Q235 vs Q345 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Q235 und Q345 sind zwei der am häufigsten verwendeten Baustähle in China und in internationalen Lieferketten, in denen Produkte aus chinesischen Walzwerken spezifiziert werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen ihnen, wenn es darum geht, Kosten, Schweißbarkeit, Formbarkeit und Anforderungen an die Festigkeit im Betrieb abzuwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Auswahl von Materialien für den Bau von Säulen und Trägern, Druckrahmen, Hebevorrichtungen und geschweißten Strukturen, bei denen die Streckgrenze, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und die Fertigungserleichterung berücksichtigt werden müssen.

Der wesentliche technische Unterschied besteht darin, dass Q345 ein höherfester Baustahl als Q235 ist, was auf seine Legierungs- und Mikrolegierungsstrategie zurückzuführen ist; dies liefert ein höheres Entwurfsstreckniveau, während die akzeptable Zähigkeit und Schweißbarkeit in den meisten Produktformen erhalten bleibt. Da beide Qualitäten für ähnliche strukturelle Anwendungen verwendet werden, bestimmen direkte Vergleiche von Zusammensetzung, Verarbeitungsreaktion, mechanischen Eigenschaften und Fertigungsverhalten, welche Qualität für eine bestimmte Anwendung optimal ist.

1. Normen und Bezeichnungen

• GB/T (China): Q235 und Q345 sind in GB/T 700 (allgemeine Baustähle) und GB/T 1591 (niedriglegierte hochfeste Baustähle für Q345-Varianten) definiert.
• ASTM/ASME: Keine direkten äquivalenten Bezeichnungen; vergleichbare Familien umfassen ASTM A36 (ähnlich wie Q235 in vielen Eigenschaften) und verschiedene ASTM-niedriglegierte Qualitäten (für Q345-ähnliche Festigkeitsniveaus).
• EN (Europa): Baustähle wie S235JR (ungefähr vergleichbar mit Q235) und S355 (ungefähr vergleichbar mit Q345) bedienen ähnliche Festigkeitskategorien.
• JIS (Japan): JIS-Baustahlqualitäten sind nicht eins zu eins äquivalent; Vergleiche sollten anhand mechanischer und chemischer Anforderungen und nicht anhand des Bezeichnungsnamens erfolgen.

Klassifizierung: - Q235: Kohlenstoff-Baustahl (niedriglegierter unlegierter Kohlenstoffstahl). - Q345: Niedriglegierter Baustahl / HSLA (hochfester niedriglegierter) mit kontrollierter Mikrolegierung und strengeren Verunreinigungsgrenzen.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle zeigt typische Zusammensetzungsbereiche und bemerkenswerte Legierungsmerkmale. Die genauen Grenzen variieren je nach Normuntergruppe (z. B. Q235A/B/C/D/E und Q345A/B/C/D/E) und Produktdicke.

Element	Q235 (typischer Gew.% )	Q345 (typischer Gew.% )	Hinweise
C	0.14–0.22	0.10–0.20	Q345 hat oft einen etwas niedrigeren nominalen C-Gehalt, um die Schweißbarkeit zu verbessern; die Festigkeit wird durch Mn und Mikrolegierung erreicht.
Mn	0.30–1.40	1.00–1.60	Höherer Mn in Q345 erhöht die Zug- und Streckgrenze und trägt zur Härtbarkeit bei.
Si	0.10–0.35	0.10–0.50	Si ist ein Entoxidationsmittel; geringer Einfluss auf die Festigkeit.
P	≤0.045 (typ.)	≤0.035–0.045	Niedrigerer P-Gehalt in Q345-Varianten verbessert die Zähigkeit.
S	≤0.045 (typ.)	≤0.045	In beiden niedrig gehalten, um Sprödigkeit zu vermeiden.
Cr	Spuren	Spuren–gering (≤0.30)	Kann in Spuren in Q345-Batches vorhanden sein.
Ni	Spuren	Spuren	Kein absichtlich verwendetes Legierungselement in standard Q235/Q345.
Mo	Spuren	Spuren	Mo kann in mikrolegierten Varianten oder speziellen Chargen vorhanden sein.
V, Nb, Ti	Spuren / Mikrolegierung nicht typisch in Q235	≤0.05 (Mikrolegierung)	Q345 verwendet häufig Mikrolegierung (Nb, V, Ti) in einigen Untergruppen, um die Streckgrenze durch Kornverfeinerung und Ausscheidungshärtung zu erhöhen.
B	Spuren	Spuren	Sehr niedrig, wenn vorhanden; kann die Härtbarkeit auf ppm-Niveau beeinflussen.
N	Spuren	Spuren	Kontrolliert, um die Schweißbarkeit und Festigkeit in mikrolegierten Stählen zu beeinflussen.

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Erhöhter Mn und kontrollierte Mikrolegierung (Nb, V, Ti) in Q345 erhöhen die Streckgrenze, verfeinern die Korngröße und verbessern die Zähigkeit, ohne dass ein proportionaler Anstieg des Kohlenstoffs erforderlich ist. - Niedriger Kohlenstoffgehalt in beiden Qualitäten unterstützt die Schweißbarkeit, während Mikrolegierung und leicht höherer Mn in Q345 die Härtbarkeit und Streckgrenze erhöhen. - Schwefel und Phosphor sind in beiden begrenzt, um Sprödigkeit zu minimieren und die Zähigkeit zu verbessern.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen im gewalzten Zustand: - Q235: Überwiegend Ferrit-Perlit-Mikrostruktur nach dem Warmwalzen. Der niedrige Kohlenstoffgehalt erzeugt eine relativ weiche, duktilere Matrix mit begrenzter Verstärkung durch Perlit. - Q345: Ferrit-Perlit mit feinerer Korngröße und manchmal dispergierten Mikrolegierungsniederschlägen (NbC, V(C,N), TiN), die durch Ausscheidung und Kornverfeinerung verstärken.

Reaktion auf thermische Verarbeitung: - Glühen/Normalisieren: Beide Qualitäten reagieren auf das Normalisieren mit Kornverfeinerung und moderater Festigkeitsanpassung; Q345 profitiert mehr, da Mikrolegierungsniederschläge das Kornwachstum kontrollieren. - Abschrecken und Anlassen: Beide können abgeschreckt und angelassen werden, aber Q345 ist besser geeignet für höhere Festigkeitsniveaus mit weniger Kohlenstoff, da Mikrolegierung und Mn die Härtbarkeit erhöhen. Das Anlassen nach dem Abschrecken bietet ein Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Festigkeit. - Thermo-mechanische Kontrollverarbeitung (TMCP): Wird häufig für Q345 verwendet, um eine feinkörnige Mikrostruktur und verbesserte Zähigkeit bei niedrigeren Legierungsniveaus zu erreichen. Q235 verwendet typischerweise konventionelles Warmwalzen mit weniger Nutzen aus TMCP für die Festigkeit.

Implikation: Die Legierung und modernen Verarbeitungswege von Q345 ermöglichen eine höhere Streckgrenze bei vergleichbarer Zähigkeit, mit besserer Kontrolle der Eigenschaften über die Dicke hinweg als bei einfachem Q235.

4. Mechanische Eigenschaften

Die folgende Tabelle zeigt typische Mindestwerte oder Bereiche; die genauen Werte hängen von der Untergruppe, Dicke und Wärmebehandlung ab.

Eigenschaft	Q235 (typisch)	Q345 (typisch)
Streckgrenze (MPa)	~235 (mindestens spezifiziert)	~345 (mindestens spezifiziert)
Zugfestigkeit (MPa)	~375–500	~470–630
Dehnung (% in 50 mm)	≥20–26	≥18–22
Schlagzähigkeit (Charpy-V-Kerbe)	Variiert; ausreichend bei Umgebungstemperatur; begrenzte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, es sei denn, spezifiziert	Im Allgemeinen bessere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen in TMCP/Q345-Varianten; oft bei −20 °C spezifiziert
Härte (HB)	Niedriger Bereich, abhängig vom Produkt	Höherer Bereich, aber immer noch moderat (so konzipiert, dass er schweißbar ist)

Interpretation: - Q345 ist die stärkere Qualität in Bezug auf Mindeststreck- und Zugfestigkeit, aufgrund der Legierungs- und Mikrolegierungsstrategie. - Q235 ist im Allgemeinen duktiler im gewalzten Zustand; Q345 bietet ein günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht mit wettbewerbsfähiger Duktilität und verbesserter Zähigkeit, wenn es richtig verarbeitet wird. - Die Schlagzähigkeit muss für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen spezifiziert werden; Q345-Varianten, die durch TMCP hergestellt werden, zeigen oft überlegene Zähigkeit bei subambienten Temperaturen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt, dem Kohlenstoffäquivalent und der Anwesenheit von Mikrolegierungselementen ab. Nützliche Indizes:

• Internationales Institut für Schweißen Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Qualitative Interpretation: - Q235 hat typischerweise ein niedrigeres $CE_{IIW}$ aufgrund seines bescheidenen Mn- und niedrigen C-Gehalts; dies ergibt eine ausgezeichnete allgemeine Schweißbarkeit mit geringen Vorwärm-Anforderungen für dünne Abschnitte. - Q345 hat höheren Mn und enthält Mikrolegierungselemente, die $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ leicht erhöhen, sodass Vorwärmung und Temperaturkontrolle zwischen den Schweißdurchgängen für dickere Abschnitte wichtiger sein können, um Kaltverzug und wasserstoffunterstützten Riss zu vermeiden. - Mikrolegierungselemente in Q345 erhöhen die Härtbarkeit lokal; Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) sollten Dicke, Wärmeinput und Wasserstoffkontrolle berücksichtigen. - Der Einsatz von wasserstoffarmen Elektroden, kontrolliertem Wärmeinput und geeigneter Vorwärmung/nach dem Schweißen Wärmebehandlung (PWHT), wo erforderlich, wird die Schweißintegrität für beide Qualitäten aufrechterhalten.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder Q235 noch Q345 sind rostfreie Stähle; die Korrosionsbeständigkeit entspricht der von niedriglegiertem unlegiertem Kohlenstoffstahl.
• Übliche Schutzmethoden: Feuerverzinkung, Zink-Elektroplattierung, organische Beschichtungen (Farben, Pulverbeschichtungen) und Korrosionszulagen im Design.
• Für atmosphärische oder milde chemische Einwirkungen ist die Verzinkung plus Beschichtung die übliche Praxis.

PREN (für rostfreie Legierungen) ist für diese nicht rostfreien Baustähle nicht anwendbar, aber der Vollständigkeit halber: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Index ist für Q235/Q345 nicht aussagekräftig, da die Gehalte an Cr, Mo und N zu niedrig sind, um passive Korrosionsbeständigkeit zu verleihen.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Formbarkeit: Q235 ist für das Kaltbiegen, Rollformen und Tiefziehen besser formbar aufgrund seiner niedrigeren Streckgrenze und höheren Duktilität. Für enge Radien oder umfangreiche Formgebung benötigt Q235 weniger Kraft und zeigt weniger Rückfederungsprobleme.
• Bearbeitbarkeit: Beide sind vernünftig bearbeitbar; der höhere Festigkeitsgrad Q345 kann die Werkzeuglebensdauer verringern und leicht höhere Schnittkräfte erfordern. Die Bearbeitbarkeit hängt auch vom Schwefelgehalt ab (freischnitthaltige Qualitäten unterscheiden sich).
• Schneiden und Stanzen: Q235 lässt sich tendenziell einfacher schneiden und stanzen. Q345 kann robustere Werkzeuge und höhere Kräfte erfordern, kann jedoch weiterhin mit Standard-Fertigungsgeräten verarbeitet werden.
• Oberflächenveredelung: Beide akzeptieren konventionelle Veredelungen; die Vorbehandlung für Verzinkung und Beschichtung ist die gleiche.

8. Typische Anwendungen

Q235-Anwendungen	Q345-Anwendungen
Allgemeine Strukturabschnitte (Winkel, Kanäle, I-Träger) in Gebäuden, wo Duktilität und niedrige Kosten dominieren	Strukturkomponenten, die höhere Streckgrenzen oder reduzierte Querschnittsdicken für die gleiche Last erfordern (Brücken, Kräne, schwere Maschinen)
Leichte Fertigung, Rahmen, Halterungen, allgemeine Plattenarbeiten	Druckrahmen, schwere geschweißte Strukturen, Offshore-Plattformen (wo höhere Festigkeit und Zähigkeit benötigt werden)
Rohre für Niederdruck-Wassersysteme, Geländer, Zäune	Geschweißte Strukturen, die höheren statischen oder dynamischen Lasten ausgesetzt sind; Maschinenfundamente und schwere Hebevorrichtungen
Komponenten, bei denen umfangreiche Formgebung oder Fertigung erforderlich ist und die Kostenempfindlichkeit hoch ist	Anwendungen, die Gewicht zu Festigkeit optimieren oder bei denen dickere Abschnitte dennoch Zähigkeitskriterien erfüllen müssen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q235 für unkomplizierte Strukturmitglieder und gefertigte Teile, bei denen Kosten und Formbarkeit die Hauptfaktoren sind. - Wählen Sie Q345, wenn höhere zulässige Spannungen, reduzierte Querschnittsdicken oder verbesserte Zähigkeit bei moderaten zusätzlichen Kosten erforderlich sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Q235 ist in der Regel pro Tonne günstiger als Q345 aufgrund der einfacheren Chemie und geringeren Anforderungen an die Prozesskontrolle.
• Q345 kostet mehr aufgrund strengerer chemischer Kontrollen, Mikrolegierungszusätze und fortschrittlicherer Verarbeitung (TMCP) für konsistente Eigenschaften.
• Verfügbarkeit: Beide Qualitäten sind in Platten-, Coil-, Stangen- und Abschnittsformen weit verbreitet; Q235 ist allgegenwärtig für Rohmaterialien im Bauwesen, während Q345 möglicherweise für bestimmte Untergruppen oder Dicken in einigen Märkten spezifiziert werden muss.
• Einkaufs-Tipp: Geben Sie die genaue Untergruppe, den Dickenbereich und die erforderlichen mechanischen/Schlag-Eigenschaften an, um Verwirrung zu vermeiden und vorhersehbare Preise und Lieferzeiten sicherzustellen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ):

Attribut	Q235	Q345
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet; im Allgemeinen nachsichtig	Sehr gut, kann jedoch zusätzliche Vorwärmsteuerung bei dicken Abschnitten erfordern
Festigkeit–Zähigkeit	Moderate Festigkeit, hohe Duktilität	Höhere Streck- und Zugfestigkeit mit guter Zähigkeit (insbesondere TMCP)
Kosten	Niedriger	Höher
Formbarkeit	Besser für starke Formgebung	Ausreichend, erfordert jedoch mehr Kraft/Werkzeuge

Abschließende Empfehlungen: - Wählen Sie Q235, wenn: Ihr Design Kosteneffizienz und umfangreiche Kaltformung oder einfache geschweißte Fertigung für strukturelle Anwendungen bei Umgebungstemperatur priorisiert, bei denen die Standardstreckniveaus (~235 MPa) ausreichend sind. - Wählen Sie Q345, wenn: Sie höhere Entwurfsstreck- und Zugfestigkeit benötigen, um die Querschnittsdicke oder das Gewicht zu reduzieren, verbesserte Zähigkeit (insbesondere bei subambienten Temperaturen) benötigen oder geschweißte Strukturen spezifizieren, die von HSLA-Mikrolegierung und TMCP-verarbeiteten Platten profitieren.

Letzte Anmerkung: Verweisen Sie immer auf die spezifische Normuntergruppe (z. B. Q235B vs. Q345C) und die erforderlichen mechanischen/Eigenschaftszertifikate, wenn Sie Beschaffungsspezifikationen schreiben. Für geschweißte, dicke oder Niedertemperaturanwendungen sollten Sie explizite Anforderungen an die Charpy-Schlagenergie, Wärmebehandlung und Schweißverfahrensqualifikationen einfügen, um sicherzustellen, dass die gewählte Qualität den Anforderungen im Betrieb entspricht.