Q235A vs Q235B – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Q235A und Q235B sind zwei häufig spezifizierte Grade aus der Q235-Familie von kohlenstoffhaltigen Baustählen gemäß dem chinesischen Standard GB/T 700. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wählen häufig zwischen ihnen für Strukturkomponenten, Platten und gewalzte Profile, bei denen Grundfestigkeit, Schweißbarkeit und Kosten wichtig sind. Typische Auswahl-Szenarien balancieren Schweißbarkeit und Formbarkeit gegen Kerbschlagzähigkeit und Eignung für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen diesen beiden Graden ist die Kontrolle der Zähigkeit und die damit verbundenen Stahlherstellungspraktiken: Ein Grad wird ohne eine auferlegte Anforderung an die Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen produziert und geliefert und kann daher mit weniger strengen Entgasungs-/Sauerstoffkontrollpraktiken hergestellt werden; der andere wird spezifiziert, um eine minimale Schlagenergie bei einer definierten Temperatur zu zeigen, was sowohl die Schmelz-/Entgasungskontrolle als auch die Inspektion beeinflusst. Aufgrund dieses Unterschieds wird Q235B im Allgemeinen behandelt, um eine konsistentere Zähigkeit als Q235A zu erreichen und wird bevorzugt, wo Schlagfestigkeit erforderlich ist.

1. Standards und Bezeichnungen

• Wichtige Standards und Querverweise:
• GB/T 700 — Chinesischer nationaler Standard für warmgewalzten, niedriglegierten Baustahl (definiert die Q235-Serie).
• Übliche internationale Entsprechungen für das allgemeine Verständnis: ASTM A36 (Baustahl), EN S235 (Baustähle), JIS G3101 SS400 (Japan). Hinweis: Dies sind ungefähre funktionale Äquivalente, keine direkten chemischen/mechanischen Identitätsübereinstimmungen.
• Materialklassifikation:
• Q235A und Q235B sind einfache niedriglegierte Baustähle (nicht-legierte Kohlenstoffstähle). Sie sind weder rostfrei noch HSLA im modernen Sinne von hochfesten niedriglegierten Stählen, noch Werkzeugstähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Hinweise: - Die Q235-Familie ist als niedriglegierter, niedrigkohlenstoffhaltiger Baustahl konzipiert. Die Legierung ist absichtlich minimal, um die Kosten niedrig zu halten und eine gute Schweißbarkeit und Formbarkeit zu erhalten. - Das Vorhandensein von Mangan und Silizium in kontrollierten Mengen unterstützt die Zugfestigkeit und Entgasung. Mikrolegierungen (V, Nb, Ti) sind kein Merkmal von Q235—wenn sie in kommerziellen Materialien vorhanden sind, sind sie normalerweise auf Rückstandslevel. - Für jedes Projekt immer das tatsächliche chemische Zertifikat von der Mühle bestätigen, da die Werte je nach Produktform und Hersteller variieren.

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität, wenn der Gehalt steigt; der niedrige Kohlenstoffgehalt von Q235 hält ein gutes Gleichgewicht. - Mangan erhöht die Härtbarkeit und Zugfestigkeit, aber übermäßiges Mn kann die Rissanfälligkeit erhöhen. - Entgasungsmittel (Si, Al, Mn) und der Entgasungsweg (randgewalzt, halbgetötet, getötet) beeinflussen die Einschlüsse und die innere Porosität; diese beeinflussen wiederum die Kerbschlagzähigkeit und die Schweißleistung.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

• Typische Mikrostruktur: Warmgewalzte Q235-Stähle erzeugen eine überwiegend ferritische Matrix mit polygonalem Ferrit und etwas Perlit, was ihren niedrigen Kohlenstoffgehalt widerspiegelt. Die Mikrostruktur ist nachgiebig gegenüber gängigen Kaltumform- und Schweißoperationen.
• Auswirkungen der Verarbeitung:
• Normalisieren: Produziert eine gleichmäßigere Ferrit-Perlit-Struktur, verfeinert moderat die Korngröße und verbessert die Konsistenz der Zähigkeit. Wird für Standard-Q235 nicht häufig benötigt.
• Härten & Anlassen: Nicht typisch oder wirtschaftlich für Q235; diese Stähle sind nicht für eine Wärmebehandlung zur Festigkeitssteigerung ausgelegt.
• Thermomechanische Verarbeitung: Kontrolliertes Walzen und beschleunigtes Abkühlen können die Kornstruktur verfeinern und die Zähigkeit erhöhen; solche Ansätze verschieben das Material in Richtung höherfester Baustahlfamilien, was nicht der typischen Q235-Praxis entspricht.
• Grad-spezifische mikrostrukturelle Implikationen:
• Q235A: Mit lockereren Zähigkeitsanforderungen und potenziell weniger strenger Entgasung kann es mehr Variation im Einschlüssegehalt und in der lokalen Zähigkeit aufweisen.
• Q235B: Produziert, um eine Schlagenergieanforderung bei 0 °C zu erfüllen, sodass Mühlen häufig getötete oder sauerstoffarme Praktiken und Prozesskontrollen anwenden, um eine konsistente Mikrostruktur und weniger schädliche Defekte zu erreichen, was zu einer besseren Kerbschlagzähigkeit führt.

4. Mechanische Eigenschaften

Erklärung: - Beide Grade haben dasselbe nominale Ziel für die Streckgrenze (235 MPa). Zug- und Dehnungseigenschaften werden stark von der Dicke und den Walzpraktiken beeinflusst, nicht nur von der A/B-Endung. - Q235B muss eine minimale Schlagenergie bei einer bestimmten Temperatur (gewöhnlich 0 °C) erfüllen. Diese Prüfanforderung führt dazu, dass Q235B-Material eine konsistentere Kerbschlagzähigkeit als Q235A aufweist. - Q235A kann mechanisch äquivalent bei statischer Belastung sein, ist jedoch weniger kontrolliert hinsichtlich der Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von niedriglegierten Stählen ist im Allgemeinen gut; sowohl Q235A als auch Q235B gelten als leicht schweißbar mit Standardfüllerstoffen und gängigen Schweißverfahren. Wichtige Überlegungen:

• Kohlenstoffgehalt ist niedrig (C ≤ 0.22), was eine gute Schweißbarkeit und niedrige Vorwärm-Anforderungen für typische Dicken begünstigt.
• Härtbarkeit ist niedrig; daher ist das Risiko harter, spröder wärmebeeinflusster Zonen im Vergleich zu höherkohlenstoffhaltigen Stählen begrenzt.
• Entgasung und Rückstände beeinflussen die Wasserstoffaufnahme und den Einschlüssegehalt; die Produktionskontrollen von Q235B zur Erfüllung der Schlagprüfung neigen dazu, die Einschlüsse zu verkleinern und sauerstoffbedingte Defekte zu reduzieren, was die Schweißbarkeit in Bezug auf Rissbeständigkeit und Zähigkeit der wärmebeeinflussten Zone erheblich verbessern kann.

Nützliche Schweißbarkeitsindizes (qualitativ interpretieren): - Kohlenstoffäquivalent für IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Niedriger $CE_{IIW}$ impliziert leichtere Schweißbarkeit mit reduziertem Bedarf an Vorwärmung/Nachwärmung. - Internationaler Parameter $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - $P_{cm}$ wird verwendet, um die Anfälligkeit für Kaltverriss zu bewerten; typische Q235-Grade geben niedrige Werte und sind unter normalen Praktiken nicht anfällig für wasserstoffunterstützten Kaltverriss.

Interpretation: Beide Grade geben im Allgemeinen niedrige $CE_{IIW}$- und $P_{cm}$-Werte, da sie niedriglegiert und minimal legiert sind. Das niedrigere Rest-Sauerstoffniveau und die kleineren Einschlüsse von Q235B können zu einer leicht besseren Zähigkeit der wärmebeeinflussten Zone und einer geringeren Anfälligkeit für schweißbedingte Sprödigkeit führen, insbesondere bei eingeschränktem oder niedrigtemperaturigem Einsatz.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Q235A und Q235B sind einfache Kohlenstoffstähle (nicht rostfrei). Sie sind auf Beschichtungen und Konstruktionsmaßnahmen für den Korrosionsschutz angewiesen.
• Typische Schutzstrategien:
• Feuerverzinkung für langfristige Außenanwendungen.
• Schutzfarben und -primer (Epoxid, Polyurethan) in industriellen Umgebungen.
• Oberflächenbehandlungen (kaltgewalzt/strahlgebläst), um die Haftung der Beschichtung zu verbessern.
• Rostfreie Korrosionsindizes wie PREN sind für Q235-Grade nicht anwendbar, da sie vernachlässigbares Chrom, Molybdän oder Stickstoff für die Bildung passiver Filme enthalten. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Dieser Index ist nur für rostfreie Legierungen relevant und daher für Q235 nicht aussagekräftig.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Formbarkeit: Der niedrige Kohlenstoffgehalt und eine duktil-ferritische Matrix machen beide Grade leicht zu biegen, zu walzen und zu formen für Platten und Profile. Die bessere Kerbschlagzähigkeit von Q235B kann das Risiko von Randrissen beim Formen enger Radien oder bei der Arbeit bei niedrigeren Temperaturen verringern.
• Bearbeitbarkeit: Q235-Stähle lassen sich gut mit Standardwerkzeugen bearbeiten; die Bearbeitungsgrade variieren zwischen A und B nur geringfügig, es sei denn, spezifische Rückstandselemente sind vorhanden. Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten den Praktiken für Baustahl entsprechen.
• Oberflächenbehandlung: Die Oberflächenqualität wird durch Walzen und Beizen bestimmt. Die Produktionspraktiken von Q235B zur Erfüllung der Schlagprüfung können marginal bessere innere Festigkeit und Oberflächenkonsistenz für Schweißen und Fertigung ergeben.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q235A, wenn Kosten und Verfügbarkeit dominieren und die Einsatzbedingungen keine Anforderungen an die Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen stellen. - Wählen Sie Q235B, wenn der Code oder die Anwendung ein nachgewiesenes Schlagenergielevel (gewöhnlich bei 0 °C) erfordert oder wenn eine verbesserte Zähigkeit aufgrund potenzieller Schlag- oder Kerbspannungen gewünscht ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Beide Grade sind im Vergleich zu legierten Stählen wirtschaftlich preiswert. Q235A ist typischerweise der günstigste, da es die zusätzlichen Verarbeitungs- und Testkosten vermeidet, die erforderlich sind, um die Schlagleistung zu garantieren. Q235B hat einen moderaten Aufpreis, um die kontrollierte Entgasung, Verarbeitung und Schlagprüfung widerzuspiegeln.
• Verfügbarkeit nach Produktform: Platten, warmgewalzte Coils, Bleche und Strukturprofile in Q235 sind weit verbreitet von inländischen und internationalen Lieferanten erhältlich. Q235B kann in einigen Produktdicken oder Oberflächen aufgrund von Testbeschränkungen etwas weniger verbreitet sein, bleibt jedoch von großen Mühlen leicht erhältlich.
• Lieferzeiten: Zusätzliche Tests und Zertifizierungen für Q235B können im Vergleich zu Q235A geringfügige Lieferzeiten hinzufügen—berücksichtigen Sie dies in den Beschaffungsplänen, wenn eine Schlagzertifizierung erforderlich ist.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Empfehlungen: - Wählen Sie Q235A, wenn Ihre Anwendung allgemeine Strukturarbeiten umfasst, bei denen Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen nicht erforderlich ist, Sie das kostengünstigste Material benötigen und Standard-Schweißbarkeit und Formbarkeit ausreichend sind. - Wählen Sie Q235B, wenn das Design oder der Code eine minimale Schlagenergie bei etwa 0 °C erfordert oder wenn Sie eine engere Gewissheit über Kerbschlagzähigkeit und innere Festigkeit wünschen (für geschweißte Strukturen, Komponenten, die moderaten Schlägen ausgesetzt sind, oder den Einsatz in kühleren Klimazonen).

Letzte Anmerkung: Q235A und Q235B teilen sich die gleiche Grundchemie und nominale Festigkeitsstufe, unterscheiden sich jedoch in der Zähigkeitsverifizierung und den damit verbundenen Stahlherstellungssteuerungen. Geben Sie immer die erforderliche Schlagprüftemperatur und -energie an (oder akzeptieren Sie die Zertifizierung des Lieferanten) und bestätigen Sie die chemischen und mechanischen Prüfberichte von der Mühle vor der Beschaffung oder kritischen Fertigung.