfeste Schiffbaustähle, die häufig für Rumpf- und Strukturteile spezifiziert werden, wo ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit erforderlich ist. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig Kompromisse ab, wie z. B. Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu Kosten, Schweißbarkeit im Vergleich zu zulässiger Dicke und Fertigungserleichterung im Vergleich zu Leistung im Einsatz, wenn sie zwischen den beiden wählen.
Die wesentliche praktische Unterscheidung, die in der Industrie auftritt, ist, wie jede Sorte in sehr dicken Plattenabschnitten und unter anspruchsvollen Bedingungen bei niedrigen Temperaturen abschneidet. Da beide hochfeste, niedriglegierte (HSLA) Stähle sind, die für marine Strukturen entwickelt wurden, werden sie häufig nebeneinander verglichen, wenn schwere Platten für primäre Rumpfmitglieder, Offshore-Strukturen und andere kritische Fertigungen spezifiziert werden. Die genaue Zusammensetzung und mechanischen Garantien variieren je nach Spezifikation und Werk, daher sollte die Auswahl auf dem relevanten Code und den Werkprüfzertifikaten basieren.
1. Standards und Bezeichnungen
- Häufige Spezifikationskontexte, in denen EH36 und FH36 erscheinen:
- Klassifikationsgesellschaften und Schiffbauregeln (z. B. ABS, DNV/GL, Lloyd’s Register).
- Nationale und internationale Stahl-/Produktstandards und Äquivalente (Beispiele sind ASTM/ASME Schiffbaukategorien, EN, JIS und verschiedene GB-Standards). Exakte Querverweise hängen von der Behörde und der Produktform (Platte, Coil) ab.
- Materialtyp: sowohl EH36 als auch FH36 sind hochfeste, niedriglegierte (HSLA) Kohlenstoffstähle, die für den marinen Struktureinsatz maßgeschneidert sind (keine rostfreien oder Werkzeugstähle). Sie sind keine rostfreien Stähle und benötigen einen Oberflächenschutz für Korrosionsbeständigkeit.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Die folgende Tabelle gibt typische Zusammensetzungsbereiche an, die häufig in Schiffbau-HSLA-Qualitäten der „36“-Serie zu sehen sind. Dies sind illustrative Bereiche; Werkzertifikate und die kontrollierende Spezifikation sollten für projektkritische Werte konsultiert werden.
| Element | Typischer Bereich, EH36 (Gew%) | Typischer Bereich, FH36 (Gew%) |
|---|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 | 0.08 – 0.20 |
| Mn | 0.70 – 1.60 | 0.70 – 1.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 (max) | ≤ 0.035 (max) |
| S | ≤ 0.035 (max) | ≤ 0.035 (max) |
| Cr | 0.00 – 0.30 | 0.00 – 0.30 |
| Ni | 0.00 – 0.50 | 0.00 – 0.50 |
| Mo | 0.00 – 0.10 | 0.00 – 0.10 |
| V | trace – 0.08 | trace – 0.08 |
| Nb (Nb/Ta) | trace – 0.06 | trace – 0.06 |
| Ti | trace – 0.02 | trace – 0.02 |
| B | trace (ppm) | trace (ppm) |
| N | ≤ 0.012 (typisch) | ≤ 0.012 (typisch) |
Hinweise: - Beide Sorten basieren auf Mikrolegierung (Nb, V, Ti) und kontrollierter Chemie, um eine feinkörnige Ferrit-Perlit/mikrolegierte ferritische Mikrostruktur zu erreichen, die eine hohe Streckgrenze mit akzeptabler Zähigkeit liefert. - Leichte chemische Variationen (z. B. engere Kontrolle von Schwefel, Verwendung von Mikrolegierungszusätzen oder kleinen Ni/Cr-Zusätzen) werden verwendet, um die Härtbarkeit, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und die Durchdickeneigenschaften für sehr dicke Platten anzupassen. - FH36-Formulierungen sind oft auf garantierte Eigenschaften in dickeren Abschnitten abgestimmt; EH36 kann mit Chemie und Verarbeitung produziert werden, die für verbesserte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Einsatz optimiert sind.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Typische Mikrostrukturen: - Beide Sorten werden produziert, um eine hauptsächlich feinkörnige ferritische Mikrostruktur mit verteiltem Perlit und Mikrolegierungsniederschlägen zu erzeugen. Die Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) verfeinern die Korngröße und bieten Niederschlagsverfestigung. - In warmgewalzten und thermomechanisch gewalzten (TMCP) Platten kann je nach Abkühlraten und Legierungsgehalt eine bainitische/ferritische Mischung auftreten.
Wärmebehandlung und Prozessrouten: - Normalisieren: kann verwendet werden, um die Korngröße zu verfeinern und die Gleichmäßigkeit in schweren Abschnitten zu verbessern, wird jedoch aufgrund der Kosten nicht immer für große Schiffplatten durchgeführt. - Härten & Anlassen: nicht typisch für Standard-EH36/FH36-Schiffplatten – diese sind hauptsächlich thermomechanisch verarbeitet und kontrolliert gewalzte Stähle, keine gehärteten und angelassenen Legierungsstähle. - Thermo-mechanische Kontrollverarbeitung (TMCP): üblich für beide Sorten, um hohe Festigkeit und gute Zähigkeit ohne zusätzliche Wärmebehandlung zu erreichen. TMCP bietet günstige Durchdickeneigenschaften in ordnungsgemäß kontrollierten Platten. - Sehr dicke Plattenrouten: für ultradicke Abschnitte sind kontrollierte Abkühlung und maßgeschneiderte Chemie (etwas weniger Kohlenstoff, Mikrolegierungsstrategie) entscheidend, um grobkörnige Bänder zu vermeiden und die Durchdickenzähigkeit aufrechtzuerhalten; FH36-Bezeichnungen und -Lieferungen sind häufig für diese Bedingungen optimiert.
4. Mechanische Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften hängen stark von der Plattendicke, dem Walzprozess und der kontrollierenden Spezifikation ab. Die folgende Tabelle fasst typische Zielbereiche und qualitative Trends zusammen, anstatt einzelner garantierter Zahlen – Projektspezifikationen und Werkprüfberichte müssen die Quelle der vertraglichen Werte sein.
| Eigenschaft | Typisches EH36 (typischer Bereich / Verhalten) | Typisches FH36 (typischer Bereich / Verhalten) |
|---|---|---|
| Streckgrenze (min) | ≈ 300–380 MPa (als hochfester HSLA ausgelegt; tatsächliches Minimum hängt von Spezifikation und Dicke ab) | ≈ 300–380 MPa (ähnliche nominale Werte; FH36 kann in schwereren Abschnitten bei ähnlichen Erträgen garantiert werden) |
| Zugfestigkeit | ≈ 460–620 MPa (hängt von Dicke und Verarbeitung ab) | ≈ 460–620 MPa |
| Dehnung (A%) | ≈ 18–26% (reduziert mit zunehmender Dicke) | ≈ 16–24% (dickere Platten können etwas niedrigere Dehnung zeigen) |
| Schlagzähigkeit (Charpy V-Kerbe) | Für niedrigere Temperaturen für EH-Qualitäten spezifiziert (verbesserte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen); typische Akzeptanzenergien hängen von Temperatur und Dicke ab | FH36 wird häufig für dickere Platten spezifiziert und qualifiziert, wo die Durchdickenschlagzähigkeit bei gleicher Temperatur niedriger sein kann – die Spezifikation steuert die Prüftemperatur/Energie |
| Härte | Typischerweise moderat (HB in typischen HSLA-Bereichen); nicht als primäres Akzeptanzkriterium verwendet | Ähnlich, angepasst, um übermäßige Härte zu vermeiden, die die Schweißbarkeit beeinträchtigen würde |
Interpretation: - Die Festigkeitsniveaus sind zwischen den beiden Sorten, wenn sie nach typischen Schiffbauspezifikationen produziert werden, weitgehend vergleichbar. Die wesentlichen Unterschiede liegen normalerweise in der garantierten Zähigkeit bei bestimmten Temperaturen und darin, wie die Eigenschaften durch sehr dicke Abschnitte aufrechterhalten werden. - EH36 wird oft mit verbesserter Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen in Verbindung gebracht; FH36 wird häufig ausgewählt, wenn konsistente Eigenschaften (einschließlich Zähigkeit und Festigkeit) in sehr dicken Platten garantiert werden müssen.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt, die kombinierte Legierung (Härtbarkeit), die Verunreinigungsniveaus (P, S) und die Mikrolegierungszusätze kontrolliert.
Nützliche empirische Indizes: - IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Internationaler Pcm-Index: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Sowohl EH36 als auch FH36 zielen auf relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt und kontrollierte Legierung ab, um $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ in Bereichen zu halten, die konventionelles Schweißen mit Vorwärmkontrollen unterstützen, wo erforderlich. - Mikrolegierung (Nb, V, Ti) erhöht leicht die Härtbarkeit und kann das Risiko von Rissbildung in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) erhöhen, wenn die Schweißverfahren nicht kontrolliert werden, insbesondere in dickeren Abschnitten. Deshalb können Vorwärm-, Interpass-Temperaturkontrollen und Strategien zur Nachbehandlung (PWHT) für sehr dicke FH36-Platten spezifiziert werden. - Für schwere/ultradicke Platten (oft ein Grund, FH36 zu wählen) erfordern die Schweißverfahrensspezifikationen typischerweise strengere Vorwärm-/Interpasskontrollen und Schweißzusätze, um die Zähigkeit der HAZ und die Restspannungen zu steuern.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Sowohl EH36 als auch FH36 sind einfache Kohlenstoff-/HSLA-Stähle (nicht rostfrei). Der Korrosionsschutz erfolgt durch Beschichtungen, kathodischen Schutz oder metallische Beschichtungen, je nach Bedarf.
- Typische Schutzstrategien:
- Feuerverzinkung (für einige Strukturkomponenten, obwohl nicht üblich für untergetauchte Rumpfbeschichtungen).
- Organische Beschichtungen (Epoxid-/Polyurethan-Systeme) und Primer-/Decklacksysteme, die für Schiffsrümpfe und Offshore-Strukturen verwendet werden.
- Kathodischer Schutz (opferanoden oder impressed current) für eingetauchte Strukturen.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist nur für rostfreie/ferritische rostfreie Stähle relevant: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Dies gilt nicht für EH36 oder FH36, da sie keine rostfreien Legierungen sind.
7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Bearbeitbarkeit: EH36 und FH36 sind nicht für hohe Bearbeitbarkeit ausgelegt; die Bearbeitbarkeit ist typisch für HSLA-Stähle – ausreichend mit korrektem Werkzeug und Schneidparametern. Etwas höhere Festigkeit oder harte Stellen in dickeren Platten können die Werkzeuglebensdauer verringern.
- Formbarkeit: Kontrolliertes Walzen/TMCP verbessert die Formbarkeit für Warm- und Kaltumformung im Vergleich zu gehärteten und angelassenen Stählen. Biege- und Formgrenzen nehmen mit zunehmender Dicke ab; FH36, das für sehr dicke Platten geliefert wird, kann höhere Kräfte und spezielle Biegeradien erfordern.
- Schneiden und Schweißen: Plasma- und Brennschneiden sind üblich. Das Schweißen erfordert geeignete Verbrauchsmaterialien, die den Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen der Platte entsprechen; Vorwärmen und Interpass-Temperaturkontrollen sind bei dicken FH36-Platten kritischer.
8. Typische Anwendungen
| EH36 — Typische Anwendungen | FH36 — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Rumpfplatten und Strukturteile, wo verbesserte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist (polare oder kaltes Wasser-Schiffe, Deckhäuser) | Sehr schwere Rumpfbeschichtungen, Schotten und primäre Strukturteile, wo große Plattendicken erforderlich sind und Durchdicken-Garantien kritisch sind |
| Platten, bei denen Schlagfestigkeit bei niedrigeren Temperaturen Priorität hat | Komponenten von Offshore-Plattformen und schwere Fertigungselemente, die konsistente Eigenschaften durch ultradicke Abschnitte erfordern |
| Bereiche, die gute Schweißbarkeit mit Zähigkeitsgarantien erfordern | Situationen, in denen der Fertigungsweg große Einzelplatten umfasst und wo spezifikationsgesteuerte Produktion für Dicke erforderlich ist |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie die Sorte, die den erforderlichen Mindestzähigkeitsgrad, garantierte Dickengrenzen und Schweißverfahrensfähigkeiten des Projekts erfüllt. Für Kaltwasser-Rümpfe sind EH36-ähnliche Spezifikationen attraktiv; für sehr schwere Platten mit engen Durchdickenanforderungen werden häufig FH36-ähnliche Lieferungen bevorzugt.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Relative Kosten: Beide Sorten gehören zur gleichen Familie; Preisunterschiede sind typischerweise gering und werden durch Plattendicke, Verarbeitung (TMCP, Normalisieren) und Zertifizierungs-/Testanforderungen bestimmt. Platten, die speziell für ultradicke Abschnitte gewalzt/kontrolliert werden (häufig FH36-Lieferungen), können einen Aufpreis haben aufgrund längerer Produktionsläufe, strengerer Tests und größerer Abfallbewirtschaftung.
- Verfügbarkeit: Häufige Schiffbaustähle (AH36/DH36/EH36-Varianten) sind weltweit von großen Werken weit verbreitet erhältlich. FH36-Typplatten, die für sehr große Dicken vorgesehen sind, können eine begrenztere Verfügbarkeit und längere Vorlaufzeiten haben – insbesondere für große Einzelpaneele oder Projekte, die spezifische mechanische Eigenschaftsgarantien durch Dicke erfordern.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Attribut | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Gut (niedriger C, kontrollierte Legierungen); optimiert für Standardfertigung | Gut, aber dickere Abschnitte können strengere Vorwärm-/PWHT-Kontrollen erfordern |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Hoher Zähigkeitsfokus, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen | Hohe Festigkeit mit Schwerpunkt auf Eigenschaftserhalt in sehr dicken Platten |
| Kosten | Typische HSLA-Preise; moderat abhängig von der Verarbeitung | Potentieller Aufpreis für ultradicke, speziell verarbeitete Platten |
Empfehlungen: - Wählen Sie EH36, wenn: Sie einen hochfesten Schiffbaustahl benötigen, der für Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und Standard- bis schweren Plattendicken optimiert ist, wo Schlagfestigkeit bei kälteren Einsatzbedingungen Priorität hat und wo routinemäßige Schweißverfahren akzeptabel sind. - Wählen Sie FH36, wenn: Ihre Anwendung sehr schwere oder ultradicke Platten mit garantierter Durchdickenfestigkeit und mechanischen Eigenschaften erfordert und Sie bereit sind, strengere Schweiß- und Fertigungskontrollen zu befolgen (und mögliche längere Vorlaufzeiten und zusätzliche Kosten zu akzeptieren).
Abschließende Hinweise: - Geben Sie immer den kontrollierenden Standard, den erforderlichen Dickenbereich, die Prüftemperaturen für Schlagzähigkeit und die Qualifikationen der Schweißverfahren in den Einkaufsunterlagen an. Werkzertifikate, einschließlich chemischer Analysen und mechanischer Prüfberichte, die aus der tatsächlichen Plattendicke entnommen wurden, sind unerlässlich, um zu überprüfen, dass das gelieferte Material den Leistungsanforderungen der gewählten Sorte entspricht.