Q235NH vs Q355GNH – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Q235NH und Q355GNH sind zwei häufig spezifizierte chinesische Baustähle, die Ingenieure häufig vergleichen, wenn sie tragende, geschweißte oder druckhaltende Komponenten entwerfen. Typische Entscheidungskontexte umfassen das Abwägen von Kosten gegenüber der erforderlichen Streckgrenze, die Auswahl des Materials für Anforderungen an die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und die Entscheidung, ob zusätzliche Mikrolegierungen für höhere Zähigkeit und Festigkeit gerechtfertigt sind.

Der wesentliche technische Unterschied besteht darin, dass Q355GNH spezifiziert und verarbeitet wird, um eine höhere Mindeststreckgrenze zu liefern und im Allgemeinen Mikrolegierungen oder strengere Verarbeitungsrichtlinien enthält, um die Zähigkeit und Festigkeit im Vergleich zu Q235NH zu verbessern. Da beide nicht rostfreie Baustähle sind, die häufig in normalisierten oder thermomechanisch behandelten Zuständen geliefert werden, werden sie direkt verglichen, wenn Ingenieure Schweißbarkeit, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, Formbarkeit und Materialkosten abwägen müssen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Allgemeine Referenzstandards:
• China: GB/T 700 (allgemeine Kohlenstoff-Baustähle); GB/T 1591 (niedriglegierter hochfester Baustahl); GB/T 232 (warmgewalzte Bleche/Platten) und verwandte nationale Standards, die normalisierte und schlagzähigkeitsgeprüfte Varianten abdecken.
• Internationale Entsprechung: Es gibt kein genaues 1:1 ASTM/EN-Äquivalent, aber Q235 ≈ niedriglegierte Baustähle (z.B. A36/A283-Familie) und Q355 ≈ niedriglegierte HSLA-Stähle in EN (S355-Familie) und ASTM hochfeste Baustähle.
• JIS- und EN-Standards können für den vergleichenden Entwurf verwendet werden, benennen jedoch die Q-Qualitäten nicht um.
• Klassifizierung:
• Q235NH: Kohlenstoff-Baustahl (normalisierte, schlagzähigkeitsgeprüfte Variante).
• Q355GNH: Niedriglegierter/hochfester Baustahl (hochfeste Güte, feinkörnige oder kontrollierte Verarbeitung, angezeigt durch "G", normalisierte, schlagzähigkeitsgeprüfte Variante).

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle zeigt typische Zusammensetzungsbereiche, die häufig in Lieferantendatenblättern und nationalen Standards referenziert werden. Diese Werte sind indikativ; immer mit den Werkszertifikaten oder der spezifischen Standardversion bestätigen.

Element	Typisches Q235NH (Gew.-%)	Typisches Q355GNH (Gew.-%)
C (Kohlenstoff)	~0.12–0.20	~0.12–0.22
Mn (Mangan)	~0.30–1.40	~0.50–1.60
Si (Silizium)	≤0.35 (typisch)	≤0.50 (typisch)
P (Phosphor)	≤0.045 (max)	≤0.035–0.045 (max)
S (Schwefel)	≤0.045 (max)	≤0.045 (max)
Cr (Chrom)	≤0.30 (wenn vorhanden)	Oft ≤0.30; kann in einigen Spezifikationen etwas höher sein
Ni (Nickel)	Spuren bis keine	Spuren bis niedrig (gelegentlich vorhanden)
Mo (Molybdän)	Nicht typisch	Spuren (möglich in spezifischen Varianten)
V, Nb, Ti (Mikrolegierung)	Allgemein keine	Kann Mikrolegierungen (V, Nb, Ti) in Q355-Varianten enthalten, um die Korngröße zu verfeinern und die Festigkeit zu erhöhen
N (Stickstoff)	Kontrolliert (für Zähigkeit)	Kontrolliert (für Zähigkeit)

Hinweise: - Q235NH ist im Wesentlichen ein niedriglegierter, niedriglegierter Stahl, der in einem normalisierten und schlagzähigkeitsgeprüften Zustand bereitgestellt wird; die Zusammensetzung wird einfach gehalten, um die Duktilität und Schweißbarkeit zu maximieren. - Q355GNH zielt typischerweise auf eine höhere Streckgrenze ab, indem der Kohlenstoff- und Mangangehalt leicht erhöht und/oder kontrollierte Mikrolegierungszusätze (V, Nb, Ti) sowie thermo-mechanische Verarbeitung verwendet werden, um die Korngröße zu verfeinern und die Zähigkeit zu verbessern, ohne auf einen hohen Legierungsgehalt zurückzugreifen.

Wie sich die Legierung auf die Leistung auswirkt: - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit und Härte, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität, wenn er signifikant erhöht wird. - Mangan erhöht die Härtbarkeit und Zugfestigkeit und unterstützt die Entgasung. - Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) erzeugen feine Ausscheidungen, die Korngrenzen fixieren, die Streckgrenze durch Ausscheidungshärtung erhöhen und die Zähigkeit bei korrekter Verarbeitung verbessern. - Schwefel und Phosphor werden niedrig gehalten, um Versprödung und schlechte Ermüdungs-/Schweißeigenschaften zu vermeiden.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - Q235NH: Ferrit-Perlit-Mikrostruktur nach Normalisierung. Normalisierung verfeinert die Korngröße im Vergleich zum warmgewalzten Material und verbessert die isotrope Zähigkeit im Vergleich zu nicht normalisierten warmgewalzten Stählen. - Q355GNH: Feinkörniger Ferrit mit einem höheren Anteil an vergütetem Bainit oder Niedertemperatur-Perlit, abhängig von der Verarbeitung. Wenn mikrolegiert und thermomechanisch kontrolliert, kann Q355GNH eine verfeinerte, gleichmäßige Ferritkorngröße mit feinen Karbid- oder Karbonitrideinschlüssen aufweisen.

Wärmebehandlungs- und Verarbeitungseffekte: - Normalisierung (Luftkühlung aus Austenit): Beide Güten profitieren von der Normalisierung, um die Mikrostruktur zu homogenisieren und die Zähigkeit zu verbessern — bezeichnet durch das "N" in der Güte. - Thermo-mechanisches Walzen (kontrolliertes Walzen): Wird häufiger für Q355-Varianten verwendet, um höhere Festigkeit und Zähigkeit durch Kornverfeinerung und Ausscheidungshärtung zu erreichen, ohne den Kohlenstoffgehalt signifikant zu erhöhen. - Abschrecken und Anlassen: Wird typischerweise nicht auf Q235NH angewendet; Q355-Varianten, die für noch höhere Festigkeit vorgesehen sind, könnten in abgeschreckten und angelassenen Zuständen in anderen Produktlinien verfügbar sein, aber das ändert die Gütebezeichnung und die Erwartungen an die Lieferkette.

Praktische Implikation: - Q235NH ist einfach zu wärmebehandeln (normalisieren) und die Mikrostruktur (Ferrit-Perlit) vorherzusagen. - Q355GNH reagiert auf engere Prozesskontrollen und Mikrolegierungen; die gleiche Wärmebehandlung kann eine höhere Streckgrenze und bessere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erzeugen, da die Körner und Ausscheidungen verfeinert sind.

4. Mechanische Eigenschaften

Die folgende Tabelle fasst typische mechanische Eigenschaftsbereiche zusammen, die häufig mit den beiden Güten assoziiert werden; bestätigen Sie die vertraglich vereinbarten Materialien durch Zertifikat.

Eigenschaft	Q235NH (typisch)	Q355GNH (typisch)
Mindeststreckgrenze (Rp0.2)	~235 MPa (Basis der Benennung)	~355 MPa (Basis der Benennung)
Zugfestigkeit (Rm)	~370–500 MPa	~490–630 MPa
Dehnung (A)	Höhere Duktilität; z.B. ≥20–26% (variiert je nach Dicke)	Geringere Dehnung als Q235NH; z.B. ≥18–22% (variiert je nach Dicke)
Schlagzähigkeit	Spezifiziert als Charpy-V-Kerbe bei gegebener Temperatur; normalisiert für gute Zähigkeit	Oft für niedrigere Temperaturen spezifiziert; verbesserte Zähigkeit durch Mikrolegierung/Prozesskontrolle
Härte	Niedriger (einfachere Bearbeitung/Formgebung)	Höher (erhöhte Festigkeit; moderate Härteerhöhung)

Interpretation: - Festigkeit: Q355GNH ist das stärkere Material per Design, mit einer erheblich höheren Mindeststreckgrenze und einem höheren Zugfestigkeitsbereich. - Zähigkeit: Bei ordnungsgemäßer Verarbeitung und Schlagprüfung können beide Güten die Zähigkeitsanforderungen erfüllen; Q355GNH erfordert oft eine sorgfältigere Verarbeitung, um sicherzustellen, dass die Zähigkeit durch höhere Festigkeit nicht beeinträchtigt wird. - Duktilität/Formbarkeit: Q235NH ist im Allgemeinen duktiler und nachgiebiger bei Umformoperationen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffäquivalent und der Härtbarkeit sowie von Mikrolegierungen und Dicke ab.

Nützliche empirische Formeln: - Kohlenstoffäquivalent (IIW), das häufig zur Bewertung der Schweißbarkeit verwendet wird: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Vorhergesagter Kaltverzug-Index $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - Q235NH: Niedriger Kohlenstoff, begrenzte Legierung — im Allgemeinen ausgezeichnete Schweißbarkeit mit niedrigen Vorwärm-Anforderungen für gängige Dicken und reduziertes Risiko von wasserstoffinduzierten Kaltverzügen. - Q355GNH: Höherer Mn- und mögliche Mikrolegierungen erhöhen die Härtbarkeit; dies kann $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ im Vergleich zu Q235NH erhöhen, was auf einen größeren Bedarf an Aufmerksamkeit für Vorwärmung, Interpass-Temperatur und Wasserstoffkontrolle beim Schweißen dicker Abschnitte hinweist. Es wird empfohlen, geeignete Schweißverfahrensspezifikationen und Qualifikationen zu verwenden. - Mikrolegierungen erhöhen die Festigkeit, können jedoch auch die Tendenz zu lokalen harten Zonen im Schweiß-HAZ erhöhen, wenn die thermischen Zyklen nicht kontrolliert werden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl Q235NH als auch Q355GNH sind Kohlenstoff- (oder niedriglegierte) Stähle; sie sind nicht rostfrei und erfordern daher Schutzmaßnahmen für exponierte Umgebungen.
• Übliche Schutzstrategien: Feuerverzinkung, zinkreiche Grundierungen, Epoxid- oder Polyurethanbeschichtungen, kathodischer Schutz für eingetauchte Strukturen und geeignete Oberflächenvorbereitung.
• PREN (Pitting-Widerstandsäquivalentzahl) ist für diese nicht rostfreien Stähle nicht anwendbar. Für rostfreie Legierungen ist der Index, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ bedeutend; nicht relevant für Q-Qualitäten ohne signifikanten Cr/Mo/N-Gehalt.

Hinweise zur Korrosionsauswahl: - Oberflächenbehandlungen erhöhen die Kosten, können jedoch die Lebensdauer erheblich verlängern; dickere Beschichtungen oder Verzinkungen sind für tragende Elemente, die Wetter ausgesetzt sind, üblich. - Für atmosphärische oder Spritzzonen sollten Verzinkungen oder Duplexsysteme (Zink + Farbe) in Betracht gezogen werden.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Beide Güten lassen sich leicht mit Flamme oder Plasma schneiden; das Brennschneiden ist für dickere Platten üblich. Q355GNH kann aufgrund der höheren Härte etwas mehr Energie oder langsamere Schneidparameter erfordern.
• Umformen und Biegen: Q235NH hat überlegene Formbarkeit und Rückfederungseigenschaften; Q355GNH kann geformt werden, erfordert jedoch engere Biegeradius-Regeln und kontrolliertere Prozessparameter, um Rissbildung zu vermeiden.
• Bearbeitbarkeit: Der niedrige Kohlenstoffgehalt in Q235NH führt zu guter Bearbeitbarkeit. Q355GNH, das höherfest und möglicherweise mikrolegiert ist, kann etwas abrasiver auf Werkzeugen sein und langsamere Vorschübe/Schnitttempo erfordern.
• Oberflächenveredelung: Beide akzeptieren typische Oberflächenbehandlungen; Vor- und Nachschweißschleifen und -bearbeitungspraktiken sind ähnlich, aber Q355GNH kann in wärmebeeinflussten Zonen höhere Härte zeigen.

8. Typische Anwendungen

Q235NH (häufige Anwendungen)	Q355GNH (häufige Anwendungen)
Allgemeine Bauelemente (Träger, Kanäle), bei denen Wirtschaftlichkeit und Formbarkeit wichtig sind	Bauteile, die eine höhere Tragfähigkeit oder reduzierte Querschnittsdicke erfordern (Brücken, Kräne, schwere Rahmen)
Rohrstützen, nicht kritische Druckteile, bei denen normalisierter Zustand und Zähigkeit erforderlich sind	Geschweißte Strukturen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind oder bei denen Gewichtseinsparungen erforderlich sind (Offshore-Plattformen, schwere Maschinenrahmen)
Fertigteile mit umfangreicher Umformung/Schweißen	Komponenten, die für eine garantierte Mindeststreckgrenze von ~355 MPa und Schlagzähigkeit bei niedrigeren Temperaturen spezifiziert sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q235NH, wenn die Herstellungspriorität in der Formgebung, Kosteneffizienz und guter Schweißbarkeit liegt. - Wählen Sie Q355GNH, wenn eine Reduzierung des strukturellen Gewichts, höhere Entwurfsbelastungen oder ein höherer Sicherheitsfaktor bei der Streckgrenze erforderlich ist und wenn Produktionskontrollen die Zähigkeit gewährleisten können.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Q235NH ist in der Regel pro Tonne günstiger als Q355GNH aufgrund der einfacheren Chemie und geringeren Verarbeitungsanforderungen. Q355GNH ist typischerweise teurer aufgrund strengerer Prozesskontrollen, höherer Festigkeitsstufen und möglicher Mikrolegierungszusätze.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind in Platten, Coils und Baustahlprofilen in Märkten, in denen chinesische Güten vorrätig sind, weit verbreitet. Die Verfügbarkeit nach Dicke, Breite und zertifizierten Schlagprüfungsniveaus hängt vom Anbieter ab — Q235-Varianten sind in der Regel breiter vorrätig.

Beschaffungstipp: - Geben Sie die erforderlichen mechanischen Prüfungen, Schlagtemperaturen und Werksprüfzertifikate ausdrücklich an; Preisunterschiede können durch reduzierte Fertigungskosten (dünnere Abschnitte) ausgeglichen werden, wenn die höherfeste Güte ausgewählt wird.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Kategorie	Q235NH	Q355GNH
Schweißbarkeit	Sehr gut (niedriger CE)	Gut bis moderat (höherer CE; möglicherweise mehr Schweißkontrollen erforderlich)
Festigkeit – Zähigkeitsbalance	Moderate Festigkeit, hohe Duktilität/Zähigkeit	Höhere Festigkeit mit ingenieurtechnischer Zähigkeit durch Verarbeitung
Kosten	Niedriger	Höher

Empfehlungen: - Wählen Sie Q235NH, wenn Sie hervorragende Formbarkeit und Schweißbarkeit, niedrigere Materialkosten benötigen und Ihre Entlastungen mit einem Material mit ~235 MPa Streckgrenze erfüllt werden können. - Wählen Sie Q355GNH, wenn Ihr Entwurf eine höhere Mindeststreckgrenze (≈355 MPa) erfordert, möglicherweise eine Verdünnung der Abschnitte für Gewichtseinsparungen zulässt und Ihre Fertigungsprozesse etwas engere Schweiß- und Formkontrollen zur Erhaltung der Zähigkeit ermöglichen können.

Letzte Anmerkung: Stellen Sie immer sicher, dass Sie das Werksprüfzertifikat für die gelieferte Platte oder den Abschnitt erhalten und überprüfen. Geben Sie die erforderliche Schlagprüftemperatur und Akzeptanzniveaus in den Einkaufsunterlagen an und validieren Sie die Qualifikationen der Schweißverfahren, wenn Sie in der Produktion von Q235NH auf Q355GNH wechseln.