Q355NH vs Q355B – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Q355NH und Q355B sind zwei weitverbreitete chinesische Bezeichnungen für Baustähle innerhalb der Q355-Familie. Ingenieure, Einkäufer und Produktionsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen diesen beiden Stählen, wenn sie Platten- und Profilmaterial für Brücken, druckführende Strukturen, Rahmen für schwere Maschinen und geschweißte Konstruktionen spezifizieren. Typische Entscheidungsfaktoren sind der Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit, die Schweißbarkeit und Fertigungsanforderungen sowie der Schutz vor atmosphärischer Korrosion im Vergleich zu den geringsten Anschaffungskosten.

Obwohl beide nichtrostende Kohlenstoff-/niedriglegierte Baustähle sind, bildet die Oberflächenbeständigkeit in Außen- oder Industrieumgebungen eine gängige praktische Vergleichsachse bei der Projektauswahl. Anders gesagt: Keiner der beiden ist von Natur aus ein Edelstahl oder ein wetterfester Stahl, sodass die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit – beeinflusst durch Chemie, Mikrostruktur und Oberflächenschutz – in vielen Spezifikationen ein entscheidendes Kriterium ist. Konstrukteure vergleichen daher Q355NH und Q355B nicht nur hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit, sondern auch in Bezug darauf, wie sie auf Beschichtungen, Verzinken oder unbeschichtete Witterungseinflüsse reagieren.

1. Normen und Bezeichnungen

• Wesentliche chinesische Norm: GB/T 1591 (oder deren Nachfolge-Dokumente) regeln die Q355-Baustähle. Lokale Werksbescheinigungen und Lieferbedingungen geben die genauen Anforderungen vor.
• Äquivalente oder verwandte internationale Bezeichnungen: Es gibt keine direkte 1:1 Entsprechung zu ASTM/ASME-Güten; Q355 wird oft funktional mit HSLA-Stählen wie ASTM A572 Grade 50 oder EN S355 verglichen, jedoch unterscheiden sich die chemischen Zusammensetzungen und Prüfprogramme.
• Klassifikation: Sowohl Q355NH als auch Q355B sind nichtrostende, niedriglegierte/hochefeste Baustähle (HSLA-Kategorie). Es handelt sich weder um Werkzeugstähle, Edelstahl noch um hochlegierte korrosionsbeständige Stähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: Qualitative Angaben zu Legierungs- und Verunreinigungselementen der beiden Güten. Die genauen Werksgrenzen hängen vom jeweiligen Freigabestandard und der Dicke ab; stets Werksprüfzeugnisse prüfen.

Erklärung: - Beide Güten sind primär durch Kontrolle von C und Mn zur Festigkeitssteuerung ausgelegt, wobei P und S als schädliche Verunreinigungen begrenzt werden. Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) kommen häufig bei Q355-Varianten zur Kornfeinung, Festigkeitssteigerung und Zäheitsverbesserung ohne große Kohlenstofferhöhungen zum Einsatz. - Absichtliche Zusätze zur Verbesserung der atmosphärischen Korrosionsbeständigkeit (z. B. kleine Mengen Cu, P oder Cr wie in wetterfesten Baustählen) sind nicht im Basiskonzept von Q355 enthalten und müssen im Werksprüfzeugnis bestätigt werden. In der Praxis ist die Korrosionsbeständigkeit atmosphärischer Witterung vielmehr von Schutzbeschichtungen und speziell für Wetterfestigkeit ausgewiesenen Legierungen als von der Standard-Q355-Chemie abhängig.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsverhalten

• Typische Walzstruktur: Beide Güten werden als Warmgewalzte Bleche mit einer Ferrit-Perlit-Matrix geliefert. Das relative Verhältnis von Ferrit zu Perlit sowie das Vorhandensein feiner Karbide oder Mikrolegierungsabscheidungen bestimmen Festigkeit und Zähigkeit.
• Q355B: für den allgemeinen Baustahlgebrauch mit ausgeglichenem Verhältnis von Festigkeit und Duktilität. Mikrolegierungen können minimal sein; Kornfeinung und Einschlusskontrolle sind übliche Fertigungsparameter.
• Q355NH: Die Modifikatoren „N“ und „H“ bezeichnen üblicherweise normalisierte und verbesserte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen gemäß zugehöriger Q-Güten-Nomenklatur. Normalisieren (Luftabschreckung aus dem Austenitisierungsbereich) verfeinert das Korn, erzeugt feinere Ferrit-Perlit-Strukturen und sorgt für gleichmäßigere Eigenschaften durch die Blechdicke.
• Wärmebehandlungsverhalten:
• Normalisieren verfeinert typischerweise das Korn, verbessert die Schlagzähigkeit und Homogenität; dies ist charakteristisch für NH-gelistete Stähle.
• Abschrecken und Anlassen ist kein übliches Fertigungsverfahren für Q355-Bleche (kein Vergütungsstahl), obwohl lokale Wärmebehandlungen nach dem Schweißen oder für Spezialkomponenten möglich sind.
• Thermomechanische Kontrollwalzung (TMCP) kann angewendet werden, um höhere Festigkeit und feinere Mikrostruktur ohne zusätzliche Normalisierung zu erreichen.
• Praktische Auswirkung: Q355NH-Varianten mit engeren Wärmebehandlungs- und Korngrößenkontrollen weisen typischerweise verbesserte Zähigkeit (insbesondere bei niedrigen Temperaturen) und konsistentere Eigenschaften durch die Dicke als Q355B mit Standardwalz- und Abkühlverfahren auf.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Qualitative und häufig zitierte typische Eigenschaften. Werte und Prüftemperaturen hängen von der Dicke und der spezifischen Norm ab; für projektkritische Werte Werksprüfzeugnisse prüfen.

Interpretation: - Beide Güten sind für eine Streckgrenze von ca. 355 MPa ausgelegt. Der Hauptunterschied liegt in der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und der Homogenität durch die Dicke – Q355NH wird typischerweise gewählt, wenn verbesserte Kerbschlagzähigkeit (z. B. bei −20 °C oder tiefer) und normalisierte Verarbeitung gefordert sind. - Q355B ist eine konventionelle Baustahlgüte und ausreichend, wenn die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen nicht maßgeblich ist.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt, dem Kohlenstoffäquivalent (Härte- und Versprödungstendenz) sowie von Mikrolegierungselementen ab. Zwei gängige Indizes sind:

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

• Internationales 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 Bewertung von Q355B im Vergleich zu Q355NH: - Beide Qualitätsstähle gelten bei Einhaltung geeigneter Vorgaben zu Vorwärmung und Zwischenlagentemperatur für die übliche Schweißtechnik als gut schweißbar. Der niedrige bis moderate Kohlenstoffgehalt und der kontrollierte Mn-Gehalt sorgen für eine Kohlenstoffäquivalenz, die mit gängigen Schweißzusätzen gut zu verarbeiten ist. - Bei Q355NH kann eine bewusste Mikrolegierung oder die Lieferung im normalisierten Zustand die Neigung zur HAZ-Härtung im Vergleich zu Q355B leicht verändern. Die normalisierte Gefügeausbildung reduziert oft die HAZ-Einbrandweichung und verbessert die Zähigkeit, was das Nachschweißverhalten meist günstiger macht. - Praktischer Hinweis: Berechnen Sie stets die relevante Kohlenstoffäquivalenz für die Charge und Dicke, halten Sie sich an die Empfehlungen der Schweißzusatzhersteller und wenden Sie Vorwärmung, Zwischenlagentemperaturkontrolle sowie gegebenenfalls Wärmenachbehandlung nur an, wenn die Berechnungen oder Erfahrungen ein Risiko für Kaltverzug oder reduzierte Zähigkeit anzeigen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Q355NH und Q355B sind nicht rostfreie Stähle; sie bilden keine schützenden Passivschichten wie austenitische oder duplex rostfreie Stähle. Eine atmosphärische Korrosion (Rostbildung) tritt ohne Schutzmaßnahmen auf.
• Typische Schutzmaßnahmen: Feuerverzinken (Sendzimir oder Tauchbad), elektrolytisches Verzinken, Spezifikation von Schutzanstrichen, Polymerbeschichtungen oder der Einsatz von Opferschichten in maritimen Umgebungen.
• Für die Bewertung der Korrosionsbeständigkeit bei rostfreien Stählen wird der Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) verwendet: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3{,}3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Wert ist für Q355-Stähle nicht anwendbar, da Cr, Mo und N nicht in schützenden Konzentrationen enthalten sind.
• Wichtiger Hinweis: Einige Walzwerke fertigen Varianten mit geringen Kupfer- oder Phosphorzusätzen zur Verbesserung des kurzfristigen atmosphärischen Korrosionswiderstands; diese Varianten entsprechen nicht den Standardqualitäten Q355B/Q355NH und müssen explizit bestellt und zertifiziert werden. Für langfristige Außenanwendungen in Industrie- oder Küstenatmosphäre empfiehlt sich die Verwendung eines wetterfesten Baustahls oder ein entsprechendes Schutzsystem.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit

• Verformen und Biegen: Beide Qualitäten sind für die üblichen Blechdicken gut kaltumformbar. Q355NH ermöglicht aufgrund seiner normalisierten Kornstruktur etwas kleinere Biegeradien und konstantere Rückfederung.
• Zerspanbarkeit: Beide gehören zur Gruppe der Kohlenstoffstähle/HSLA-Stähle; ihre Zerspanbarkeit ist durchschnittlich. Mikrolegierungen und höhere Festigkeiten können die Standzeit von Werkzeugen im Vergleich zu unlegierten Baustählen leicht reduzieren.
• Oberflächenvorbereitung und -behandlung: Beide Qualitäten vertragen übliche Oberflächenverfahren wie Strahlen, Grundieren, Verzinken und Lackieren. Für anspruchsvolle optische oder korrosionskritische Anwendungen sind Sauberkeit und Vorbehandlung (z. B. Strahlen nach definierten Sa-Normen) entscheidend.

8. Typische Anwendungen

Zweispaltige Tabelle mit typischen Einsatzgebieten und Auswahlkriterien.

Begründung zur Auswahl: - Wählen Sie Q355B für Standardstrukturen, bei denen das Kostenelement und eine ausreichende Festigkeit wichtig sind und keine besondere Zähigkeit bei tiefen Temperaturen gefordert wird. - Wählen Sie Q355NH bei projektspezifischen Vorgaben für normalisierte Lieferung, verbesserte Zähigkeit bei tiefen Temperaturen oder engere Kontrolle der Dickenrichtungseigenschaften.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relative Kosten: Q355B ist in der Regel kostengünstiger, da der Herstellungsprozess und die Prüfanforderungen standardisierter sind. Q355NH kann höherpreisig sein, insbesondere wenn Normalisierung, zusätzliche Kerbschlagprüfungen bei tiefen Temperaturen oder engere chemische Kontrolle erforderlich sind.
• Verfügbarkeit nach Produktform: Beide Qualitäten sind gängig als warmgewalztes Blech, Breitflanschprofile und geschweißte Rohre erhältlich – die Verfügbarkeit variiert jedoch regional und abhängig vom Walzwerk-Auftragspuffer. Spezielle Chemien oder zertifizierte normalisierte Bleche (Q355NH) können längere Lieferzeiten haben; Verfügbarkeit daher frühzeitig prüfen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (grobe qualitative Gegenüberstellung).

Empfehlungen: - Wählen Sie Q355B, wenn: Ihr Projekt einen kostengünstigen, gebräuchlichen Baustahl mit Standardfestigkeit (≈355 MPa Streckgrenze) erfordert, bei normaler Umgebungstemperatur und moderaten Zähigkeitsanforderungen und eine unbeschichtete Lebensdauer nicht im Vordergrund steht. - Wählen Sie Q355NH, wenn: die Spezifikation verbesserte Tieftemperaturkerbschlagarbeit, normalisierte Behandlung oder enge Kontrollvorgaben der Eigenschaften durch die Dicke (bei dicken Blechen oder schweren Schweißkonstruktionen) verlangt oder die Projektvorschriften explizit die NH-Variante für kritische Schweiß- oder Kaltbetriebsbauteile fordern.

Abschließende praktische Hinweise: - Keine der beiden Qualitäten ist ein rostfreier oder wetterfester Stahl; falls dauerhafte atmosphärische Korrosionsbeständigkeit ohne Beschichtung notwendig ist, wählen Sie einen wetterfesten Stahl oder rostfreie Legierungen oder planen Sie robuste Schutzsysteme (Verzinken, Mehrschichtlackierung) ein. - Prüfen Sie immer das Werkszeugnis hinsichtlich Chemie, Wärmebehandlungszustand, mechanischer Prüfdaten und Kerbschlagprüftemperaturen vor Abnahme. Für geschweißte Strukturen berechnen Sie den geeigneten Kohlenstoffäquivalenzwert und befolgen Sie qualifizierte Schweißprozesse mit entsprechenden Vorwärm-, Zwischenlagen- und Nachbehandlungsmaßnahmen gemäß Berechnung und Praxiswissen.