MS1200 vs MS1500 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor einem Kompromiss zwischen Materialfestigkeit und Herstellbarkeit, wenn sie hochfeste Stähle spezifizieren. Die Sorten MS1200 und MS1500 werden häufig in Anwendungen verglichen, in denen Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Größen-/Gewichtsoptimierung von Bedeutung sind – zum Beispiel bei hochfesten Befestigungen, Wellen, Werkzeugen und Sicherheitskomponenten. Typische Entscheidungskontexte umfassen das Abwägen von Schweißbarkeit und Zähigkeit gegen die Erreichung des kleinsten Querschnitts für eine gegebene Last oder die Wahl zwischen niedrigeren Anschaffungskosten und längerer Lebensdauer im Einsatz.

Der dominante technische Unterschied zwischen diesen beiden Sorten ist ihre Zielmechanikfestigkeit und die entsprechende martensitische Mikrostruktur sowie die Härtefähigkeit, die erforderlich sind, um diese zu erreichen. MS1500 ist für eine höhere endgültige Festigkeit und größere Härtefähigkeit als MS1200 ausgelegt, was Chemie, Wärmebehandlung, Zähigkeit und Fertigungsverhalten beeinflusst. Dieser Artikel vergleicht die beiden Sorten hinsichtlich Standards, Chemie, Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung, mechanische Eigenschaften, Schweißbarkeit, Korrosionsschutz, Fertigungsverhalten, Anwendungen, Kosten und einen abschließenden Empfehlungsrahmen.

1. Standards und Bezeichnungen

MS1200 und MS1500 sind funktionale/beschreibende Bezeichnungen, die verwendet werden, um hochfeste martensitische oder vergütete Stähle zu kennzeichnen, deren Zugfestigkeiten ungefähr 1200 MPa bzw. 1500 MPa betragen. Sie sind keine universellen Standardbezeichnungen wie ASTM AISI-Nummern; Materialien, die unter diesen Namen geliefert werden, sind oft proprietär oder an nationale Standards angepasst. Häufige Standards und Klassifikationssysteme, die Käufer und Ingenieure bei der Spezifizierung von Äquivalenten konsultieren sollten, umfassen:

• ASTM/ASME-Familie (z. B. vergütete Legierungen innerhalb von ASTM A564/A572/A514, abhängig von Zusammensetzung und Behandlung)
• EN (z. B. EN 10083-Familie für vergütete Legierungsstähle, EN 10269 für hochfeste Stähle)
• JIS (verschiedene hochfeste vergütete Stähle)
• GB (chinesische nationale Standards für vergütete Stähle und hochfeste Baustähle)

Klassifizierung: sowohl MS1200 als auch MS1500 sind hochfeste martensitische/vergütete Stähle (eine Untergruppe von Legierungsstählen / HSLA, abhängig von der Mikrolegierung). Sie sind keine rostfreien Sorten, es sei denn, sie sind ausdrücklich mit hohem Cr/Ni legiert und als rostfrei gekennzeichnet.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Im Folgenden finden Sie einen praktischen, indikativen Vergleich typischer Zusammensetzungsbereiche und Strategien. Diese Bereiche sind illustrativ; immer die Mill-Zertifikate und die Werksspezifikation für genaue Werte überprüfen.

Element	MS1200 (typisch, Gew.% ) — indikativ	MS1500 (typisch, Gew.% ) — indikativ
C	0.18 – 0.30	0.25 – 0.45
Mn	0.30 – 1.20	0.30 – 1.50
Si	0.15 – 0.60	0.15 – 0.60
P	≤ 0.025 (max)	≤ 0.025 (max)
S	≤ 0.010 (max)	≤ 0.010 (max)
Cr	0.30 – 1.50	0.50 – 2.00
Ni	0 – 1.00	0 – 2.00
Mo	0.05 – 0.50	0.10 – 0.80
V	Spur–0.20	Spur–0.30
Nb	Spur (≤0.05)	Spur (≤0.05)
Ti	Spur (≤0.05)	Spur (≤0.05)
B	Spur (ppm)	Spur (ppm)
N	Spur (ppm)	Spur (ppm)

Legierungsstrategie und -effekte: - Kohlenstoff: primärer Beitrag zur Härtefähigkeit und Festigkeit; höherer Kohlenstoffgehalt in MS1500 erhöht die erreichbare Zugfestigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität. - Mn, Cr, Mo, Ni: erhöhen die Härtefähigkeit und die Temperwiderstandsfähigkeit; fördern eine tiefere Härtefähigkeit in dickeren Querschnitten. MS1500 hat im Allgemeinen eine höhere Legierung, um eine hochfeste martensitische Matrix durch dickere Querschnitte zu ermöglichen. - Mikrolegierung (V, Nb, Ti, B): ermöglicht Kornverfeinerung, Ausscheidungsstärkung und kontrollierte Zähigkeit; wird verwendet, um Festigkeit und Zähigkeit auszubalancieren und gleichzeitig den Kohlenstoffgehalt zu minimieren. - Schwefel und Phosphor werden kontrolliert, um Zähigkeit und Ermüdungslebensdauer aufrechtzuerhalten.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - Beide Sorten sind darauf ausgelegt, nach dem Abschrecken eine martensitische Matrix zu erzeugen; vergüteter Martensit mit kontrollierten Karbid-/Ausscheidungsverteilungen ist das Ziel für ausgewogene Festigkeit und Zähigkeit. - MS1200 erreicht sein Eigenschaftsset häufig mit einem niedrigeren Härtefähigkeit-Legierungspaket und konventionellen Abschreck- und Vergütungszyklen. Das Ergebnis ist feiner vergüteter Martensit mit dispergierten Übergangskarbid oder Nano-Ausscheidungen, wenn mikrolegiert. - MS1500 erfordert eine höhere Härtefähigkeit, um Martensit durch größere Querschnitte zu erzeugen; es hat daher tendenziell einen höheren Anteil an unvergütetem Martensit vor der Vergütung und kann (wenn überabschreckt) anfälliger für zurückgehaltenes Austenit oder spröden Martensit sein, wenn die Vergütung unzureichend ist.

Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren: effektiv zur Verfeinerung der vorherigen Austenit-Korngröße in beiden Sorten; wird als vorbereitender Schritt verwendet, reicht jedoch allein nicht aus, um die Zielfestigkeiten zu erreichen. - Abschrecken & Vergüten (Q&T): Standardweg für beide. MS1500 verwendet häufig eine höhere Abschreckschwere und längeres/kontrolliertes Vergüten, um die gewünschte Zähigkeit bei erhöhter Festigkeit zu erreichen. Die Auswahl der Vergütungstemperatur ist entscheidend: höhere Vergütung reduziert die Festigkeit, verbessert jedoch die Zähigkeit und Duktilität. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): wird hauptsächlich in der Platten-/Bandproduktion verwendet, um feinkörnige Mikrostrukturen und verbesserte Zähigkeit ohne übermäßigen Kohlenstoff oder Legierung zu erreichen; häufiger für MS1200-Äquivalente, wo das Gleichgewicht betont wird.

4. Mechanische Eigenschaften

Typische Eigenschaften im Einsatzbereich (indikativ; mit Mill-/Testzertifikaten überprüfen):

Eigenschaft	MS1200 (typisch)	MS1500 (typisch)
Zugfestigkeit (UTS)	~1100 – 1300 MPa	~1400 – 1600 MPa
Streckgrenze (0.2% Offset)	~900 – 1100 MPa	~1200 – 1400 MPa
Dehnung (A%)	~8 – 12%	~6 – 10%
Schlagzähigkeit (Charpy V, Raumtemperatur oder spezifiziert)	Varriert stark: typischerweise moderat (20–60 J, abhängig von der Vergütung)	Typischerweise niedriger; kann 5–30 J betragen, abhängig von der Vergütung und der Querschnittsdicke
Härte	~30 – 45 HRC (oder 250–450 HB, abhängig von der Vergütung)	~42 – 55 HRC (oder 380–550 HB)

Interpretation: - Festigkeit: MS1500 ist von Natur aus höherfest (ca. +20–30% UTS), erreicht durch höheren Kohlenstoff- und Legierungsgehalt sowie eine stärkere Härtung. - Zähigkeit & Duktilität: MS1200 bietet im Allgemeinen überlegene Zähigkeit und Duktilität bei ähnlichen Vergütungsbedingungen aufgrund des niedrigeren Kohlenstoff- und Legierungsgehalts und der feineren Mikrostrukturkontrolle. MS1500 erfordert sorgfältige Vergütung und Legierungsanpassung, um akzeptable Zähigkeit aufrechtzuerhalten; in vielen Fällen wird die Zähigkeit geopfert, um sehr hohe Festigkeit zu erreichen. - Ermüdungsleistung: abhängig von Mikrostruktur, Restspannungen, Oberflächenfinish und Wärmebehandlung. MS1200 bietet oft ein besseres Gleichgewicht zwischen Ermüdungsfestigkeit und Kerbempfindlichkeit, es sei denn, MS1500 wird speziell optimiert (z. B. durch Strahlbehandlung, kompressive Oberflächenrückstände).

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt, der Härtefähigkeit und der Mikrolegierung ab. Häufig verwendete Indizes zur qualitativen Bewertung sind das IIW-Kohlenstoffäquivalent und die Pcm-Formel:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - MS1500 hat typischerweise höhere $CE_{IIW}$- und $P_{cm}$-Werte aufgrund höherer Kohlenstoff- und Legierungselemente; dies erhöht das Risiko harter, spröder wärmebeeinflusster Zonen (HAZ) und Rissbildung. Vorwärmen, kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen, Schweißverfahren mit niedrigem Wärmeinput und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) sind häufig für MS1500 erforderlich. - MS1200, mit niedrigerem Kohlenstoff- und Legierungsgehalt, ist vergleichsweise einfacher zu schweißen, kann jedoch dennoch Vorwärmen und PWHT für dickere Querschnitte oder kritische Anwendungen erfordern, um HAZ-Sprödigkeit zu vermeiden. - Der Einsatz von passenden oder überlegierten Füllmetallen, kontrollierten Abkühlraten und qualifizierten Schweißverfahren ist für beide zwingend erforderlich, wenn sie in sicherheitskritischen oder hochzyklischen Anwendungen eingesetzt werden.

6. Korrosions- und Oberflächenschutz

• Weder MS1200 noch MS1500 sind von Natur aus rostfrei; die Korrosionsbeständigkeit entspricht der eines Kohlenstoff-/niedriglegierten Stahls. Oberflächenschutzstrategien umfassen Verzinkung, Lackierung, Pulverbeschichtung, Beschichtung oder korrosionsbeständige Überzüge, abhängig von der Einsatzumgebung.
• Rostfreibezogene Indizes wie PREN sind nicht anwendbar, es sei denn, eine Sorte ist speziell legiert und als rostfrei zertifiziert. Zur Vollständigkeit wird PREN wie folgt berechnet:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

und gilt nur für austenitische/duplex rostfreie Stähle – nicht für vergütete martensitische Stähle wie MS1200/MS1500, es sei denn, sie sind speziell formuliert.

• Für Verschleiß- oder korrosive Verschleißbedingungen sollten Oberflächenhärtung (Nitrieren, Karbonitrieren), Hartbeschichtungen oder korrosionsbeständige Überzüge in Betracht gezogen werden.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit

• Zerspanbarkeit: MS1500 ist härter und abrasiver zu schneiden; Werkzeuge müssen robuster sein (z. B. Hartmetall-/PCD/CBN-Werkzeuge), niedrigere Geschwindigkeiten, höhere Steifigkeit und sorgfältige Späneführung. MS1200 ist einfacher zu bearbeiten, erfordert jedoch dennoch gehärtete Werkzeuge und optimierte Parameter im Vergleich zu niedriglegierten Stählen.
• Umformbarkeit und Biegen: MS1200 bietet eine bessere Kaltumformbarkeit; MS1500 hat reduzierte Duktilität und erfordert größere Biegeradien, manchmal Warmumformung oder Vor- und Nachwärmebehandlung, um Rissbildung zu vermeiden.
• Schleifen, EDM und Finish: MS1500 stellt höhere Anforderungen an Polieren und Schleifen aufgrund höherer Härte; EDM wird häufig für Werkzeug- und Formenarbeiten an MS1500 verwendet.
• Gewindeschneiden und Kaltumformung von Befestigungen: MS1200 wird häufig dort eingesetzt, wo eine gewisse Gewindeformfähigkeit erforderlich ist; MS1500-Befestigungen werden typischerweise geschmiedet und vergütet mit sorgfältiger Prozesskontrolle.

8. Typische Anwendungen

MS1200 — Typische Anwendungen	MS1500 — Typische Anwendungen
Hochfeste Strukturteile, bei denen Zähigkeit und gewisse Duktilität erforderlich sind (Wellen, Querträger)	Ultrahochfeste Komponenten, bei denen der minimale Querschnitt entscheidend ist (Sicherheitsbolzen, spezialisierte Befestigungen, Panzerungseinsätze)
Mittelschwere kaltgeformte Befestigungen und hochfeste Bolzen	Kaltarbeitswerkzeuge, Stempel und Verschleißteile, die sehr hohe Härte erfordern
Hydraulikkolbenstangen, Bolzen und Achsen, die eine gute Ermüdungslebensdauer erfordern	Hochbelastete, niedrigverformbare Verbindungen und hochbelastete Bolzen im Bergbau/Verteidigung
Automobilkomponenten, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Herstellbarkeit erfordern	Spezialfedern und Komponenten, bei denen sehr hohe statische Festigkeit gefordert wird (oft mit Oberflächenbehandlungen)

Auswahlbegründung: - Wählen Sie MS1200 für Anwendungen, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Fertigungskosten gewünscht ist und bei denen moderate Querschnittsdicken verwendet werden können. - Wählen Sie MS1500, wenn die Minimierung der Querschnittsfläche oder die Maximierung der Tragfähigkeit entscheidend ist und zusätzliche Maßnahmen für Zähigkeit und Fertigung akzeptabel sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: MS1500 ist aufgrund des höheren Legierungsgehalts, strengerer Prozesskontrollen und niedrigerer Produktionsvolumina in der Regel teurer pro Kilogramm. Oberflächenveredelung, spezielle Wärmebehandlungen und zusätzliche Inspektionen erhöhen die Gesamtkosten über den Lebenszyklus.
• Verfügbarkeit: MS1200-Äquivalente sind häufiger in Stangen, Platten und Schmiedeteilen von einer breiteren Lieferantenbasis vorrätig. Materialien im MS1500-Stil werden häufiger auf Bestellung produziert, sind in begrenzten Produktformen (Stangen, spezielle Schmiedeteile, kleine Plattenläufe) erhältlich und können längere Lieferzeiten haben.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Attribut	MS1200	MS1500
Schweißbarkeit	Gut–Moderat (einfacher zu schweißen als MS1500)	Herausfordernd (höhere Vorwärmung/PWHT und Verfahrenskontrolle)
Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht	Gutes Gleichgewicht; einfacher, akzeptable Zähigkeit zu erreichen	Sehr hohe Festigkeit; Zähigkeit typischerweise niedriger, es sei denn, speziell behandelt
Kosten & Verfügbarkeit	Niedrigere Kosten; breitere Verfügbarkeit	Höhere Kosten; begrenztere Verfügbarkeit

Fazit und praktische Empfehlungen: - Wählen Sie MS1200, wenn Sie ein hochfestes Material mit einem angemessenen Gleichgewicht zwischen Zähigkeit, Schweißbarkeit und niedrigeren Gesamtkosten benötigen. MS1200 ist eine gute Standardwahl für Strukturkomponenten, allgemeine hochfeste Befestigungen und Teile, bei denen eine gewisse Duktilität und einfachere Fertigung erforderlich sind. - Wählen Sie MS1500, wenn die Anwendung die höchstmögliche statische Festigkeit oder den minimalen Querschnitt erfordert und Sie strengere Fertigungskontrollen (Vorwärmung/PWHT), höhere Materialkosten und begrenzte Verfügbarkeit akzeptieren können. MS1500 eignet sich für spezialisierte hochbelastete Verbindungen, Sicherheitsbeschläge und Komponenten, bei denen das Ersetzen von Gewicht durch Festigkeit ein primärer Entwurfsfaktor ist.

Überprüfen Sie immer das Mill-Zertifikat des Lieferanten, spezifizieren Sie die erforderliche Zähigkeit und Schweißverfahren in den Einkaufsunterlagen und geben Sie die Wärmebehandlung und Nachschweißwärmebehandlung an, wie es die Entwurfsvorschriften und Einsatzbedingungen erfordern. Die Materialauswahl sollte durch Teileprüfungen (mechanische Tests, Schlagversuche bei Betriebstemperatur, Ermüdungstests, wo anwendbar) und durch Konsultation mit metallurgischen und Schweißspezialisten für kritische Anwendungen validiert werden.