L290 vs L360 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
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Einleitung
Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen bei der Spezifikation von Baustahl für Rahmen, Brücken, Offshore-Strukturen und Schwerfertigung häufig vor der Wahl zwischen L290 und L360. Die Entscheidung basiert meist auf einem Abwägen zwischen höherer Festigkeit und guter Umformbarkeit sowie Schweißbarkeit: hochfeste Legierungen ermöglichen geringere Querschnittsabmaße und Gewichte, erfordern jedoch oft strengere Fertigungskontrollen und sind mit höheren Kosten verbunden.
Der grundlegende Unterschied zwischen L290 und L360 liegt in der garantierten Mindestfestigkeit: L360 bietet eine höhere Streckgrenzenklasse als L290. Da diese Festigkeitssteigerung in der Regel durch Legierungsentwicklung und thermomechanische Behandlung erreicht wird, werden die beiden Güten routinemäßig hinsichtlich Zähigkeit, Schweißbarkeit, Fertigung und Kosten gegeneinander abgewogen.
1. Normen und Bezeichnungen
- Häufig genutzte Normen und Systeme, die von Ingenieuren herangezogen werden:
- EN / ISO (europäische / internationale Baustahlnormen)
- ASTM / ASME (US-amerikanische Werkstoffspezifikationen; andere Nomenklatur)
- JIS (japanische Industriestandards)
- GB (chinesische nationale Normen)
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Nationale Schiffsbau- oder Rohrleitungsnormen, die „L“-Präfixe für lineare Streckgrenzenklassen verwenden
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Klassifikation:
- L290 und L360 sind niedriglegierte Baustähle bzw. hochfeste niedriglegierte Stähle (HSLA), keine Edelstahl-, Werkzeug- oder hochlegierten Stähle.
- Sie werden üblicherweise über die Mindeststreckgrenze (MPa) und die Produktform (Blech, Platte, Profil oder Hohlprofil) spezifiziert.
- Hinweis: Die Bezeichnung „L“ steht in einigen nationalen oder spezifischen Systemen für Mindeststreckgrenzen und nicht für eine einheitliche chemische Zusammensetzung; exakte Grenzwerte können je nach Anbieter und Norm variieren.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Nachfolgend eine repräsentative Zusammensetzungstabelle für Stähle der Klasse 290–360 MPa Streckgrenze. Dies sind typische Bereiche für moderne HSLA-/Baustähle; genaue Grenzwerte sind in den jeweiligen Normen oder Walzzertifikaten zu finden.
| Element | Typischer Bereich (Gew.-%, repräsentativ für L290–L360 HSLA-Stähle) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0,06 – 0,18 |
| Mn (Mangan) | 0,3 – 1,5 |
| Si (Silizium) | 0,02 – 0,6 |
| P (Phosphor) | ≤ 0,035 (kontrolliert auf niedrige ppm) |
| S (Schwefel) | ≤ 0,035 (oft ≤ 0,010 in schwefelarmen Qualitäten) |
| Cr (Chrom) | 0 – 0,5 |
| Ni (Nickel) | 0 – 0,5 |
| Mo (Molybdän) | 0 – 0,5 |
| V (Vanadium) | 0 – 0,12 |
| Nb (Niob) | 0 – 0,08 |
| Ti (Titan) | 0 – 0,02 |
| B (Bor) | 0 – 0,003 |
| N (Stickstoff) | 0,005 – 0,020 |
Einfluss der Legierungselemente auf die Eigenschaften - Kohlenstoff und Mangan steuern hauptsächlich Festigkeit und Härtbarkeit; ein höherer C-Gehalt erhöht die Festigkeit, vermindert jedoch Schweißbarkeit und Duktilität. - Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) bewirken Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung, ermöglichen höhere Streckgrenzen bei niedrigem Kohlenstoffgehalt und verbessern die Zähigkeit. - Kleine Mengen Cr, Ni und Mo erhöhen Härtbarkeit und Festigkeit ohne große Kohlenstofferhöhungen; sie beeinflussen zudem das Anlassen. - Bor in sehr niedrigen ppm verbessert die Härtbarkeit durch Ausscheidung an Austenitkorngrenzen bei sorgfältiger Kontrolle. - Die Kontrolle von P, S und N ist entscheidend für Zähigkeit und Schweißbarkeit.
3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsverhalten
Typische Mikrostrukturen - L290: ausgelegt, um ein ausgewogenes Verhältnis von Duktilität und Festigkeit zu erreichen. Die typische als gewalzte / normalisierte Mikrostruktur zeigt Ferrit-Perlit oder feines Ferrit mit dispergiertem Bainit, abhängig von Kühlrate und Legierungsgehalt. - L360: Um die höhere Mindeststreckgrenze zu erreichen, werden Mikrolegierungen (Nb, V) sowie kontrolliertes Walzen oder thermomechanische Behandlung eingesetzt, um feineres Ferrit, Bainit oder eine Mischmikrostruktur aus Ferrit und Bainit zu erzeugen. Die gesteigerte Härtbarkeit führt zu einem größeren Anteil bainitischer Mikrobestandteile.
Reaktion auf Verarbeitungswege - Normalisieren: erhöht die Zähigkeit durch Erzeugung einer feinkörnigen, homogenen Gefügeausbildung; beide Güten profitieren davon, bei L360 sind allerdings strengere Kühlkontrollen erforderlich, um eine übermäßige Härte zu vermeiden. - Abschrecken & Anlassen (Q&T): für grundlegende Baustahlprodukte eher unüblich, aber möglich, wenn höhere Kombinationen aus Festigkeit und Zähigkeit gefragt sind – Q&T erzeugt martensitisch-angelassene Gefüge mit höherer Festigkeit, jedoch bei erhöhtem Bearbeitungsaufwand. - Thermo-mechanische kontrollierte Walzbehandlung (TMCP): weit verbreitet bei L360, um höhere Streckgrenzen über Kornverfeinerung und Ausscheidungshärtung ohne große Kohlenstofferhöhung zu erreichen — verbessert Zähigkeit und Schweißbarkeit gegenüber konventionellen kohlenstoffgehärteten Stählen.
4. Mechanische Eigenschaften
Der wesentliche, garantierte Unterschied liegt in der Mindeststreckgrenze. Absolute Werte hängen von der jeweiligen Norm, Produkttoleranz und Wärmebehandlung ab.
| Eigenschaft | L290 (typisch/nominell) | L360 (typisch/nominell) |
|---|---|---|
| Mindeststreckgrenze (MPa) | ~290 MPa (Auslegungsstahlklasse) | ~360 MPa (Auslegungsstahlklasse) |
| Zugfestigkeit (MPa) | Variiert je nach Dicke/Verarbeitung; typisch im unteren bis mittleren Bereich für Baustähle | Typisch höher als bei L290 für gleiche Produktform |
| Dehnung (%) | Im Allgemeinen höher als bei L360 bei gleicher Dicke | Durch höhere Festigkeit meist geringer als bei L290 |
| Kerbschlagzähigkeit (Charpy) | Gut bei Raum- und niedrigen Temperaturen, wenn spezifiziert und kontrolliert | Kann L290 entsprechen, erfordert kontrollierte Chemie und Verarbeitung |
| Härte (HB) | Im Durchschnitt niedriger | Im Durchschnitt höher |
Interpretation - L360 ist aufgrund der Auslegung stärker; diese Festigkeitssteigerung wird häufig durch Mikrolegierung und thermomechanische Behandlung erzielt, nicht durch große Kohlenstoffzunahme. Daher bietet L360 höhere Festigkeit bei akzeptabler Zähigkeit, jedoch sind Duktilität und Umformbarkeit gegenüber L290 meist reduziert. - Für Anwendungen mit Fokus auf Verformungsfähigkeit und Kaltumformung wird L290 oft bevorzugt. Für gewichtsoptimierte Konstruktionen oder höhere Tragfähigkeiten ermöglicht L360 dünnere Querschnitte oder Materialeinsparungen.
5. Schweißbarkeit
Schlüsselfaktoren: Kohlenstoffgehalt, Kohlenstoffäquivalent und Mikrolegierung.
Übliche Formel für das Kohlenstoffäquivalent (zur qualitativen Bewertung der Schweißbarkeit): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
Eine umfassendere Gleichung: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Bewertung - Da Hersteller typischerweise den Kohlenstoffgehalt in beiden Klassen niedrig halten und Mikrolegierungen zur Erhöhung der Streckgrenze einsetzen, sind beide Güten mit geeigneter Vorwärmung, Zwischenlagentemperatur und Fülldrahtauswahl in der Regel gut schweißbar. - L360 mit höherer Härtbarkeit (bedingt durch Mn, Mikrolegierungen oder kleine Legierungszugaben) ist empfindlicher gegenüber wasserstoffinduzierten Kalt-Rissen und kann höhere Vorwärmtemperaturen oder kontrollierte Abkühlung erfordern, um Martensitbildung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) zu vermeiden. - Die Verwendung von wasserstoffarmen Schweißzusätzen, passende Vorwärm-/Zwischenlagentemperaturen sowie gegebenenfalls eine Nachbehandlung (vertraglich bzw. normgerecht) verringert das Risiko von Rissen. - Für die Auswahl zulässiger Schweißverfahren sollte stets das $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ anhand der Zusammensetzung des Walzzertifikats berechnet bzw. abgeschätzt werden.
6. Korrosionsschutz und Oberflächenschutz
- Diese Güten sind keine Edelstähle; die Korrosionsbeständigkeit hängt vom Einsatzumfeld und der Oberflächenbehandlung ab.
- Typische Schutzmaßnahmen:
- Feuerverzinkung zum atmosphärischen Korrosionsschutz.
- Lacksysteme (Zinkphosphate, Epoxidharze, Polyurethane) für Langzeitschutz.
- Metallurgische Beschichtungen (Thermisches Spritzen) für Abrieb und Korrosion.
- Der PREN-Wert (Pitting Resistance Equivalent Number) ist auf Kohlenstoff- und HSLA-Stähle nicht anwendbar, da er für Edelstähle genutzt wird: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Bei L290 und L360 erfolgt der Korrosionsschutz üblicherweise durch Korrosionszuschlag oder Schichtschutz; die Auswahl ist abhängig vom Einsatzumfeld (marine, industrielle, chemische Belastung).
7. Fertigung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit
- Trennen: Plasma-, Autogen- und Laserschneiden sind bei beiden Güten Standardverfahren; bei dickeren L360-Querschnitten ist auf Randhärtung bei schnellem Schneiden mehr zu achten.
- Zerspanbarkeit: Die niedrigeren Kohlenstoff- und mikrolegierten Zusammensetzungen bieten eine mäßige Zerspanbarkeit; L360 (höhere Festigkeit) lässt sich im Allgemeinen etwas schwerer bearbeiten als L290 – Werkzeugverschleiß und Schnittkräfte nehmen zu.
- Umformbarkeit und Biegen: L290 zeigt bei gleicher Dicke bessere Biegeeignung und Kaltumformfähigkeit. L360 erfordert größere Biegeradien, höheren Biegekräften und bei starken Umformungen unter Umständen Zwischenanlöten.
- Oberflächenveredelung und Schweißvorbereitung sind vergleichbar; bei L360 sind genauere Fügekontrollen erforderlich, um lokalisierte Verformungskonzentrationen zu vermeiden.
8. Typische Anwendungen
| L290 — Typische Einsatzbereiche | L360 — Typische Einsatzbereiche |
|---|---|
| Allgemeine Stahlbauarbeiten (leichte bis mittlere Belastungen) | Schwerere Bauteile mit höherer Tragfähigkeit oder reduzierter Querschnittsdicke |
| Bauteile im Hochbau, Unterrahmen und Sekundärstahlbau | Brücken, schwere Kräne, Hauptträger und Tragstrukturen für Offshore-Plattformen |
| Landwirtschaftliche Geräte, allgemeine Fertigung | Schiffsschalenplattierung, drucktragende Stahlabschnitte mit höherem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis |
| Anwendungen, bei denen Umformbarkeit und kostengünstige Fertigung im Vordergrund stehen | Fertigungsteile, bei denen Gewichtseinsparungen, höhere zulässige Spannungen oder verbesserte Spannweiten entscheidend sind |
Auswahlkriterien - Wählen Sie L290, wenn Fertigungsgeschwindigkeit, Umformbarkeit und Kostensensitivität wichtiger sind als der Vorteil kleinerer Querschnitte. - Wählen Sie L360, wenn strukturelle Effizienz, Gewichtsreduzierung oder höhere zulässige Spannungen Priorität haben und das Fertigungsteam striktere Schweiß- und Umformkontrollen umsetzen kann.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Kosten: L360 ist in der Regel teurer als L290 aufgrund zusätzlicher Legierungssteuerung, thermomechanischer Behandlung und strengerer Qualitätskontrollen. Der Preisunterschied variiert mit den Marktbedingungen und der Produktform.
- Verfügbarkeit: Beide Güten werden weit verbreitet als Platten, Coils und Profile hergestellt, die lokale Verfügbarkeit hängt jedoch von den Werkskapazitäten ab. L290 ist oft in allgemeinen Stahlbaumärkten gebräuchlicher; L360 ist häufiger bei Werken anzutreffen, die auf den schweren Bau, Brückenbau und Offshore-Markt ausgerichtet sind.
- Lieferzeiten können bei L360 insbesondere bei Großmengen- oder Dickblechaufträgen zunehmen, insbesondere wenn spezielle Zähigkeits- oder chemische Vorgaben einzuhalten sind.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Kriterium | L290 | L360 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Gut – nachsichtiger aufgrund niedrigerer Härtbarkeit | Gut bei Kontrolle – höhere Härtbarkeit im Wärmeeinflussbereich erfordert strengere Verfahren |
| Festigkeits-Zähigkeits-Verhältnis | Mittlere Festigkeit mit vergleichsweise höherer Duktilität | Höhere Festigkeit mit guter Zähigkeit bei korrekter Verarbeitung |
| Kosten | Niedriger (allgemeine Baustahlqualität) | Höher (HSLA-Verarbeitung und Kontrollen) |
Empfehlung - Wählen Sie L290, wenn Sie einen kostengünstigen, leicht umformbaren und schweißbaren Baustahl für mittlere Traglasten benötigen, bei dem Duktilität und einfache Fertigung Priorität haben. - Wählen Sie L360, wenn Sie eine höhere garantierte Streckgrenze zur Querschnitts- oder Gewichtsreduzierung benötigen und kontrollierte Schweiß- und Umformverfahren sowie eventuell höhere Materialkosten für strukturelle Effizienz akzeptieren können.
Abschließender Hinweis: Prüfen Sie stets das Werkszeugnis des Lieferanten sowie die gültige Norm oder Spezifikation für die genauen chemischen Grenzwerte, mechanischen Garantien, dickeabhängige Daten und Schweißeignungsempfehlungen. Bei Unsicherheiten sollten spezifische Zusammensetzungs- und Wärmebehandlungsnachweise angefordert sowie anwendungsspezifische Schweißbarkeits- und Zähigkeitstests durchgeführt werden.