L360 vs L390 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
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Einführung
L360 und L390 sind eng verwandte hochfeste Baustähle, die häufig spezifiziert werden, wenn Designer Stärke, Zähigkeit, Schweißbarkeit und Kosten abwägen. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Entscheidung, ob sie die etwas niedrigere, nachgiebigere Sorte (L360) oder das schrittweise stärkere L390 bei der Konstruktion von tragenden Komponenten, geschweißten Baugruppen oder gefertigten Strukturen verwenden.
Der wesentliche technische Unterschied ist eine moderate, gezielte Erhöhung der Streckgrenze (und oft auch der Zugfestigkeit) von L360 zu L390, die hauptsächlich durch thermomechanische Verarbeitung und Mikrolegierung erreicht wird, anstatt durch dramatische Änderungen in der chemischen Zusammensetzung. Da beide Sorten auf strukturelle Anwendungen abzielen, werden sie häufig verglichen, wenn es darum geht, das Gewicht der Bauteile, die Plattendicke, das Umformverhalten und die Fertigungsverfahren zu optimieren.
1. Normen und Bezeichnungen
- Übliche Normen, in denen analoge Sortenfamilien erscheinen: EN (z. B. EN 10025 Familie), ISO, ASTM/ASME (Baubezeichnungen), JIS und nationale Normen (GB für China). Die genauen Bezeichnungsstrings variieren je nach Normungsstelle und Anbieter.
- Klassifizierung: Sowohl L360 als auch L390 sind hochfeste niedriglegierte (HSLA) Baustähle (nicht rostfrei, keine Werkzeugstähle). Sie sind für geschweißte und geformte Bauteile vorgesehen.
Hinweis: Die spezifischen Normnummern und werkseitig zertifizierten Zusammensetzungen unterscheiden sich je nach Region; verwenden Sie immer die genaue zertifizierte Sorte/Norm in den Beschaffungsdokumenten.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
| Element | Typischer Bereich — L360 (Gew%) | Typischer Bereich — L390 (Gew%) |
|---|---|---|
| C | 0,06 – 0,18 | 0,06 – 0,18 |
| Mn | 0,40 – 1,50 | 0,50 – 1,50 |
| Si | 0,10 – 0,50 | 0,10 – 0,50 |
| P | ≤ 0,025 (kontrolliert) | ≤ 0,025 (kontrolliert) |
| S | ≤ 0,010 (kontrolliert) | ≤ 0,010 (kontrolliert) |
| Cr | Spuren – 0,30 | Spuren – 0,35 |
| Ni | Spuren – 0,30 | Spuren – 0,30 |
| Mo | Spuren – 0,15 | Spuren – 0,15 |
| V | 0,00 – 0,10 (Mikrolegierung) | 0,01 – 0,10 (Mikrolegierung) |
| Nb (Cb) | 0,00 – 0,06 (Mikrolegierung) | 0,00 – 0,06 (Mikrolegierung) |
| Ti | 0,00 – 0,02 (Entgasung) | 0,00 – 0,02 (Entgasung) |
| B | Spuren (ppm) möglich | Spuren (ppm) möglich |
| N | kontrollierte ppm | kontrollierte ppm |
Hinweise: - Diese Bereiche sind repräsentativ für HSLA-Baustähle und veranschaulichen typische Legierungsstrategien. Exakte Zusammensetzungen sind werksspezifisch und unterliegen der gewählten Norm oder Spezifikation; immer mit Werkzertifikaten überprüfen. - Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti und manchmal B) werden in geringen Mengen verwendet, um die Korngröße zu verfeinern, die Ausscheidungshärtung zu fördern und die Streckgrenze mit minimaler Erhöhung des Kohlenstoffgehalts zu erhöhen – wichtig für die Aufrechterhaltung der Schweißbarkeit.
Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit, mindert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit bei erhöhten Gehalten. - Mangan und Silizium unterstützen die Entgasung und tragen zur Härtbarkeit bei. - Mikrolegierung (V, Nb, Ti) ermöglicht Festigkeitssteigerungen durch Ausscheidung und Kornverfeinerung ohne hohen Kohlenstoffgehalt – deshalb kann L390 stärker sein, obwohl es nur geringfügige chemische Unterschiede zu L360 aufweist. - Niedriger Phosphor- und Schwefelgehalt verbessert die Zähigkeit und reduziert Schweißfehler.
3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion
- Typische Mikrostruktur für beide Sorten im gelieferten (thermomechanisch gewalzten oder normalisierten) Zustand: Ferritmatrix mit feinen, dispergierten bainitischen oder temperierten Martensitinseln und Mikrolegierungsniederschlägen. Die Korngröße wird durch kontrolliertes Walzen und beschleunigtes Abkühlen verfeinert.
- L360: Bearbeitet, um ein Gleichgewicht zwischen duktilen Ferrit und feinem Bainit zu erreichen; Mikrolegierungsniederschläge (NbC, V(C,N), TiN) verstärken die Matrix.
- L390: Tendenziell wird eine etwas aggressivere thermomechanische Kontrolle (niedrigere Fertigwalztemperatur und schnellere Abkühlung) und gezielte Ausscheidungshärtung verwendet, um die Streckgrenze zu erhöhen und gleichzeitig eine ähnliche duktilen Mikrostruktur beizubehalten.
Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren: Stellt eine gleichmäßige Mikrostruktur wieder her und kann die Zähigkeit verbessern; beide Sorten reagieren vorhersehbar. - Härten & Anlassen: Nicht typisch oder notwendig für die routinemäßige strukturelle Lieferung; wenn angewendet, ist eine höhere Anlasstemperaturkontrolle erforderlich, um eine Überanlassung der Mikrolegierungsniederschläge zu vermeiden. - Thermomechanische Kontrollverarbeitung (TMCP): Primärer industrieller Weg zur Herstellung dieser Sorten – kontrolliertes Walzen plus beschleunigtes Abkühlen ergibt die gewünschte Festigkeit/Zähigkeit ohne Nachschweißwärmebehandlung in den meisten Fällen.
4. Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Typisch L360 (indikativ) | Typisch L390 (indikativ) |
|---|---|---|
| Streckgrenze (Rp0.2) | ≈ 360 MPa (nominell) | ≈ 390 MPa (nominell) |
| Zugfestigkeit | ~480 – 620 MPa (abhängig von Dicke/Prozess) | ~500 – 640 MPa (abhängig von Dicke/Prozess) |
| Dehnung (A%) | ~18 – 26% | ~16 – 24% |
| Zähigkeit (Charpy V‑Kerbe) | Gut; abhängig von Testtemperatur und Dicke (oft bei 0 bis −20 °C spezifiziert) | Vergleichbar, wenn für Zähigkeit verarbeitet; kann strengere Spezifikationen für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen erfordern |
| Härte (HB) | Typischerweise im moderaten Bereich (< 250 HB) | Im Durchschnitt etwas höher, aber immer noch innerhalb der schweißbaren Härtebereiche |
Interpretation: - L390 bietet eine moderate, aber nützliche Erhöhung der Streckgrenze gegenüber L360; die Zugfestigkeit steigt typischerweise proportional. - Duktilität und Zähigkeit können zwischen den Sorten ähnlich bleiben, wenn L390 mit angemessenem TMCP und Mikrolegierungsbalance produziert wird. Designer sollten jedoch mit einer geringfügig reduzierten Dehnung und einer leicht höheren Härte für L390 rechnen, was die Umformgrenzen enger macht. - Immer spezifische Lieferbedingungen (Plattendicke, Verarbeitungsweg, Testtemperatur) für exakte Werte angeben.
5. Schweißbarkeit
Die Bewertung der Schweißbarkeit konzentriert sich auf den Kohlenstoffäquivalent und die Prozesskontrollen. Mikrolegierung hilft, die Kohlenstoffäquivalente für eine Zielstärke niedrig zu halten.
Übliche Schweißbarkeitsindizes: - IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Der umfassendere Parameter: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Sowohl L360 als auch L390 sind so konstruiert, dass sie im Vergleich zu höherlegierten Kohlenstofflegierungen relativ niedrige $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ aufweisen. Mikrolegierte Sorten zeigen typischerweise eine gute Schweißbarkeit, wenn die Standardvorkehrungen beachtet werden. - L390 kann etwas mehr Aufmerksamkeit für dickere Abschnitte erfordern (Vorwärmen, kontrollierte Zwischenpass-Temperatur), da eine höhere Härtbarkeit und Festigkeit das Risiko von Kaltissbrüchen in schweren Abschnitten oder schlecht vorbereiteten Fugen erhöhen können. - Schweißzusätze: Wählen Sie wasserstoffarme Elektroden/Flüsse und passende Zähigkeitsfüllerstoffe; folgen Sie den Empfehlungen des Anbieters für Vorwärmen und Zwischenpass. - Eine Nachschweißwärmebehandlung ist für gewöhnliche strukturelle Anwendungen selten erforderlich, kann jedoch für kritische Anwendungen bei niedrigen Temperaturen oder großen/dicken Strukturen spezifiziert werden.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Diese Sorten sind Kohlenstoff-/HSLA-Stähle – nicht rostfrei. Der Korrosionsschutz entspricht dem gewöhnlicher Kohlenstähle.
- Standard-Schutzoptionen: Feuerverzinkung, Zinkmetallisierung, Malerei/Beschichtungssysteme, Epoxid-/organische Beschichtungen oder kathodischer Schutz für begrabene oder untergetauchte Anwendungen.
- PREN (Pitting-Widerstandsäquivalentzahl) und ähnliche rostfreie Indizes gelten nicht für L360/L390, da sie keine rostfreien Legierungen sind. Zum Vergleich verwenden rostfreie Auswahlen: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Für atmosphärische Umgebungen bietet verzinktes L390 einen ähnlichen Schutz wie verzinktes L360; die Auswahl sollte durch mechanische Anforderungen und Lebensdauerziele der Beschichtung bestimmt werden.
7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit
- Schneiden (Flamme, Plasma, Laser): Beide Sorten verhalten sich ähnlich; die etwas höhere Festigkeit von L390 kann moderat mehr Leistung oder langsamere Schnittgeschwindigkeiten erfordern.
- Umformen und Biegen: L360 bietet aufgrund der niedrigeren Streckgrenze eine etwas bessere Kaltumformbarkeit; L390 kann größere Biegeradien oder warmes Umformen für enge Biegungen, insbesondere in dickeren Abschnitten, erfordern.
- Zerspanbarkeit: Beide sind typisch für niedriglegierte HSLA-Stähle – gute Zerspanbarkeit, aber nicht so schnittfreudig wie bleihaltige Stähle. Die höhere Festigkeit von L390 kann die Werkzeuglebensdauer leicht reduzieren oder mehr Schneidkraft erfordern.
- Oberflächenfinish und Schleifen: Beide reagieren gut auf Standard-Finishpraktiken; beachten Sie, dass Bereiche mit höherer Härte (z. B. wärmebehandelte Zonen) möglicherweise eine Bearbeitung oder spezifische Schleifparameter benötigen.
8. Typische Anwendungen
| L360 — Typische Anwendungen | L390 — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Mittelschwere Stahlkonstruktionen (Träger, Kanäle, Versteifungen), bei denen Schweißbarkeit und Umformbarkeit priorisiert werden | Strukturplatten und -profile, bei denen eine moderate Gewichtsreduzierung oder höhere zulässige Spannungen Material einsparen |
| Allgemeine Fertigung und geschweißte Baugruppen mit moderaten Belastungen | Fertigungen, die auf geringere Dicke für gleichwertige Festigkeit abzielen (Brücken, schwere Rahmen) |
| Mechanische Komponenten, die gute Zähigkeit und Duktilität erfordern | Komponenten, die höheren statischen Belastungen ausgesetzt sind oder bei denen strengere Durchbiegungsgrenzen gelten |
| Offshore-Strukturen mit zusätzlichen Schutzbeschichtungen | Infrastruktur, bei der verbesserte Festigkeit eine Reduzierung der Querschnitte und Kosteneinsparungen ermöglicht |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie L360, wenn Umformen, Biegen und einfache Schweißbarkeit Priorität haben und kleine Gewichtseinbußen akzeptabel sind. - Wählen Sie L390, wenn die inkrementelle Festigkeit dünnere oder leichtere Designs ermöglicht und wenn Hersteller strengere Prozesskontrollen einhalten können, um die Zähigkeit zu erhalten.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Relativer Preis: L390 ist typischerweise etwas teurer als L360 aufgrund strengerer Prozesskontrollen (TMCP) und manchmal höherer Mikrolegierungsgehalte sowie Verarbeitungsverluste. Der Unterschied in den Materialkosten ist im Vergleich zu den Gesamtersparnissen bei der Fertigung durch reduzierte Dicke moderat.
- Verfügbarkeit: Beide sind in vielen Regionen häufig in Platten und Coils von großen Walzwerken erhältlich, aber die Verfügbarkeit hängt von den Produktpaletten der lokalen Walzwerke ab. L360-Varianten sind oft verbreiteter; L390 kann in einigen Märkten ein Spezialangebot sein oder Mindestbestellmengen erfordern.
- Produktformen: Platten, Coils, warmgewalzte Profile. Lieferzeiten und Werkstests (Charpy, Zug) sollten in den Bestellungen spezifiziert werden.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Attribut | L360 | L390 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Sehr gut | Gut (erfordert etwas mehr Kontrolle bei dicken Abschnitten) |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Ausgewogen; etwas duktiler | Höhere Streck-/Zugfestigkeit bei gleicher Dicke; Zähigkeit vergleichbar, wenn korrekt verarbeitet |
| Kosten (Material) | Niedriger | Etwas höher |
Empfehlungen: - Wählen Sie L360, wenn: - Das Design die einfache Umformung und Schweißbarkeit priorisiert und enge Biegeradien oder hohe Dehnung erforderlich sind. - Die Lieferketten des Projekts leicht verfügbare, kostengünstige Platten und Coils bevorzugen. - Gewichtseinsparungen kein primärer Antrieb sind.
- Wählen Sie L390, wenn:
- Eine moderate Erhöhung der zulässigen Spannung oder eine reduzierte Plattendicke Kosteneinsparungen oder Gewichtseinsparungen in der Baugruppe ermöglicht.
- Fertigungsbetriebe die empfohlenen Vorwärm-/Zwischenpasskontrollen für dickere Schweißverbindungen aufrechterhalten können.
- Das Projekt eine höhere nominelle Streckgrenze erfordert, während akzeptable Schweißbarkeit und Zähigkeit erhalten bleiben.
Letzter Hinweis: Da beide Sorten Teil der HSLA-Familie sind und sich hauptsächlich durch Verarbeitung und Mikrolegierungsoptimierung unterscheiden, anstatt durch radikal unterschiedliche Chemien, hängt die praktische Wahl oft von strukturellen Berechnungen, Umformbeschränkungen und Beschaffungsüberlegungen ab. Für kritische Anwendungen (Niedertemperaturbetrieb, schwere geschweißte Strukturen) sollten immer die erforderlichen Charpy-Temperaturen, Dickeneffekte angegeben und Werkstestzertifikate angefordert werden, um die gelieferte Chemie und mechanischen Daten zu bestätigen.