L245 vs L290 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

L245 und L290 sind zwei häufig referenzierte niedriglegierte Baustahlgüten, die in Bauwesen, Brückenbau, Schiffbau, schwerer Fertigung und allgemeinen Struktur-Anwendungen verwendet werden. Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner, die diese beiden Güten abwägen, berücksichtigen typischerweise konkurrierende Prioritäten wie die Mindeststreckgrenze im Vergleich zur Schweißbarkeit, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu Materialkosten und die Notwendigkeit einer höheren Härtbarkeit im Vergleich zur Verarbeitungsfreundlichkeit.

Der primäre praktische Unterschied zwischen den beiden ist ihre spezifizierte Mindeststreckgrenze: L290 erfordert ein höheres garantiertes Streckniveau als L245. Dieser Unterschied wird normalerweise durch Legierungsstrategien und Verarbeitungsentscheidungen (Mikrolegerung, kontrollierter Kohlenstoff- und Mangangehalt sowie thermo-mechanische Verarbeitung) erreicht, die wiederum die Härtbarkeit, Zähigkeit und Verhaltensweise bei der Verarbeitung beeinflussen. Da beide Güten für ähnliche strukturelle Rollen verwendet werden, vergleichen Designer sie häufig, wenn sie Platten, gewalzte Profile und geschweißte Komponenten spezifizieren, bei denen der Kompromiss zwischen Festigkeit und Verarbeitungsfreundlichkeit von Bedeutung ist.

1. Normen und Bezeichnungen

• Typische Normen, in denen L-Stil-Bezeichnungen erscheinen: nationale und regionale Normen für Baustähle und Druckgeräte. Die genaue Bezeichnung und die chemischen/mechanischen Anforderungen sollten mit der geltenden Norm oder dem Werkszertifikat für die Lieferregion überprüft werden.
• Klassifizierung: Sowohl L245 als auch L290 sind niedriglegierte oder kohlenstoffhaltige Baustähle (nicht rostfrei, keine Werkzeugstähle). Sie werden oft mit warmgewalzten Baustählen gruppiert, die für allgemeine geschweißte und genietete Konstruktionen vorgesehen sind.
• Allgemein relevante Normen und Dokumente, die für spezifische Anforderungen konsultiert werden sollten:
• EN/europäische Normen für Baustähle (lokale normative Bezeichnung überprüfen)
• Nationale Normen (z. B. GB, JIS, ASTM/ASME können funktionale Äquivalente, aber unterschiedliche Namen bieten)
• Lieferanten-Werksblätter und Käufer-Spezifikationen (PSL, API usw.)

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die Güten L245 und L290 sind nicht durch eine einzige einzigartige Chemie definiert, sondern durch ein erlaubtes Chemiefenster und Ziele für mechanische Eigenschaften. Die folgende Tabelle gibt indikative, repräsentative Zusammensetzungsbereiche und die typische Rolle jedes Elements an. Diese Zahlen sind Richtwerte; konsultieren Sie die geltende Spezifikation und das Werkszertifikat für die genaue Zusammensetzung.

Wie die Legierung die Eigenschaften beeinflusst: - Eine Erhöhung des Kohlenstoff- und Mangangehalts erhöht die Streck- und Zugfestigkeiten sowie die Härtbarkeit, kann jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit verringern, es sei denn, dies wird durch Mikrolegerung oder kontrollierte Verarbeitung ausgeglichen. - Mikrolegerung (Nb, V, Ti) ermöglicht höhere Festigkeiten bei niedrigerem Kohlenstoffgehalt durch Ausscheidungsstärkung und Kornverfeinerung – vorteilhaft, um die Schweißbarkeit und Zähigkeit besser zu halten als äquivalente C–Mn-Stähle, die nur durch Kohlenstoff verstärkt sind. - L290 wird im Allgemeinen durch eine etwas stärkere Legierungs- und/oder thermo-mechanische Verarbeitungsroute im Vergleich zu L245 erreicht, was eine höhere Mindeststreckgrenze ohne übermäßige Erhöhung des Kohlenstoffs erzeugt.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen und Verarbeitungsreaktionen für beide Güten: - Warmgewalzt/normiert: Ferrit–Perlit mit möglichen bainitischen Fraktionen, abhängig von Kühlung und Legierung. Normalisieren verfeinert die Ferritkornstruktur und verbessert die Zähigkeit. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): erzeugt feinkörnigen Ferrit und lokal umgewandelte Bainit/vergütete Martensit-Taschen, die gleichzeitig die Streckgrenze und Zähigkeit erhöhen – dieser Weg wird häufig verwendet, um höhere Streckgüten wie L290 zu erreichen, ohne hohen Kohlenstoff. - Abschrecken & Vergüten (Q&T): nicht typisch für Standard-L-Serie-Baustähle, es sei denn, spezielle mechanische Eigenschaften sind erforderlich; Q&T erhöht die Festigkeit, jedoch auf Kosten einer erhöhten Verarbeitungscomplexität und einer potenziellen Verringerung der Duktilität, wenn übervergütet oder wenn der Kohlenstoffgehalt hoch ist. - Wärmebeeinflusste Zone (HAZ): In geschweißten Strukturen sind die HAZ-Eigenschaften empfindlich gegenüber dem Kohlenstoffäquivalent und dem Mikrolegerungsgehalt; mikrolegerte TMCP-Stähle neigen dazu, ein günstigeres HAZ-Verhalten zu haben als hochkohlenstoffhaltige Stähle mit äquivalenter Nennfestigkeit.

Vergleichende Anmerkungen: - L245, mit seinem niedrigeren Festigkeitsziel, ist oft durch konventionelles Walzen oder leichtes TMCP erreichbar, was überwiegend Ferrit–Perlit mit guter Duktilität ergibt. - L290 verlässt sich häufiger auf TMCP und Mikrolegerung, um eine höhere Streckgrenze bei gleichzeitiger Beibehaltung der Zähigkeit zu erreichen; die Mikrostruktur wird feinere Körner und einen höheren Anteil an verstärkenden Bestandteilen aufweisen.

4. Mechanische Eigenschaften

Die definitiven mechanischen Anforderungen müssen aus der geltenden Norm oder dem Werkszertifikat entnommen werden. Der einzige zuverlässige Unterscheidungsfaktor in der Bezeichnung ist die Mindeststreckgrenze.

Interpretation: - L290 liefert eine höhere garantierte Streckgrenze; das ist die Grundlage für die Auswahl, wenn das Design höhere zulässige Spannungen oder dünnere Abschnitte für dieselbe Last erfordert. - Zähigkeit und Duktilität können vergleichbar sein, wenn L290 durch modernes TMCP und Mikrolegerung produziert wird; wenn höhere Festigkeit durch Erhöhung des Kohlenstoffs erreicht wird, leidet die Zähigkeit und Schweißbarkeit.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffäquivalent (CE) und der Anwesenheit von Legierungselementen ab, die die Härtbarkeit fördern.

Gemeinsame empirische Indizes: - IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - International 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: - Niedrigeres $CE_{IIW}$ und niedrigeres $P_{cm}$ verbessern die Flexibilität bei der Auswahl von Vorwärmung/Verbrauchsmaterialien und verringern das Risiko von HAZ-Rissen. - L245, mit seinem niedrigeren Streckziel, hat oft ein niedrigeres Kohlenstoffäquivalent und ist daher tendenziell einfacher zu schweißen mit weniger Vorwärmung als L290, wenn letzterer höhere Festigkeit durch höheren Legierungsgehalt erreicht. - Wenn L290 durch Mikrolegerung und TMCP anstelle von höherem Kohlenstoff produziert wird, kann die Schweißbarkeit akzeptabel bleiben; jedoch kann eine leicht höhere Vorwärmung oder ein kontrolliertes Schweißverfahren je nach Dicke dennoch empfohlen werden. - Konsultieren Sie immer qualifizierte Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) und führen Sie HAZ- und PWHT-Bewertungen für kritische Fertigungen durch.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Diese beiden Güten sind nicht rostfreie Kohlenstoff/niedriglegierte Stähle. Sie bieten keinen intrinsischen Korrosionsschutz über den gewöhnlicher Baustähle hinaus.
• Standard-Schutzstrategien: Beschichtungen (Epoxid, Polyurethan), Feuerverzinkung, Metallisierung oder opferanoden Beschichtungen, abhängig von Umgebung und Lebensdauer.
• Rostfreie Indizes wie PREN sind nicht auf L-Serie-Baustähle anwendbar: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Die Verwendung von PREN ist nur relevant, wenn rostfreie Legierungen bewertet werden; für L245/L290 ist der Korrosionsschutz eine Funktion des externen Schutzes und der Umweltkontrolle.
• Bei der Spezifikation für aggressive Umgebungen (marine Spritzer, chemisch) sollten Korrosionszulagen, Schutzbeschichtungen oder die Auswahl rostfreier oder korrosionsbeständiger Legierungen in Betracht gezogen werden.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Zerspanbarkeit: Im Allgemeinen vergleichbar mit anderen niedriglegierten Stählen. Höhere Streckgüten können aufgrund der erhöhten Festigkeit und der potenziellen Verfestigung etwas schwieriger zu bearbeiten sein; Werkzeuge und Vorschübe sollten angepasst werden.
• Formbarkeit und Biegen: L245 ermöglicht typischerweise etwas einfacheres Kaltformen und engere Biegeradien für die gleiche Dicke im Vergleich zu L290. Für L290 sollten die Biegebeanspruchungen gemäß den Vorgaben des Lieferanten begrenzt und bei Bedarf geeignete Wellen/Glühen verwendet werden.
• Schneiden und thermische Verarbeitung: Sauerstoffbrennstoff-, Plasma- und Laserschneiden sind üblich; höherer Legierungsgehalt oder dickere Abschnitte können die Schneideinstellungen und Schlacke beeinflussen.
• Oberflächenvorbereitung und Schweißzusätze: Für beide Güten sollten die Empfehlungen des Lieferanten für Vorwärmung, Interpass-Temperatur und Auswahl des Füllmetalls befolgt werden, um die Zähigkeit zu erhalten und HAZ-Probleme zu vermeiden.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie L245 für niedrigere Kosten, einfachere Verarbeitung und wenn die Entwurfslasten mit einer niedrigeren Streckgrenze erfüllt werden. - Wählen Sie L290, wenn die Entwurfsanforderungen eine höhere Streckgrenze erfordern, um die Abschnittsgröße oder das Gewicht zu reduzieren, oder wenn eine höhere Sicherheitsmarge erforderlich ist – vorausgesetzt, die Schweißverfahren und Zähigkeitsziele können erfüllt werden.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: L290 ist im Allgemeinen teurer als L245 pro Masseneinheit aufgrund strengerer Verarbeitungsstandards, Mikrolegerung oder zusätzlicher Wärmebehandlungen, die erforderlich sind, um höhere Streckgrenzen zu garantieren. Allerdings kann die Kosten pro funktioneller Leistung (z. B. Kosten pro Einheit Tragfähigkeit) für L290 günstig sein, wenn die Abschnittsreduktion die Materialkosten ausgleicht.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind kommerziell von großen Stahlwerken und Servicezentren erhältlich, insbesondere in Platten- und gewalzter Form. Lieferzeiten und angebotene Formen (Platten, Coils, strukturelle Formen) hängen von der regionalen Produktion und Nachfrage ab; L245 ist normalerweise in allgemeinen Baustellenversorgungsketten häufiger anzutreffen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Empfehlung: - Wählen Sie L245, wenn Sie die Verarbeitungsfreundlichkeit, niedrigere Materialkosten priorisieren und Ihr strukturelles Design die Lastanforderungen mit einer Streckgrenze von 245 MPa erfüllen kann. L245 ist eine solide Wahl für den allgemeinen Bau und für Komponenten, bei denen umfangreiche Schweiß- und Formarbeiten erforderlich sind, ohne aggressive Festigkeitsanforderungen. - Wählen Sie L290, wenn Sie eine höhere garantierte Streckgrenze benötigen, um die Abschnittsgröße oder das Gewicht zu reduzieren, oder um die zulässigen Spannungen in strukturellen Berechnungen zu erhöhen. L290 ist geeignet, wo höhere Festigkeit erforderlich ist, während gleichzeitig eine gute Zähigkeit durch moderne Verarbeitung (TMCP und Mikrolegerung) beibehalten wird. Stellen Sie sicher, dass geeignete Schweißverfahren, Vorwärmung und Tests für dicke Abschnitte oder kritische Anwendungen spezifiziert sind.

Letzte Anmerkung: Geben Sie immer die geltende Norm, erforderliche Schlagprüftemperaturen, Materialdickenbeschränkungen und Qualifikationen der Schweißverfahren in den Beschaffungsunterlagen an. Überprüfen Sie die Chemie und mechanischen Eigenschaften anhand des Werkszertifikats und der auftragsbezogenen Anforderungen vor der Produktion oder der kritischen Entwurfsannahme.