Q235B vs Q235C – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
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Einführung
Q235 ist eine Familie von chinesischen Standard-Niedrigkohlenstoff-Baustählen, die weit verbreitet im allgemeinen Ingenieurwesen und Bauwesen eingesetzt werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner entscheiden häufig zwischen Untergraden wie Q235B und Q235C, wenn sie Kosten, Schweißbarkeit und Zähigkeit im Betrieb abwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen geschweißte Strukturkomponenten, Maschinenrahmen und Teile, die niedrigen Temperaturen oder stoßanfälligen Bedingungen ausgesetzt sind.
Der wesentliche praktische Unterschied zwischen Q235B und Q235C liegt im erforderlichen Maß an Schlagzähigkeit unter festgelegten Prüfbedingungen: Q235C ist für eine höhere Schlagfestigkeit als Q235B eingestuft und wird häufig ausgewählt, wenn verbesserte Zähigkeit oder Leistung bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist. Chemisch sind beide Grade sehr ähnlich; die Differenzierung erfolgt hauptsächlich in der Prüfung und Qualifikation (und manchmal in der Prozesskontrolle), um diese Zähigkeit zu erreichen.
1. Standards und Bezeichnungen
- Chinesischer Standard: GB/T 700 — die Q235-Familie wird hier definiert. Untergrade A, B, C, D, E zeigen progressiv strengere Anforderungen an die Schlagprüfung und/oder unterschiedliche zulässige Prüftemperaturen und Prozesskontrollen an.
- Internationale Entsprechungen/ verwandte Spezifikationen:
- ASTM/ASME: keine direkte Eins-zu-eins-Entsprechung, aber Q235 wird oft mit ASTM A36 (struktureller Kohlenstoffstahl) in Bezug auf mechanische Eigenschaften und Anwendungen verglichen.
- EN (Europa): ähnliche Verwendung wie S235-Strukturstähle, aber es bestehen Unterschiede in der Zusammensetzung und Prüfung.
- JIS (Japan): keine direkte Eins-zu-eins-Entsprechung; Verwendung und Kategorisierung unterscheiden sich.
- Materialklassifikation: Q235-Varianten sind einfache Kohlenstoff-Baustähle (nicht rostfrei, nicht legiert im hochlegierten Sinne, nicht HSLA nach strengen modernen Definitionen). Sie werden als allgemeiner Kohlenstoff-Baustahl verwendet.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
| Element | Typischer Bereich / Kommentar (Q235-Familie) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | ≤ 0,22% (steuert Festigkeit und Schweißbarkeit) |
| Mn (Mangan) | ≤ 1,40% (Festigkeit, Härtbarkeit, Entgasung) |
| Si (Silizium) | ≤ 0,35% (Entgasungsmittel; geringfügiger Festigkeitseffekt) |
| P (Phosphor) | ≤ 0,035% (Verunreinigungssteuerung; beeinflusst Zähigkeit) |
| S (Schwefel) | ≤ 0,035% (Verunreinigungssteuerung; Bearbeitbarkeit) |
| Cr (Chrom) | Nicht spezifiziert oder Spuren (typischerweise ≤ 0,30% Rest) |
| Ni (Nickel) | Nicht spezifiziert oder Spuren (typischerweise ≤ 0,30% Rest) |
| Mo (Molybdän) | Nicht spezifiziert oder Spuren |
| V, Nb, Ti, B | Microlegierung ist für Q235 nicht typisch; normalerweise abwesend oder in Spuren vorhanden |
| N (Stickstoff) | Rest; kontrolliert, um Versprödung zu verhindern |
Hinweise: - Q235B und Q235C teilen sich im Wesentlichen die gleichen chemischen Zusammensetzungsgrenzen gemäß GB/T 700; die wesentlichen Unterschiede liegen in der Schlagprüfung und der Prozessqualifikation zur Sicherstellung der Zähigkeit. Geringfügige Restbestandteile oder absichtliche Microlegierungen sind für Q235 nicht standardmäßig, können jedoch in Varianten oder proprietären Produkten auftreten. - Legierungsstrategie: Q235 ist eine Niedrigkohlenstoffstrategie, die Schweißbarkeit und Formbarkeit über Festigkeitssteigerungen durch Legierung priorisiert. Niedriger Kohlenstoff hält das Kohlenstoffäquivalent niedrig, verbessert die Schweißbarkeit und minimiert die Härtbarkeit.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Mikrostruktur: - Warmgewalzte Q235-Stähle zeigen typischerweise eine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur: eine weiche ferritische Matrix mit Perlitinseln, die die Festigkeit steuern. - Das Verhältnis von Ferrit und Perlit sowie die Korngröße hängen vom Walzplan, der Abkühlrate und jeglicher thermo-mechanischer Bearbeitung ab.
Reaktion auf Wärmebehandlung: - Q235-Grade werden hauptsächlich in warmgewalztem oder normalisiertem Zustand geliefert. Sie sind nicht für eine signifikante Härtung durch Abschrecken und Anlassen ausgelegt, da ihre Chemie und Querschnittsgrößen die Härtbarkeit begrenzen. - Normalisieren kann die Korngröße leicht verfeinern und die Mikrostruktur homogenisieren, was die Zähigkeit moderat verbessert. - Abschrecken und Anlassen werden im Allgemeinen nicht routinemäßig auf Q235 angewendet, da der niedrige Kohlenstoffgehalt und das Fehlen von Legierungselementen die erreichbare Härte begrenzen und möglicherweise unwirtschaftlich sind; stattdessen werden hochfeste Stähle ausgewählt, wenn abgeschreckte/angelassene Eigenschaften erforderlich sind. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP)-Varianten können von einigen Walzwerken angeboten werden, um die Zähigkeit zu verbessern und die Mikrostruktur ohne chemische Veränderungen zu verfeinern; solche Prozesswege können Zähigkeit auf Q235C-Klasse-Niveau bieten, ohne die Zusammensetzung zu ändern.
Vergleich: - Mikrostrukturell neigt Q235C dazu, zusätzliche Prozesskontrollen oder niedrigere endgültige Walz-/Abkühltemperaturen zu durchlaufen, um eine feinkörnigere Ferrit-Perlit-Struktur und eine bessere Schlagleistung im Vergleich zu standardmäßigem Q235B zu erreichen. Die Grundphasen bleiben in beiden Graden Ferrit und Perlit.
4. Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Q235B (typisch) | Q235C (typisch) | Hinweise |
|---|---|---|---|
| Streckgrenze (Rp0.2 / ReH) | ≈ 235 MPa (Entwurfsstreckgrenze) | ≈ 235 MPa | Die Bezeichnung „235“ bezeichnet das minimale nominale Streckniveau |
| Zugfestigkeit | ~370–500 MPa | ~370–500 MPa | Der Zugbereich hängt von der Dicke und der Praxis der Walzwerke ab; ähnlich für beide Grade |
| Dehnung (A) | ≥ ~20–26% (dickenabhängig) | ≥ ~20–26% | Vergleichbare Duktilität; Q235C kann in einigen Lieferungen des Walzwerks eine leicht bessere Dehnung zeigen |
| Schlagzähigkeit (qualitativ) | Erfüllt die Anforderungen der B-Klasse an die Schlagfestigkeit | Erfüllt strengere Anforderungen der C-Klasse an die Schlagfestigkeit | Q235C ist für höhere Schlagenergie bei einer bestimmten Temperatur spezifiziert und getestet |
| Härte | ~120–160 HB (typisch, warmgewalzt) | ~120–160 HB | Ähnlich in der Härte; Ergebnis der Niedrigkohlenstoffchemie |
Interpretation: - Festigkeit (Streck-/Zugfestigkeit) ist im Wesentlichen gleich: beide sind nominale 235 MPa-Streckstähle. Die praktische mechanische Differenzierung liegt in der Schlagzähigkeit unter festgelegten Prüfbedingungen — Q235C wird auf ein höheres Zähigkeitsniveau kontrolliert. - Duktilität und Härte überschneiden sich erheblich; Prozesskontrolle und Dicke beeinflussen die Werte mehr als der Untergradenbuchstabe in vielen Fällen.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit ist für die Q235-Familie günstig aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts und des niedrigen Kohlenstoffäquivalents (CE). Die Verwendung von Kohlenstoffäquivalenzformeln hilft, das Risiko von Kaltverzügen und Vorwärm-Anforderungen zu bewerten.
Übliche Schweißbarkeitsindizes: - International Institute of Welding Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Umfassenderes Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Für sowohl Q235B als auch Q235C sind $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ typischerweise niedrig aufgrund begrenzter C- und Legierungselemente, was auf eine gute Schweißbarkeit mit herkömmlichen Füllmetallen und Standardverfahren hinweist. - Die höhere Zähigkeitsanforderung von Q235C erhöht den Kohlenstoffgehalt nicht signifikant; jedoch können Prozessschritte, die zur Sicherstellung der Zähigkeit verwendet werden (z. B. feineres Korn, reduzierte Einschlüsse), die lokale Härtbarkeit beeinflussen. In der Praxis sind die Schweißverfahren für Q235C ähnlich wie für Q235B, aber Ingenieure können bei der Schweißung dickerer Abschnitte oder wo die Schlagzähigkeit in der HAZ erhalten bleiben muss, etwas konservativere Vorwärm- oder Zwischenpasskontrollen anwenden. - Führen Sie immer eine Schweißqualifikation durch und berücksichtigen Sie das Gelenkdesign, die Schweißzusätze und die Anforderungen an die Nachbehandlung nach dem Schweißen für kritische Strukturen.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Q235-Grade sind einfache Kohlenstoffstähle und sind nicht korrosionsbeständig wie rostfreie Stähle. Sie benötigen Oberflächenschutz für exponierte Anwendungen.
- Übliche Schutzstrategien:
- Feuerverzinkung für langfristigen atmosphärischen Schutz.
- Organische Beschichtungen (Farben, Pulverbeschichtungen) für architektonische oder milde Umgebungen.
- Öl oder temporäre Beschichtungen für kurzfristigen Schutz während der Lagerung/Transport.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist für Q235 nicht anwendbar, da PREN zur Bewertung von austenitischen rostfreien Stählen verwendet wird: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Für Mitglieder der Q235-Familie sind Korrosionszulagen, Spezifikationen für Beschichtungssysteme und Inspektionspläne die richtigen Entwurfssteuerungen und nicht die Legierungschemie.
7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Formbarkeit: Hervorragende Formbarkeit und Kaltbiegung sind typisch für Q235-Stähle aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts und der einheitlichen Ferrit-Perlit-Mikrostruktur. Rückfederung und Verdünnung folgen den üblichen Mustern von Niedrigkohlenstoffstählen; die Verfahren der Abkantpresse, die für milden Stahl verwendet werden, gelten.
- Bearbeitbarkeit: Q235 verhält sich wie gängige milde Stähle; die Bearbeitbarkeit ist moderat. Höhere Schwefelversionen (nicht standardmäßig in Q235) verbessern den Spanbruch, können jedoch die Zähigkeit verringern.
- Schneiden/Laser/Plasma: Standard-Schneid- und thermische Prozesse werden problemlos angewendet; wärmebeeinflusste Zonen sind leicht kontrollierbar.
- Unterschiede zwischen Q235B und Q235C: minimal für Formen und Bearbeitung. Die zähere Mikrostruktur von Q235C kann die Widerstandsfähigkeit gegen spröde Brüche während der Formgebung, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, verbessern.
8. Typische Anwendungen
| Q235B — Typische Anwendungen | Q235C — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Allgemeine Strukturmitglieder (Träger, Profile, Platten) für Gebäude und allgemeines Ingenieurwesen | Strukturmitglieder und Komponenten, die für leicht höhere Zähigkeit oder niedrige Betriebstemperaturen vorgesehen sind (Rahmen, Chassis, Komponenten für kältere Klimazonen) |
| Fertigung von Maschinenrahmen, geschweißte Baugruppen, Tanks bei Umgebungstemperatur | Geschweißte Strukturen mit erwarteter Schlagbelastung oder wo Qualifikationstests höhere Zähigkeit erfordern |
| Kaltgeformte Abschnitte, kreisförmig geschweißte Rohre, allgemeine Fertigung | Komponenten, bei denen die werkseitig getestete Schlagleistung (C-Klassen-Niveau) zusätzliche Sicherheit für dynamische oder Stoßbelastungen bietet |
| Landwirtschaftliche Geräte, nicht kritische Maschinenbauteile | Material für Auftragnehmer, die schlaggeprüfte Materialien für verbesserte Betriebsresilienz spezifizieren |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q235B für Standardstruktur-Anwendungen, bei denen die Leistung bei Raumtemperatur, die Beschaffungsfreundlichkeit und die Kostenwirksamkeit Priorität haben. - Wählen Sie Q235C für Teile, die höhere Schlagenergie nachweisen müssen oder voraussichtlich dynamischen Lasten oder niedrigen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind, die sich den Spezifikationsprüfgrenzen nähern.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Q235B ist der häufigste und am weitesten verbreitete Untergrad; es ist im Allgemeinen die kostengünstigste Option innerhalb der Q235-Familie, da es nach dem Standardverfahren für Warmwalzen ohne zusätzliche Zähigkeitsqualifikation hergestellt wird.
- Q235C kann einen moderaten Aufpreis haben, der zusätzliche Prozesskontrollen, Tests oder Auswahlkriterien widerspiegelt, die von den Walzwerken erforderlich sind, um höhere Anforderungen an die Schlagenergie zu erfüllen.
- Verfügbarkeit nach Produktform: Beide Grade sind weit verbreitet als warmgewalzte Platten, Coils, Strukturabschnitte und schweißbare Rohre erhältlich. Die Spezifizierung von Q235C kann manchmal zu längeren Lieferzeiten führen, wenn die Walzwerke zusätzliche Schlagtests durchführen oder spezifische thermo-mechanische Behandlungen durchführen müssen.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Kriterium | Q235B | Q235C |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Ausgezeichnet (niedriges CE) | Ausgezeichnet (niedriges CE); ähnliche Verfahren; kann sorgfältige HAZ-Kontrolle in kritischen Schweißnähten erfordern |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Standardstruktur-Zähigkeit | Erhöhte Schlagzähigkeit unter Spezifikationsbedingungen (höhere Sicherheit gegen spröde Brüche) |
| Kosten | Niedriger / wirtschaftlichste | Leicht höher (Test-/Verarbeitungsaufschlag) |
Empfehlung: - Wählen Sie Q235B, wenn Sie einen kostengünstigen, weit verbreiteten Baustahl für geschweißte und geformte Komponenten bei Umgebungstemperatur benötigen, bei denen die Standard-Schlagleistung ausreichend ist. - Wählen Sie Q235C, wenn das Teil Schlagbelastungen, niedrigeren Betriebstemperaturen oder vertraglich geforderter Schlagzertifizierung ausgesetzt wird; spezifizieren Sie Q235C, wenn höhere garantierte Zähigkeit wichtig ist, auch wenn die chemische Zusammensetzung im Wesentlichen gleich bleibt.
Letzter Hinweis: Für kritische Strukturen überprüfen Sie immer das vollständige Werkstestzertifikat, spezifizieren Sie die erforderliche Schlagprüftemperatur und -energie und bestätigen Sie die Qualifikationen der Schweißverfahren sowie die Inspektion nach der Fertigung, um sicherzustellen, dass das gelieferte Material den Projektanforderungen entspricht.