S220GD vs S250GD – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

S220GD und S250GD sind handelsübliche, feuerverzinkte Baustahlgüten, die für kaltgeformte Profile, Gebäudehüllen und allgemeine Strukturkomponenten verwendet werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wählen routinemäßig zwischen ihnen, wenn sie Kosten, Formbarkeit, Schweißbarkeit und die erforderliche Mindesttragfähigkeit abwägen.

Der wichtigste praktische Unterschied zwischen den beiden ist ihre garantierte Mindeststreckgrenze: Eine Güte garantiert ein niedrigeres Streckniveau und die andere ein höheres. Da beide für kontinuierliche Verzinkungslinien produziert werden und ähnliche Chemie und Verarbeitungswege teilen, fällt die Auswahl typischerweise darauf zurück, ob die zusätzliche Festigkeit des höherwertigen Materials Kompromisse bei Formbarkeit, Schweißbarkeit oder Kosten für eine bestimmte Anwendung rechtfertigt.

1. Normen und Bezeichnungen

• EN / Europäisch: S220GD, S250GD — gängige Produktbezeichnungen für feuerverzinkte Stähle in EN 10346 (kontinuierlich feuerverzinkter Stahl).
• ISO: Oft über EN / ISO harmonisierte Normen für beschichtete Stähle referenziert.
• Andere regionale Normen: Entsprechende strukturelle kaltgeformte Stähle existieren in JIS, GB und ASTM Produktfamilien, aber die Bezeichnung "SxxxGD" ist europäischer Herkunft und wird von globalen Stahlproduzenten, die verzinkte Coils und Bleche liefern, weit verbreitet verwendet.
• Materialfamilie: Sowohl S220GD als auch S250GD sind niedriglegierte, mikrolegierte/hochfeste niedriglegierte (HSLA) Stähle, die für Formbarkeit und Beschichtung ausgelegt sind; sie sind keine rostfreien, Werkzeug- oder hochlegierten Stähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die Güten S220GD und S250GD sind als niedriglegierte Stähle mit kontrollierten Mengen an Mangan, Silizium und kleinen Zusätzen von mikrolegierenden Elementen (Nb, Ti, V) formuliert, wenn erforderlich, um höhere Festigkeiten durch thermomechanische Verarbeitung zu erreichen. Exakte Zusammensetzungen sind lieferantenspezifisch und unterliegen den Produktstandards und dem Herstellungsweg.

Tabelle: Typische Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%). Dies sind indikative Bereiche, die in der Praxis verwendet werden; immer die Lieferanten-Mühlenzertifikate für Beschaffung und Schweißverfahren konsultieren.

Element	S220GD (typische Bereiche, Gew.-%)	S250GD (typische Bereiche, Gew.-%)
C	≤ 0.12 (oft ≤ 0.10)	≤ 0.12 (oft ≤ 0.10)
Mn	0.3 – 1.0	0.3 – 1.2
Si	≤ 0.50 (oft 0.02 – 0.15)	≤ 0.50 (oft 0.02 – 0.15)
P	≤ 0.025	≤ 0.025
S	≤ 0.010	≤ 0.010
Cr	≤ 0.30 (Spuren)	≤ 0.30 (Spuren)
Ni	≤ 0.30 (Spuren)	≤ 0.30 (Spuren)
Mo	≤ 0.10 (wenn verwendet)	≤ 0.10 (wenn verwendet)
V	≤ 0.05 (mikrolegierte Varianten)	≤ 0.05 (mikrolegierte Varianten)
Nb	≤ 0.05 (wenn mikrolegiert)	≤ 0.05 (wenn mikrolegiert)
Ti	≤ 0.05 (wenn verwendet)	≤ 0.05 (wenn verwendet)
B	Spuren	Spuren
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff und Mangan sind die Hauptbeiträge zur Festigkeit. Kohlenstoff erhöht die Zug-/Streckfestigkeit, reduziert jedoch die Schweißbarkeit und Formbarkeit, wenn er erhöht wird. - Silizium und Mangan beeinflussen ebenfalls die Entgasung und die Festigkeitssteigerung durch feste Lösung. - Mikrolegierung mit Nb, Ti oder V ermöglicht eine höhere Streckgrenze durch Ausscheidungshärtung und verfeinerte Korngröße unter Verwendung von thermomechanischer Kontrolle, was höhere Festigkeiten ohne übermäßigen Kohlenstoff ermöglicht. - Niedrige Phosphor-/Schwefelgehalte verbessern die Zähigkeit und Formbarkeit.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Mikrostruktur unter Standardproduktion: - Beide Güten werden typischerweise durch kontrolliertes Warmwalzen hergestellt, gefolgt von entweder Kühlprofilen (TMCP — thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung) oder konventionellem Kaltwalzen und Glühen vor der Verzinkung. Typische Mikrostrukturen sind Ferrit mit kontrollierten Mengen an Bainit oder feinem Perlit, abhängig von der Verarbeitung. - S220GD, das eine niedrigere garantierte Festigkeit aufweist, wird oft mit einer ferritischeren Mikrostruktur und weniger mikrolegierten Ausscheidungen produziert, was die Duktilität und Formbarkeit begünstigt. - S250GD enthält im Allgemeinen entweder eine leicht höhere Versetzungsdichte oder kontrollierte mikrolegierte Ausscheidungen und eine feinere Korngröße, die während TMCP entwickelt wurde, um die Streckgrenze zu erhöhen, ohne große Kohlenstofferhöhungen.

Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren und Härten & Anlassen sind keine üblichen Produktionsschritte für diese beschichteten Stähle; sie werden hergestellt, um die Festigkeit durch Walzen und TMCP zu erreichen, anstatt durch Bulk-Wärmebehandlung. - Wenn lokal (z. B. beim Schweißen) erneut erhitzt wird, hängt die Mikrostruktur im wärmebeeinflussten Bereich von der Höchsttemperatur und der Abkühlrate ab. Das Design mit niedrigem Kohlenstoff begrenzt die Härtbarkeit und verringert das Risiko der Bildung von sprödem Martensit im Vergleich zu höherlegierten Baustählen, aber mikrolegierende Elemente können die Härtbarkeit leicht erhöhen.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Typische Vergleiche mechanischer Eigenschaften. Die Werte sind repräsentativ; die tatsächlich gelieferten Werte müssen in den Mühlenzertifikaten überprüft werden und hängen von der Dicke und Verarbeitung ab.

Eigenschaft	S220GD	S250GD
Minimale Streckgrenze (Rp0.2)	220 MPa (garantiert)	250 MPa (garantiert)
Typische Zugfestigkeit (Rm)	Moderat; abhängig von Dicke/Prozess; üblicherweise im niedrigen bis mittleren Bereich für Strukturbleche	Leicht höher als S220GD; variiert mit der Verarbeitung
Dehnung (A%)	Allgemein höhere Duktilität als S250GD bei gleicher Dicke	Leicht reduzierte Dehnung im Vergleich zu S220GD bei äquivalenten Dicken
Schlagzähigkeit	Allgemein ausreichend für kaltgeformte Strukturteile; nicht universell spezifiziert	Vergleichbar, aber spezifische Zähigkeit hängt von TMCP und Chemie ab
Härte	Niedrig bis moderat, geeignet für die Formgebung	Im Durchschnitt leicht höher aufgrund der erhöhten Festigkeit

Interpretation: - S250GD ist stärker in Bezug auf die minimale Streckgrenze; dies ist absichtlich, um ein dünneres Materialdesign oder eine höhere Tragfähigkeit zu ermöglichen. - S220GD wird typischerweise einfacher zu formen sein und kann eine leicht bessere Dehnbarkeit und Biegefestigkeit bieten. - Zähigkeitsunterschiede sind subtil und prozessabhängig — keine der Güten ist von Natur aus spröde; die Schlagfestigkeit muss bestätigt werden, wenn eine Leistung bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist.

5. Schweißbarkeit

Überlegungen zur Schweißbarkeit hängen vom Kohlenstoffäquivalent und dem mikrolegierten Gehalt ab. Für die qualitative Bewertung der Schweißbarkeit werden zwei häufig verwendete Indizes herangezogen: das IIW-Kohlenstoffäquivalent und das Pcm des International Institute of Welding.

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

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

Qualitative Interpretation: - Sowohl S220GD als auch S250GD sind niedriglegierte Stähle mit relativ niedrigem CE$_{IIW}$ und Pcm im Vergleich zu hochfesten, vergüteten Stählen. Das macht sie im Allgemeinen geeignet für gängige Lichtbogenschweißverfahren (MMA, MIG/MAG, TIG) mit standardmäßigen Vorwärmpraktiken. - S250GD, wenn es durch Mikrolegierung oder TMCP anstelle von erhöhtem Kohlenstoff verstärkt wird, behält typischerweise eine gute Schweißbarkeit; jedoch kann ein erhöhter Mn- oder mikrolegierter Gehalt CE erhöhen und lokal die Härtbarkeit steigern, was in dickeren Abschnitten oder kalten Bedingungen kontrolliertes Vorwärmen oder Nachwärmebehandlung erfordern kann. - Für kritische geschweißte Strukturen konsultieren Sie die CE/Pcm-Werte des Lieferanten und befolgen Sie die empfohlenen Schweißzusätze sowie Vorwärm-/Nachwärmeverfahren. Verwenden Sie Schweißnahtdesign und wasserstoffarme Zusatzstoffe, um das Risiko zu minimieren.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl S220GD als auch S250GD sind beschichtete Güten: die Endung „GD“ bezeichnet eine feuerverzinkte Beschichtung (Zink), die als kontinuierliches beschichtetes Produkt geliefert wird. Die verzinkte Schicht bietet kathodischen Schutz für unlegierten Stahl.
• Standardstrategien zum Korrosionsschutz: Wählen Sie die geeignete Beschichtungsmasse (g/m²), berücksichtigen Sie Vorbehandlungen und Farbsysteme für atmosphärisch exponierte oder aggressive Umgebungen und spezifizieren Sie Kanten- oder Nahtschutz, wo erforderlich.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) gilt für rostfreie Legierungen und nicht für verzinkte niedriglegierte Stähle; zur Referenz:

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

Dieser Index ist nicht anwendbar auf S220GD/S250GD, da sie keine rostfreien Stähle sind.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Kaltumformung und Biegen: S220GD, mit seiner niedrigeren garantierten Streckgrenze, bietet typischerweise eine leicht bessere Formbarkeit und größere zulässige Biegeradien für eine gegebene Dicke. Die Umformgrenzen sollten durch Vollversuche oder Lieferantendatenblätter bestimmt werden.
• Stanzen und Pressen: Beide Güten sind für Umformoperationen ausgelegt, die im Bauwesen und Dachdeckerhandwerk üblich sind. Die Werkzeuglebensdauer ist ähnlich; jedoch erhöhen die höhere Festigkeit von S250GD die Umformlasten und können den Werkzeugverschleiß beschleunigen.
• Bearbeitbarkeit: Keine der Güten ist für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung optimiert; beide lassen sich ähnlich wie unlegierte Baustähle bearbeiten. Die Bearbeitbarkeit kann mit geeigneten Werkzeugen und Schneidparametern verbessert werden.
• Oberflächenbehandlung: Die verzinkte Beschichtung beeinflusst das Lackieren und die Klebeverbindung. Die Oberflächenvorbereitung (z. B. Chromatkonversion oder geeignete Grundierungen) ist für Farbsysteme Standard.

8. Typische Anwendungen

S220GD (typische Anwendungen)	S250GD (typische Anwendungen)
Dächer und Verkleidungen, wo hohe Formbarkeit erforderlich ist	Strukturprofile und -abschnitte, wo höhere Streckgrenzen dünnere Materialien ermöglichen
Innenschalungen und Kanäle mit umfangreicher Formgebung	Kaltgeformte tragende Pfetten, leichte Strukturrahmen
Unkritische gestanzte/gestanzte Teile	Anwendungen, die einen zusätzlichen Sicherheitsmargen für die Tragfähigkeit erfordern
Wirtschaftliche Anwendungen, die Kosten und einfache Verarbeitung priorisieren	Situationen, in denen eine Gewichtsreduzierung durch dünnere Materialien wünschenswert ist

Auswahlbegründung: - Verwenden Sie S220GD, wenn Formeffizienz, Biegefähigkeit und niedrigere Kosten Prioritäten sind und die erforderlichen Entwurfslasten innerhalb der niedrigeren Streckklasse liegen. - Verwenden Sie S250GD, wenn eine höhere Mindeststreckgrenze dünneres Material ermöglicht oder wenn strukturelle Anforderungen eine höhere garantierte Streckgrenze erfordern.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: S250GD ist typischerweise geringfügig teurer als S220GD aufgrund seiner höheren garantierten mechanischen Eigenschaften und der potenziellen Mikrolegierung oder TMCP-Verarbeitung, die erforderlich ist, um diese zu erreichen. Der Preisaufschlag variiert mit den Marktbedingungen.
• Verfügbarkeit: Beide Güten werden häufig von großen Coil-Lieferanten produziert und sind in gängigen Coil-, Blech- und Schnittformaten weit verbreitet. Die Lieferzeiten sind typischerweise kurz für Standardbeschichtungsmassen und Breiten, aber länger für Spezialbeschichtungen oder sehr enge mechanische Toleranzen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schneller Vergleich (qualitativ)

Attribut	S220GD	S250GD
Schweißbarkeit	Gut — einfacher aufgrund niedrigerer Festigkeitsanforderungen	Gut — leicht höheres CE-Risiko, wenn mikrolegiert
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Gute Duktilität und Zähigkeit für die Formgebung	Höhere Streckgrenze; Zähigkeit ähnlich, wenn richtig verarbeitet
Kosten	Niedriger	Höher (moderater Aufpreis)

Empfehlung: - Wählen Sie S220GD, wenn: Ihre Anwendung die Formgebung, Biegen und Stanzen betont und das wirtschaftlichste verzinkte Blech benötigt, das moderate strukturelle Anforderungen erfüllt; wenn maximale Duktilität für komplexe Profile entscheidend ist. - Wählen Sie S250GD, wenn: Sie eine höhere garantierte Streckgrenze benötigen, um die Abschnittsdicke zu reduzieren, einen höheren Sicherheitsfaktor zu erreichen oder spezifische strukturelle Lastanforderungen zu erfüllen, während Sie die Vorteile einer verzinkten Oberfläche beibehalten.

Letzte Anmerkung: Für Beschaffung und Verarbeitung immer die Mühlenzertifikate für chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Beschichtungsmasse und die empfohlenen Form- und Schweißverfahren des Lieferanten überprüfen. Wo strukturelle Sicherheit oder Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen entscheidend ist, spezifizieren und testen Sie die erforderlichen Eigenschaften, anstatt sich ausschließlich auf den Güternamen zu verlassen.