Q345 vs Q355 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Q345 und Q355 sind zwei weit verbreitete, in China bezeichnete Baustähle, die häufig bei der Planung, Herstellung und Beschaffung von Gebäuden, Brücken, Druckteilen und schweren Geräten berücksichtigt werden. Ingenieure wägen routinemäßig Faktoren wie Festigkeit versus Schweißbarkeit, Kosten versus Sicherheitsmarge und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ab, wenn sie zwischen diesen Güten auswählen.

Der zentrale praktische Unterschied besteht darin, dass Q355 eine höhere nominale Streckgrenze als Q345 angibt, während es innerhalb derselben Familie von niedriglegierten, hochfesten Baustählen bleibt. Da die beiden Güten eine ähnliche Chemie und Verarbeitungswege teilen, wird die Auswahl oft durch die erforderliche Streckgrenze, Dicke/Querschnittsbeschränkungen, Schlagfestigkeit und Kosten angetrieben, anstatt durch radikal unterschiedliche Materialverhalten.

1. Normen und Bezeichnungen

• Primäre chinesische Norm: GB/T 1591 (hochfeste niedriglegierte Baustähle), die die Serien Q345 und Q355 umfasst.
• Andere verwandte Normen und Querverweisfamilien (Verfügbarkeit und genaue Entsprechung variieren je nach Region und Anwendung): EN (z. B. S355-Familie), ASTM/ASME-Baustähle, JIS; beachten Sie, dass die direkte Entsprechung zwischen GB und EN/ASTM nicht genau ist und für jede Anwendung validiert werden muss.
• Klassifizierung: sowohl Q345 als auch Q355 sind HSLA (hochfeste niedriglegierte) Kohlenstoff-/Mikrolegerungs-Baustähle (nicht rostfrei, keine Werkzeugstähle, keine hochlegierten Stähle).

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die Q-Serie-Stähle sind so konzipiert, dass sie eine höhere Streckgrenze durch kontrollierten Kohlenstoffgehalt in Kombination mit Mikrolegerung und thermo-mechanischer Kontrolle der Mikrostruktur erreichen. Die genauen Grenzen variieren je nach Untergüte (z. B. Q345A/B/C/D/E-Varianten); die folgende Tabelle gibt typische Zusammensetzungsbereiche an, die für die technische Auswahl und den Vergleich verwendet werden. Konsultieren Sie immer das anwendbare Zertifikat und die Norm für präzise Grenzen.

Element	Typisches Q345 (Gew%)	Typisches Q355 (Gew%)
C	0.12 – 0.20	0.10 – 0.20
Mn	0.80 – 1.60	0.80 – 1.60
Si	0.20 – 0.50	0.20 – 0.50
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	≤ 0.30 (falls vorhanden)	≤ 0.30 (falls vorhanden)
Ni	≤ 0.30 (falls vorhanden)	≤ 0.30 (falls vorhanden)
Mo	≤ 0.08 (gelegentlich)	≤ 0.08 (gelegentlich)
V	Spuren (Mikrolegerung)	Spuren (Mikrolegerung)
Nb	Spuren (Mikrolegerung)	Spuren (Mikrolegerung)
Ti	Spuren (Mikrolegerung)	Spuren (Mikrolegerung)
B	Spuren (selten)	Spuren (selten)
N	kontrolliert (niedrig)	kontrolliert (niedrig)

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff und Mangan steuern hauptsächlich die Festigkeit durch Festkörperlösungsstärkung und beeinflussen die Härtbarkeit. - Mikrolegerungselemente (Nb, V, Ti) fördern die Kornverfeinerung und die Ausscheidungsstärkung, verbessern die Streckgrenze ohne große Erhöhungen des Kohlenstoffs (was die Schweißbarkeit erhält). - Niedriger Schwefel- und Phosphorgehalt wird spezifiziert, um die Zähigkeit und Schweißqualität zu erhalten.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - Warmgewalzte oder normalisierte Platten von Q345 und Q355 zeigen im Allgemeinen eine Ferrit-Perlit-Matrix mit verfeinerten Körnern aufgrund von Mikrolegerung und kontrolliertem Walzen. Q355-Güten, die auf höhere Streckgrenzen abzielen, können eine leicht höhere Versetzungsdichte und stärkere Ausscheidungs-/Härtungseffekte durch kontrollierte thermo-mechanische Verarbeitung aufweisen. - Keine der Güten wird hauptsächlich als vergütete Stähle geliefert; sie sind als Baustähle gedacht, die für die Verarbeitung im warmgewalzten oder normalisierten Zustand geeignet sind.

Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren: Beide Güten reagieren auf das Normalisieren mit Kornverfeinerung und moderaten Erhöhungen von Festigkeit und Zähigkeit. Normalisieren kann verwendet werden, um die Struktur für schwere Querschnitte zu homogenisieren. - Härten und Anlassen: möglich, aber weniger häufig für diese Stähle; Q345/Q355 kann auf höhere Festigkeitsniveaus gehärtet werden, aber Kompromisse bei Zähigkeit und Verzug sowie die Notwendigkeit einer strengeren Zusammensetzungskontrolle machen Q&T selten für die Standard-Baustahlversorgung. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): Moderne Produktionswege nutzen TMCP, um die Streckgrenze zu erhöhen und gleichzeitig die Zähigkeit zu erhalten, ein Hauptmechanismus, durch den Q355 eine höhere garantierte Streckgrenze bei ähnlicher Chemie erreicht.

4. Mechanische Eigenschaften

Die folgenden Werte sind repräsentative typische Eigenschaftsbereiche, wie sie im normalisierten/gewalzten Zustand geliefert werden – die endgültigen Eigenschaften hängen von der Vergütung, der Dicke und der Untergüte ab.

Eigenschaft	Typisches Q345	Typisches Q355
Festgelegte Streckgrenze (typisch)	~345 MPa (nominales Ziel)	~355 MPa (nominales Ziel)
Zugfestigkeit (Rm)	~470 – 630 MPa	~490 – 640 MPa
Dehnung (A5, % typisch)	20 – 26% (abhängig von der Dicke)	18 – 25% (abhängig von der Dicke)
Charpy-Schlag (V-Kerbe)	Für Untergüten spezifiziert; typischerweise 27 J @ spezifizierter Temperatur (variabel)	Ähnliche Anforderungen; kann bei gleicher oder niedrigerer Temperatur spezifiziert werden
Härte (HB)	~120 – 190 HB (variabel mit Wärmebehandlung und Dicke)	~120 – 200 HB (leicht höher möglich)

Interpretation: - Q355 wird mit einer höheren minimalen Streckgrenze und oft einem leicht höheren Zugbereich spezifiziert; der Anstieg ist moderat, aber bedeutend für das strukturelle Design (ermöglicht kleinere Querschnitte oder höhere zulässige Spannungen). - Zähigkeit (Schlag) ist mehr eine Funktion der Auswahl der Untergüte (A/B/C/D/E), der Dicke und der Prüftemperatur als der nominalen Gütenummer. Die richtige Auswahl der Untergüte ist entscheidend für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird durch den Kohlenstoffäquivalent- und Mikrolegerungsgehalt beeinflusst. Zwei gängige empirische Formeln zur Bewertung der Schweißbarkeit sind:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

und

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

Qualitative Interpretation: - Sowohl Q345 als auch Q355 sind so formuliert, dass der Kohlenstoffgehalt und die Kohlenstoffäquivalente relativ niedrig gehalten werden. Mikrolegerung (Nb, V, Ti) bietet Festigkeit ohne große Erhöhungen des Kohlenstoffs, was hilft, die Schweißbarkeit zu erhalten. - Q355 kann in bestimmten Untergüten eine leicht höhere Härtbarkeit aufgrund der Verarbeitung und marginal unterschiedlichen Chemie aufweisen; daher kann die Vorwärm- und Interpass-Temperaturkontrolle für dickere Querschnitte von Q355 etwas konservativer sein als für Q345. - Für kritische Schweißnähte folgen Sie der Verfahrensqualifikation (WPS/PQR), berücksichtigen Sie die Dicke und verwenden Sie Vorwärmung/Nachwärmung gemäß dem berechneten $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ und den anwendbaren Richtlinien des Herstellers/Standards. - Wasserstoffkontrolle, richtige Auswahl des Schweißzusatzwerkstoffs und Kontrolle der Wärmezufuhr sind entscheidend, um Kaltverzug in beiden Güten zu vermeiden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder Q345 noch Q355 sind rostfreie Stähle; die Korrosionsbeständigkeit entspricht der von niedriglegierten Kohlenstoffstählen und beruht daher auf Strategien zum Oberflächenschutz.
• Typische Schutzmethoden: Feuerverzinkung, Zinkmetallisierung, organische Beschichtungen (Farben, Pulverbeschichtung), kathodischer Schutz und effektives Design zur Vermeidung von Wasserfallen.
• PREN (Pitting-Widerstands-Äquivalentzahl),

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

ist ein Index für rostfreien Stahl und nicht auf Q345/Q355 anwendbar; diese Indizes sind nur relevant für austenitische oder duplex rostfreie Stähle, die signifikantes Cr, Mo und N enthalten. - Für Anwendungen, die aggressiven Umgebungen (maritim, chemisch) ausgesetzt sind, wählen Sie korrosionsbeständige Legierungen oder wenden Sie robuste Beschichtungen an, anstatt sich auf Q345/Q355 im Originalzustand zu verlassen.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Beide Güten lassen sich gut mit oxy-fuel, Plasma- und Laserprozessen schneiden; die Schneidparameter können je nach Dicke und Wärmezufuhr angepasst werden, um die HAZ-Effekte zu minimieren.
• Formen/Biegen: Die Formbarkeit ist gut; niedriger Kohlenstoff und Mikrolegerung helfen, die Duktilität zu erhalten. Minimale Biegeradien hängen von der Dicke und der Untergüte ab; die leicht höhere Streckgrenze von Q355 kann marginal größere Biegeradien für denselben Formprozess erfordern.
• Zerspanbarkeit: typische Zerspanbarkeit von Kohlenstoffstahl; die leicht höhere Festigkeit von Q355 kann den Werkzeugverschleiß moderat erhöhen. Wählen Sie Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe basierend auf den Zugfestigkeitseigenschaften und der Querschnittsdicke.
• Oberflächenfinish: Beide akzeptieren Schweißen, Schleifen und Zerspanen; Vorsicht bei Restspannungen und Verzug für enge Toleranzen bei der Verarbeitung.

8. Typische Anwendungen

Q345 — Typische Anwendungen	Q355 — Typische Anwendungen
Allgemeine Stahlbauarbeiten: Rahmen, Stützen, mittelschwere Träger, Säulen	Schwerere Strukturteile: hochbelastete Träger, Kranbahnen, Brückenteile
Fertigteile, bei denen Kostenempfindlichkeit im Vordergrund steht und eine Streckgrenze von 345 MPa ausreichend ist	Anwendungen, bei denen eine leicht höhere Streckgrenze eine Reduzierung der Querschnitte oder höhere zulässige Spannungen ermöglicht
Maschinenfundamente, sekundäre tragende Elemente	Primäre tragende Elemente, hochbelastete geschweißte Baugruppen
Druckbehälter oder Tanks (wenn durch Vorschriften erlaubt und mit entsprechender Zertifizierung)	Strukturelle Komponenten in kalten Regionen, in denen höhere Festigkeit spezifiziert ist (unterliegt der Schlaguntergüte)
Zäune, Plattformen, allgemeine Fertigung	Schwere Ausrüstungen, maritime Strukturen (mit Beschichtungen), hochbelastete Rahmen

Auswahlbegründung: - Verwenden Sie Q345, wenn die standardmäßige strukturelle Festigkeit ausreicht und die Priorität auf niedrigeren Materialkosten und einfacher Formgebung liegt. - Verwenden Sie Q355, wenn die Konstruktionen eine höhere garantierte Streckgrenze erfordern, um die Querschnittsgröße zu reduzieren oder höhere Entwurfsbelastungen zu erfüllen, vorausgesetzt, die Schweißbarkeit und die Schlaganforderungen sind kompatibel.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Q355 ist typischerweise pro Masse etwas teurer als Q345 aufgrund höherer garantierter mechanischer Eigenschaften und der Verarbeitung, die erforderlich ist, um die Anforderungen von Q355 zu erfüllen. Der Aufpreis variiert je nach Markt, Werk, Produktform und globalen Stahlpreisen.
• Verfügbarkeit: Beide Güten werden weit verbreitet produziert und sind in Platten-, Coil- und Profilformen erhältlich. Die Verfügbarkeit spezifischer Untergüten, Dicken und zertifizierter Prüfberichte hängt von den Möglichkeiten des Werks und den regionalen Lieferketten ab.
• Beschaffungstipp: Geben Sie Untergüte, Schlagtemperatur und Produktform klar in den Bestellungen an, um Fehlanpassungen zu vermeiden und um sicherzustellen, dass die richtigen Werkzertifikate vorliegen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Attribut	Q345	Q355
Schweißbarkeit	Gut — breiter duktiler Bereich; niedriges CE bei Mikrolegerung	Gut — leicht höhere Härtbarkeit möglich; kann konservative Vorwärmung für dicke Querschnitte erfordern
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Moderate Festigkeit mit guter Duktilität/Zähigkeit	Höhere Streckgrenze für dieselbe Familie; leichter Kompromiss in der Duktilität bei gleicher Zusammensetzung, aber durch TMCP ausgeglichen
Kosten	Niedriger (typischerweise)	Höher (typischerweise)

Fazit und Anleitung: - Wählen Sie Q345, wenn: Ihr Design einen zuverlässigen, wirtschaftlichen HSLA-Baustahl erfordert, bei dem die nominale Streckgrenze von ~345 MPa die Entwurfsanforderungen erfüllt; wenn Formgebung und einfache Verarbeitung Priorität haben; und wenn Kostenempfindlichkeit und weit verbreitete Verfügbarkeit wichtig sind. - Wählen Sie Q355, wenn: Sie den moderaten, aber nützlichen Anstieg der garantierten Streckgrenze benötigen, um die Querschnittsgrößen zu reduzieren oder zulässige Lasten zu erhöhen; wenn die Projektspezifikation ausdrücklich eine höhere Streckgrenze verlangt; und wenn die marginalen zusätzlichen Kosten durch strukturelle oder Gewichtseinsparungen gerechtfertigt sind.

Letzte Anmerkung: Sowohl Q345 als auch Q355 sind Teil derselben Baustahlfamilie; die richtige Wahl hängt von der Entwurfsbelastung, der Dicke und den Schweißbedingungen, den Zähigkeitsanforderungen und den Gesamtkosten über den Lebenszyklus ab. Geben Sie immer die genaue Untergüte, die Schlagleistungs-Temperatur und die erforderliche Werkstoffprüfdokumentation an und validieren Sie die Schweißverfahren mit $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$-basierten Bewertungen für kritische Fertigungen.