Q355NH vs COR-TEN C – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen Q355NH und COR-TEN C, wenn sie Baustähle für Außen- oder drucktragende Anwendungen spezifizieren. Die Entscheidung balanciert typischerweise die langfristige atmosphärische Leistung und Wartung (Korrosionsbeständigkeit) gegen mechanische Anforderungen, Schweißbarkeit und Lebenszykluskosten. Q355NH wird am häufigsten gewählt, wenn garantierte Streckgrenze/Zähigkeit und normalisierte Wärmebehandlung entscheidend sind (Druckbehälter, geschweißte Strukturen mit Zähigkeitsanforderungen), während COR-TEN C ausgewählt wird, wenn reduzierte Wartung und die Entwicklung einer schützenden Rostpatina unter atmosphärischer Einwirkung wichtig sind.

Der wesentliche praktische Unterschied besteht darin, dass COR-TEN C entwickelt wurde, um in vielen atmosphärischen Umgebungen eine stabile schützende Oxidschicht zu bilden, wodurch der Bedarf an lackierter Schutzbeschichtung verringert wird, während Q355NH ein normalisierter hochfester Baustahl ist, der für Festigkeit und Zähigkeit optimiert ist und typischerweise konventionelle Beschichtungen für den langfristigen Korrosionsschutz benötigt. Da diese Stähle unterschiedliche primäre Designziele verfolgen, werden sie häufig für den Einsatz in Außenstrukturen im Vergleich zu Druck- oder geschweißten Struktur-Anwendungen verglichen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Q355NH
• Hauptnorm: GB/T 1591 (China) und verwandte nationale Spezifikationen.
• Kategorie: Hochfester, niedriglegierter Baustahl (HSLA), der für den normalisierten Zustand ausgelegt ist; üblich für Druckbehälter und geschweißte Strukturen.
• COR-TEN C
• Übliche Handels-/Bezeichnung: COR-TEN (Wetterstahl) — mehrere proprietäre/standardisierte Äquivalente existieren (z.B. ASTM A242, ASTM A588, EN 10025-5 Familie). "COR-TEN C" wird häufig kommerziell verwendet, um eine C-Klasse Wetterungsqualität mit verbesserter atmosphärischer Korrosionsbeständigkeit zu kennzeichnen.
• Kategorie: Niedriglegierter, atmosphärisch korrosionsbeständiger Baustahl (Wetterstahl).

Weitere verwandte Normen (informativ): - ASTM/ASME: A242, A588 (Wetterstähle); A36, A572 für strukturelle Kohlenstoff-/HSLA-Stähle. - EN: EN 10025-5 behandelt Wetterstähle im europäischen System. - JIS: JIS G3114 und verwandte können Äquivalente haben. Bestätigen Sie immer die genauen Normen und Gradbezeichnungen bei der Spezifikation.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Nachfolgend sind typische Zusammensetzungsbereiche aufgeführt, die in Lieferantendatenblättern und Normenliteratur weit verbreitet sind. Dies sind ungefähre Bereiche; konsultieren Sie die spezifische Norm oder das Werkszertifikat für projektspezifische Spezifikationen.

Element	Q355NH (typischer Bereich, Gew.% )	COR-TEN C (typischer Bereich, Gew.% )
C	0.10 – 0.20	0.06 – 0.20
Mn	0.40 – 1.60	0.30 – 1.35
Si	0.10 – 0.50	0.25 – 0.75
P	≤ 0.025 – 0.040	0.03 – 0.07
S	≤ 0.025 – 0.035	≤ 0.025
Cr	Spuren – 0.30	0.30 – 0.60
Ni	Spuren – 0.60	Spuren – 0.60
Mo	Spuren – 0.10	typischerweise nicht
V	Spuren – 0.10 (Mikrolegerung)	typischerweise nicht
Nb (Nb/Ti)	mögliche Mikrolegerung 0.01–0.06	typischerweise nicht
Ti	Spuren in einigen Chargen	typischerweise nicht
B	Spuren in einigen Mikrolegerungsqualitäten	nicht typisch
N	niedrig (Kontrolle der Zähigkeit)	niedrig

Hinweise: - COR-TEN-Qualitäten enthalten häufig kleine Mengen Cu (Kupfer) und manchmal P als gezielte Legierungselemente, um die Bildung und Stabilität der schützenden Patina zu fördern; Cu ist ein wichtiger Beitrag zur atmosphärischen Korrosionsbeständigkeit, wird jedoch in der obigen Tabelle gemäß dem angeforderten Elementensatz nicht aufgeführt. Typisches Cu für Wetterstähle kann ~0.25–0.75 Gew.% betragen, abhängig von der Spezifikation. - Q355NH verwendet häufig Mikrolegerung (Nb, V, Ti) und kontrolliertes Stickstoff, um die Korngröße zu verfeinern und die Schlagzähigkeit nach der Normalisierung sicherzustellen. - Legierungsstrategie: - Q355NH: Mikrolegerung + kontrolliertes Kohlenstoff und Mn für Festigkeit und Härtbarkeit; Normalisierung ergibt eine feinkörnige ferritisch-perlitische oder bainitische Matrix, abhängig von der Verarbeitung. - COR-TEN C: geringe bis moderate Legierungszusätze (Cr, Cu, P), um die Zusammensetzung der Oberflächenoxidschicht zu modifizieren und die gleichmäßige Korrosion unter zyklischer nass/trockener atmosphärischer Einwirkung zu verlangsamen.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

Q355NH - Typische Verarbeitung: warmgewalzt und normalisiert (die "N"-Bezeichnung zeigt den normalisierten Zustand an), manchmal thermo-mechanisch gewalzt für Q355-Varianten. - Typische Mikrostruktur nach der Normalisierung: verfeinerter Ferrit und Perlit mit dispergierten Mikrolegerausfällungen (NbC, VC, TiN), die die Korngröße stabilisieren und die Zähigkeit verbessern. - Wärmebehandlungsreaktion: Normalisierung (Wiedererwärmung über Ac3 und Luftkühlung) führt zu verbesserter und gleichmäßigerer Zähigkeit im Vergleich zu als gewalztem Material. Q355NH wird normalerweise nicht abgeschreckt und angelassen; Abschreck-/Anlasswege sind in anderen Qualitäten verfügbar, wenn höhere Festigkeit benötigt wird, erfordern jedoch eine sorgfältige Kontrolle.

COR-TEN C - Typische Verarbeitung: warmgewalzt im als gewalzt Zustand und oft unbehandelt gelassen, da das Wetterverhalten durch die Zusammensetzung und nicht durch Wärmebehandlung erreicht wird. - Typische Mikrostruktur: ferritisch-perlitische Matrix; Legierungszusätze fördern die Bildung von legierungsangereicherten Oxidschichten an der Oberfläche. - Wärmebehandlungsreaktion: Normalisierung ist normalerweise nicht üblich; die mechanischen Eigenschaften werden durch die Chemie und das Walzen bestimmt. Thermo-mechanische Behandlungen sind nicht typisch, da das primäre Designziel die atmosphärische Korrosionsleistung und nicht die Maximierung von Festigkeit und Zähigkeit durch Wärmebehandlung ist.

Implikation: Die normalisierte Mikrostruktur von Q355NH liefert vorhersehbare Zähigkeit und ist für geschweißte und Druckanwendungen geeignet; COR-TEN C verlässt sich auf die Oberflächenchemie und eine stabile Mikrostruktur aus dem Walzen für seine schützende Leistung.

4. Mechanische Eigenschaften

Typische Eigenschaftsbereiche (ungefähr; tatsächliche Werte hängen von Dicke, Produktionsweg und Norm ab). Konsultieren Sie die Werkszertifikate für Projektakzeptanzgrenzen.

Eigenschaft	Q355NH (typisch)	COR-TEN C (typisch)
Streckgrenze (MPa)	~355 (Bezeichnungsbasis; ± abhängig von der Dicke)	~300–355
Zugfestigkeit (MPa)	~470 – 630	~470 – 630
Dehnung, % (A)	20 – 26% (abhängig von der Dicke)	18 – 26%
Schlagzähigkeit (Charpy V, J)	Gut — oft bei -20°C oder niedriger spezifiziert (normalisierte Qualität)	Mäßig — ausreichend für viele strukturelle Anwendungen, aber überprüfen Sie die Anforderungen an niedrige Temperaturen
Härte (HB)	~150 – 200	~150 – 190

Welcher ist stärker/zäher/duktiler: - Festigkeit: Beide sind in den Zugbereichen vergleichbar; Q355NH wird spezifiziert, um eine Mindeststreckgrenze von ~355 MPa zu bieten, sodass es eine vorhersehbare Streckgrenze über die Dicken hinweg bietet. - Zähigkeit: Q355NH (normalisiert, mikroleger) ist so konstruiert, dass es die Schlaganforderungen erfüllt und im Allgemeinen eine überlegene garantierte Zähigkeit für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen oder Druckbehältern bietet. - Duktilität: Beide können vergleichbare Dehnungen aufweisen, aber die kontrollierte Verarbeitung von Q355NH bietet eine konsistentere Duktilität in geschweißten Baugruppen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt, dem Kohlenstoffäquivalent und der Mikrolegerung ab. Zwei gängige empirische Indizes:

• Kohlenstoffäquivalent (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretation (qualitativ): - Q355NH: Mäßig niedriger Kohlenstoff und kontrollierte Mikrolegerung führen normalerweise zu einem moderaten $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$, was bedeutet, dass typisches Schweißen mit wasserstoffarmen Verbrauchsmaterialien und Vorwärmekontrolle möglich ist. Das Vorhandensein von Nb/V/Ti erhöht das Risiko der lokalen Härtung im HAZ, sodass Vorwärmung und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) für dicke Abschnitte oder kritische Anwendungen berücksichtigt werden müssen. - COR-TEN C: Kohlenstoff ist typischerweise niedrig bis moderat; jedoch haben Legierungselemente (Cr, Cu, P) geringfügige Auswirkungen auf das Kohlenstoffäquivalent. Wetterstähle können mit geeigneten Verfahren geschweißt werden, aber es muss darauf geachtet werden, dass die Auswahl des Zusatzmaterials das gleiche Korrosionsverhalten wie das Grundmaterial aufrechterhält (das Schweißmetall bildet möglicherweise nicht die gleiche schützende Patina). Eine Nachschweißstressentlastung ist selten erforderlich, es sei denn, sie wird durch das Design vorgeschrieben; vermeiden Sie Schweißverfahren, die übermäßigen Wasserstoff in dicken Abschnitten einführen.

Praktische Hinweise: - Wählen Sie für beide Qualitäten Schweißzusätze, die mit den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und für COR-TEN C mit dem korrosionsbeständigen Verhalten kompatibel sind (verwenden Sie Wetterstahlzusätze, wenn Exposition und Aussehen wichtig sind). - Verwenden Sie Vorwärmung, wenn Dicke, CE oder Einsatzbedingungen ein Risiko für Rissbildung im HAZ anzeigen; befolgen Sie die relevanten Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) und Vorschriften.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• COR-TEN C (Wetterstahl): Entwickelt, um unter wechselnder nasser/trockener atmosphärischer Einwirkung eine fest haftende, stabile Oxidschicht zu bilden, die eine weitere gleichmäßige Korrosion verlangsamt. Das Legierungsverhältnis (Cu, Cr, P) modifiziert die Oxidchemie. Wetterstähle schneiden in vielen ländlichen und städtischen Atmosphären gut ab, sind jedoch in maritimen, kontinuierlich nassen oder stark verschmutzten Umgebungen weniger effektiv, in denen Chloride oder kontinuierliche Feuchtigkeit die stabile Patina-Bildung verhindern.
• Q355NH: Kein Wetterstahl. Langfristige Haltbarkeit bei atmosphärischer Einwirkung erfordert konventionellen Schutz: Beschichtungen (organische Farbsysteme), Verzinkung (heißtauchen) oder Metallisierung. Für korrosive Anwendungen oder maritime Einwirkung spezifizieren Sie zusätzlichen Korrosionsschutz.

Verwendung von Korrosionsindizes: - PREN (für rostfreie Qualitäten) ist nicht anwendbar auf nicht rostfreie Stähle wie diese, aber zur Referenz: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Index wird für die Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen verwendet und gilt nicht für Q355NH/COR-TEN C.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: Beide Stähle sind typische mild/niedriglegierte Qualitäten; die Bearbeitbarkeit ist akzeptabel, aber die Mikrolegerung von Q355NH und die höhere Festigkeit können die Freundlichkeit beim Spanbruch im Vergleich zu einfachen Kohlenstoffstählen verringern. Die Legierungszusätze von COR-TEN C haben geringfügige Auswirkungen auf die Bearbeitbarkeit.
• Formbarkeit: Beide können kalt geformt werden; die höhere Streckgrenze und der normalisierte Zustand von Q355NH können größere Umformkräfte und eine genauere Kontrolle der Biegeradien erfordern. Für komplexe Kaltformungen sollten geglühte oder niedrigere Streckgrenzenalternativen in Betracht gezogen werden.
• Schneiden und Finishing: Standard-Oxyfuel-Schneiden, Plasma- und Bearbeitungsverfahren gelten. Die Oberflächenvorbereitung für Beschichtungen unterscheidet sich: COR-TEN kann unbeschichtet gelassen werden, um eine ästhetische oder funktionale Patina zu entwickeln; Q355NH erfordert eine Oberflächenvorbereitung für Farbe oder Verzinkung.

8. Typische Anwendungen

Q355NH — Typische Anwendungen	COR-TEN C — Typische Anwendungen
Druckbehälterschalen und -teile, bei denen eine normalisierte Mikrostruktur und garantierte Streckgrenze/Zähigkeit erforderlich sind	Brücken, architektonische Fassaden, Skulpturen und Außenstrukturen, bei denen reduzierte Wartung und Patina-Aussehen gewünscht sind
Schwere geschweißte Strukturkomponenten (Rahmen, Kräne), die vorhersehbare Zähigkeit erfordern	Wegweiser, Lagertanks, Eisenbahnwagen (bestimmte Designs) und industrielle Außenstrukturen
Komponenten, die Schlag-/Zähigkeitsanforderungen oder regulierte Designcodes unterliegen	Dekorative Verkleidungen und Gebäudehüllen, bei denen eine Wetterfinish spezifiziert ist
Fertigungsmontagen, bei denen Wärmebehandlung und Schweißverfahrenskontrolle möglich sind	Infrastruktur in nicht-marinen, nicht-kontinuierlich nassen Umgebungen, in denen Patina entsteht

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q355NH, wenn Tragfähigkeit, garantierte Zähigkeit und normengestützte Materialqualifikationen im Vordergrund stehen. - Wählen Sie COR-TEN C, wenn atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, wartungsfreundliche Ästhetik und langfristige Außenexposition in geeigneten Umgebungen Priorität haben.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: COR-TEN C ist oft teurer als generische Kohlenstoffbaustähle aufgrund gezielter Legierungszusätze (insbesondere Kupfer und kontrollierte Chemien). Q355NH liegt typischerweise im Bereich der HSLA-Kohlenstoffstahlpreise, aber spezielle normalisierte oder druckbehälterzertifizierte Platten können Aufpreise verlangen.
• Verfügbarkeit nach Produktform: Q355NH ist in Regionen, die GB-Normen folgen, weit verbreitet in Platten und Strukturprofilen erhältlich; COR-TEN C ist in Platten und Coils für architektonische und strukturelle Märkte weit verbreitet, kann jedoch in einigen Märkten und Dicken weniger häufig sein — die Lieferzeiten können für bestimmte Wetterstahlqualitäten oder zertifizierte Werksprüfberichte länger sein.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Attribut	Q355NH	COR-TEN C
Schweißbarkeit	Gut mit standardmäßigen wasserstoffarmen Verfahren; Mikrolegerung erfordert Aufmerksamkeit	Gut mit geeigneten Zusatzmaterialauswahlen; Schweißmetall muss möglicherweise das Wetterverhalten entsprechen
Festigkeit–Zähigkeit	Hoch, ausgelegt (normalisiert) für garantierte Zähigkeit	Ausreichende Festigkeit; Zähigkeit akzeptabel für typische strukturelle Anwendungen, aber überprüfen Sie die Spezifikationen für niedrige Temperaturen
Kosten	Moderat (HSLA/Druckgrad-Aufpreis möglich)	Oft höher aufgrund von Legierung; Lebenszykluskosteneinsparungen möglich durch reduzierte Wartung

Schlussfolgerungen — Wählen Sie: - Wählen Sie Q355NH, wenn Sie vorhersehbare Streckgrenze und garantierte Schlagzähigkeit benötigen, Druck- oder normengestützte Schweißqualifikationen erfüllen müssen oder wenn die Struktur beschichtet oder kathodisch geschützt wird und nicht auf eine Wetterpatina zur Korrosionskontrolle angewiesen ist. - Wählen Sie COR-TEN C, wenn Ihr Projekt eine Außenanwendung ist, bei der die Bildung einer stabilen schützenden Patina die Wartung (Lackierung) reduzieren kann und die Expositionsumgebung geeignet ist (nicht maritim oder kontinuierlich nass); auch nützlich für architektonische Oberflächen, bei denen das verwitterte Aussehen gewünscht ist.

Letzte Anmerkung: Beide Qualitäten haben legitime, unterschiedliche Anwendungsfälle. Für jede projektbezogene Entscheidung beschaffen Sie die genauen Werkszertifikate, bestätigen Sie die anwendbare Norm (und die dickeabhängigen Eigenschaftstabellen) und führen Sie eine Korrosionsumgebungsbewertung sowie eine Schweißverfahrensqualifikation durch, die für den beabsichtigten Einsatz relevant ist.