Q235 vs Q255 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner wählen häufig zwischen Q235 und Q255, wenn sie strukturelle Baustähle für geschweißte Rahmen, Platten und Profile spezifizieren. Die Entscheidung balanciert häufig Kosten und Fertigungserleichterungen gegen die Notwendigkeit einer höheren Streckgrenze und der Leistung im Einsatz (zum Beispiel: höhere Tragfähigkeit oder reduzierte Querschnittsgröße). Typische Entscheidungskontexte umfassen geschweißte Strukturbauteile, allgemeine Fertigung und Druck- oder Lagertanks mit mittlerer Beanspruchung, bei denen sowohl Festigkeit als auch Schweißbarkeit wichtig sind.

Der wesentliche technische Unterschied zwischen Q235 und Q255 ist ihre Entwurfsstreckgrenze: Q255 wird mit einer höheren Mindeststreckgrenze als Q235 spezifiziert. Dieses Ziel für die Streckgrenze führt zu subtilen Unterschieden in der chemischen Kontrolle, der Verarbeitung und den Auswahlkompromissen, die die beiden Güten häufig in Design und Fertigung vergleichbar machen.

1. Normen und Bezeichnungen

• GB (Volksrepublik China): Q235, Q255 (nationale strukturelle Baustahlgüten). Diese werden als Baustähle bezeichnet.
• Andere Systemäquivalente (funktional, nicht identisch): Q235 wird häufig mit ASTM A36 / EN S235JR in strukturellen Anwendungen verglichen, aber eine direkte Entsprechung erfordert eine Überprüfung der Chemie und mechanischen Prüfungen.
• Klassifizierung: sowohl Q235 als auch Q255 sind einfache Kohlenstoffstähle (niedriglegiert-frei), keine rostfreien, Werkzeug- oder hochfesten niedriglegierten (HSLA) Stähle im modernen Sinne – obwohl die Praxis in den Werken Mikrolegierung oder kontrolliertes Walzen zur Erfüllung der mechanischen Eigenschaften umfassen kann.

Hinweis: Normen und Produktformen unterscheiden sich (Platte, Band, Stange, Profil); immer die genaue Norm und Produktform in Bestellungen angeben.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle fasst die relative Präsenz von Schlüsselelementen und deren Rollen zusammen. Diese Einträge beschreiben typische Praktiken in den Werken und relative Niveaus anstelle von vorschreibenden Standardgrenzen – Werkzertifikate und die anwendbare Norm sollten für Vertragswerte konsultiert werden.

Element	Q235 (typisches relatives Niveau)	Q255 (typisches relatives Niveau)	Zweck / Wirkung
C (Kohlenstoff)	Niedrig bis moderat (steuert die Festigkeit)	Niedrig bis moderat (oft kontrolliert, um höhere Streckgrenzen ohne übermäßige Härte zu erreichen)	Primäre Festigkeitskontrolle; höherer C erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit.
Mn (Mangan)	Moderat (Entgasung, Festigkeit)	Moderat (kann leicht höher oder eng kontrolliert für die Streckgrenze sein)	Erhöht die Härtbarkeit und Festigkeit; hilft, niedriges C für die Festigkeit auszugleichen.
Si (Silizium)	Niedrig (Entgasungsmittel)	Niedrig (Entgasungsmittel)	Entgasungsmittel; geringer Einfluss auf die Festigkeit.
P (Phosphor)	Spuren (niedrig gehalten)	Spuren (niedrig gehalten)	Verunreinigung – Überschuss verringert die Zähigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
S (Schwefel)	Spuren (niedrig gehalten)	Spuren (niedrig gehalten)	Verunreinigung – verringert die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit; Mn-S-Kombinationen beeinflussen die Morphologie der Sulfide.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Typischerweise Spuren / nicht absichtlich hinzugefügt	Typischerweise Spuren / kann Mikrolegierung in einigen Werken umfassen	Wenn absichtlich hinzugefügt, steuern diese die Härtbarkeit, Kornverfeinerung und Festigkeit (Mikrolegierung). Nicht typisch in grundlegendem Q235/Q255, es sei denn, es ist spezifiziert.
N (Stickstoff)	Spuren	Spuren	Kann mit Al, Ti, Nb zu Nitriden reagieren; beeinflusst die Zähigkeit und Alterung.

Wie die Legierung das Verhalten beeinflusst: - Erhöhung von C oder Erhöhung der Legierung (Cr, Mo, V) erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit, wenn dies nicht durch die Verarbeitung ausgeglichen wird. - Mn ist das Hauptlegierungselement in diesen Güten; es balanciert Festigkeit mit Formbarkeit. - Mikrolegierung (V, Nb, Ti) kann höhere Streckgrenzen bei niedrigerem Kohlenstoff ermöglichen, wodurch die Festigkeit verbessert wird, ohne die Schweißbarkeit erheblich zu verringern – wenn vorhanden, sollte es in den Werksdokumenten angegeben werden.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Walz-Mikrostrukturen für beide Güten: - Ferrit-Perlit-Mikrostrukturen dominieren die gewalzten und normalisierten Produktformen für Kohlenstoffstrukturstähle. - Q255 kann aufgrund seines höheren Streckgrenz-Ziels einen leicht höheren Perlitanteil oder feinere Ferritkornstruktur durch kontrolliertes Walzen oder Mikrolegierung aufweisen, aber die Grundmikrostrukturen bleiben Ferrit + Perlit in normalen kommerziellen Prozessen.

Auswirkungen gängiger Verarbeitungswege: - Normalisieren: verfeinert das Korn und kann gleichmäßigere mechanische Eigenschaften erzeugen; wird verwendet, wenn bessere Zähigkeit erforderlich ist. - Härten & Anlassen: nicht typisch für Handels-Q235/Q255; erzeugt martensitische oder bainitische Mikrostrukturen mit viel höherer Festigkeit, liegt jedoch außerhalb des normalen Bezeichnungsrahmens. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): wenn angewendet, ergibt sie feinere Kornstrukturen und verbesserte Festigkeits-Zähigkeits-Kombinationen, während der Kohlenstoff niedrig bleibt – dies ist ein gängiger Weg, um die Streckgrenze ohne übermäßigen C zu erhöhen.

Implikationen: - Für die routinemäßige Fertigung werden beide Güten verarbeitet, um vorhersehbares duktiles Ferrit-Perlit-Verhalten zu bieten. Wenn höhere Festigkeit erforderlich ist, während die Schweißbarkeit erhalten bleibt, sollten TMCP- oder mikrolegierte Versionen gesucht werden, anstatt einfach den Kohlenstoff zu erhöhen.

4. Mechanische Eigenschaften

Der wichtigste garantierte mechanische Unterschied ist die Streckgrenze.

Eigenschaft	Q235 (typisch)	Q255 (typisch)	Hinweise
Nominelle Streckgrenze (Mindestwert)	235 MPa	255 MPa	Diese nominalen Werte sind die Entwurfsstreckpunkte, die durch den Güternamen impliziert werden.
Zugfestigkeit	Moderat; hängt von der Produktform ab	Leicht höher oder ähnlich; hängt von der Produktform ab	Die endgültige Zugfestigkeit hängt von der Dicke, dem Walzen und der Wärmebehandlung ab.
Dehnung (Zähigkeit)	Gute Zähigkeit für Formgebung und Schweißen	Vergleichbar, kann jedoch leicht niedriger sein, wenn eine Verarbeitung mit höherer Festigkeit verwendet wird	Zähigkeit ist von der Chemie und Verarbeitung abhängig; niedriger Kohlenstoff verbessert die Zähigkeit.
Schlagzähigkeit	Gut mit geeigneter Verarbeitung	Vergleichbar, wenn für Zähigkeit verarbeitet; kann bei niedrigen Temperaturen konservativer sein	Charpy-Tests hängen vom Produkt und der Wärmebehandlung ab.
Härte	Typische Härte von Baustählen	Leicht höher in höherfestem Produkt	Härte korreliert mit den Zugfestigkeitseigenschaften.

Erklärung: - Q255 ist stärker nach dem Entwurfsstreckgrenzkriterium; je nachdem, wie der Stahl produziert wird, kann Q255 die höhere Streckgrenze durch Mikrolegierung und Walzkontrolle erreichen, anstatt den Kohlenstoff erheblich zu erhöhen. Wenn der Kohlenstoff niedrig gehalten wird und Mikrolegierung/TMCP verwendet wird, können Zähigkeit und Schweißbarkeit akzeptabel bleiben. - Tatsächliche Zähigkeit und Zähigkeit werden mehr durch die Verarbeitungsgeschichte und Verunreinigungen als durch die Güte allein bestimmt.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von Baustählen wird stark durch die Kohlenstoffäquivalenz und die lokale Härtbarkeit kontrolliert.

Gängige Kohlenstoffäquivalenzformel (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

Ein weiterer Index, der in Europa verwendet wird: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - Niedrigere Kohlenstoffäquivalenz (CE) weist auf ein geringeres Risiko von Kaltverzügen und reduzierte Vorwärm-/Nachwärmeanforderungen hin. - Q235, typischerweise mit niedrigem Kohlenstoff produziert, bietet im Allgemeinen hervorragende Schweißbarkeit für routinemäßige Schweißprozesse (SMAW, GMAW, FCAW). - Q255, mit einem höheren Streckgrenz-Ziel, kann entweder durch leicht erhöhten Kohlenstoff oder durch andere Strategien (Mn-Kontrolle, Mikrolegierung, TMCP) produziert werden. Wenn der Lieferant eine höhere Streckgrenze mit Mikrolegierung/TMCP erreicht und den Kohlenstoff niedrig hält, bleibt die Schweißbarkeit gut. Wenn höherer Kohlenstoff verwendet wird, um die Streckgrenze zu erreichen, steigt CE und Vorwärm-/Nachwärm- und qualifizierte Schweißverfahren werden kritischer. - Fordern Sie immer CE- oder Pcm-Werte im Werkzertifikat an und befolgen Sie die anwendbaren Schweißverfahrensspezifikationen (WPS). Für kritische geschweißte Strukturen führen Sie die PWHT-Empfehlungen und die Wasserstoffkontrolle nach Bedarf durch.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Diese Güten sind einfache Kohlenstoffstähle (nicht rostfrei); der Korrosionsschutz ist auf den von unlegierten Kohlenstoffstählen beschränkt.
• Typische Schutzstrategien:
• Feuerverzinkung für atmosphärischen Korrosionsschutz.
• Organische Beschichtungen (Primer, Farben, Pulverbeschichtungen) für technische Systeme.
• Metallurgische Beschichtungen (zinkreiche Primer, Epoxidüberzüge) je nach Exposition.
• PREN (Pitting-Widerstand-Äquivalenznummer) ist ein Index für rostfreien Stahl: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nicht anwendbar auf Q235/Q255, da sie nicht genügend Cr, Mo oder N enthalten, um rostfrei zu sein.
• Wenn über den beschichteten Kohlenstoffstahl hinaus Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, spezifizieren Sie rostfreie oder korrosionsbeständige Legierungen, anstatt sich auf Q235/Q255 zu verlassen.

7. Fertigung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Formen/Biegen: Q235 hat aufgrund der niedrigeren Streckgrenze eine sehr gute Formbarkeit; Q255 kann geformt werden, erfordert jedoch möglicherweise größere Biegeradien oder mehr Kraft, abhängig von Produkt und Temper.
• Schneiden: Die gleichen Praktiken gelten; Sauerstoffschneiden, Laser-, Plasmaschneiden sind Routine. Härtere oder höherfeste Versionen könnten mehr Werkzeugverschleiß verursachen.
• Bearbeitbarkeit: Niedriglegierte Stähle haben eine moderate Bearbeitbarkeit; Sulfid-Einschlüsse oder frei bearbeitbare Varianten (nicht standardmäßig für Q235/Q255) verbessern die Bearbeitbarkeit, können jedoch die Schlagzähigkeit verringern.
• Oberflächenfinish und Nachbearbeitung: Beide akzeptieren Schweißen, Bohren, Gewindeschneiden und standardmäßige Oberflächenbehandlungen gut; eine Nachwärmebehandlung nach dem Schweißen ist für die typische strukturelle Verwendung selten erforderlich, es sei denn, es ist spezifiziert.

8. Typische Anwendungen

Q235 — Typische Anwendungen	Q255 — Typische Anwendungen
Allgemeine Strukturkomponenten (Träger, Kanäle, Säulen)	Strukturbauteile, bei denen eine höhere Streckgrenze eine Gewichts- oder Querschnittsreduzierung ermöglicht
Geschweißte Fertigungen (Rahmen, Regale, Gehäuse)	Schwere Rahmen, Krane, Hebekomponenten mit höheren Entwurfsbelastungen
Platten und Bleche für allgemeine Fertigung, Niederdrucktanks	Anwendungen, bei denen eine moderate Erhöhung der Streckgrenze die Marge verbessert, ohne die Materialklasse zu ändern
Rohre und Profile für nicht kritische Anwendungen	Maschinenteile, bei denen eine leicht höhere Streckgrenze die Lebensdauer oder Steifigkeit verbessert

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q235 für breite Verfügbarkeit, hervorragende Schweißbarkeit und die niedrigsten Materialkosten für konventionelle Strukturkomponenten. - Wählen Sie Q255, wenn die Projektanforderungen eine höhere Mindeststreckgrenze spezifizieren, sodass die Querschnittsgröße, das Gewicht oder die Durchbiegung reduziert werden können, während ähnliche Fertigungspraktiken beibehalten werden. Bestätigen Sie, ob der Lieferant die höhere Streckgrenze durch Mikrolegierung/TMCP und nicht durch höheren Kohlenstoff erreicht.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Q255 hat typischerweise einen moderaten Aufpreis gegenüber Q235 aufgrund höherer Anforderungen an die Eigenschaften oder zusätzlicher Verarbeitung (TMCP, Mikrolegierung). Der Aufpreis variiert je nach Region, Werk und Marktbedingungen.
• Verfügbarkeit: Q235 ist sehr verbreitet und in vielen Produktformen weit verbreitet. Q255 ist weniger allgegenwärtig, aber häufig von großen Werken erhältlich; die Verfügbarkeit hängt von der Produktform (Platte, Coil, Stange) und der regionalen Produktion ab.
• Beschaffungstipp: Fordern Sie mechanische Eigenschaftszertifikate und Chemiegrenzen an; wenn es einen engen Lieferengpass gibt, ziehen Sie in Betracht, alternative Lieferanten zu qualifizieren oder gleichwertige HSLA-Güten mit ähnlichen garantierten Eigenschaften zu akzeptieren.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Attribut	Q235	Q255
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet (niedriger C, niedriger CE typisch)	Gut bis fair (hängt vom Weg zur höheren Streckgrenze ab; Mikrolegierung/TMCP = gut)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Standardstruktur-Balance	Höhere Streckgrenze; Balance hängt von der Verarbeitung ab
Kosten	Niedriger (weit verbreitet produziert)	Leicht höher (höhere Streckgrenze oder Verarbeitung)

Empfehlungen: - Wählen Sie Q235, wenn Sie maximale Schweißbarkeit, einfache Fertigung, die niedrigsten Materialkosten und eine standardmäßige strukturelle Leistung priorisieren, bei der eine Streckgrenze von 235 MPa den Entwurfsanforderungen entspricht. - Wählen Sie Q255, wenn das Design eine höhere Mindeststreckgrenze (255 MPa) erfordert, um die Querschnittsgrößen zu reduzieren oder die Tragfähigkeit zu erhöhen, und Sie überprüft haben, dass die Chemie und Verarbeitung des Lieferanten diese Streckgrenze ohne übermäßigen Kohlenstoff erreichen, der die Schweißbarkeit oder Zähigkeit beeinträchtigen würde.

Abschließende Beschaffungsrichtlinien: - Fordern Sie immer Werkprüfzertifikate (chemische Zusammensetzung und mechanische Prüfungen), Kohlenstoffäquivalenzwerte und Details zu Mikrolegierung oder TMCP-Verarbeitung an. - Für geschweißte Baugruppen in kritischen Anwendungen spezifizieren Sie erforderliche Vorwärm-/Nachwärme, Wasserstoffkontrolle und führen Sie die Qualifizierung der Verbindungen unter Verwendung des tatsächlichen Platten-/Profil-Lieferantenprodukts durch. - Wenn Korrosionsbeständigkeit, höhere Betriebstemperaturen oder sehr hohe Zähigkeit erforderlich sind, ziehen Sie alternative Stahlgüten oder Legierungswahlen in Betracht, anstatt sich ausschließlich auf Q235/Q255-Ersatz zu verlassen.