S275 vs S355 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

S275 und S355 sind zwei weit verbreitete europäische Baustähle, die in EN 10025 spezifiziert sind. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig die Kompromisse zwischen Kosten, Festigkeit, Schweißbarkeit und Fertigungsanforderungen ab, wenn sie zwischen ihnen wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen: Minimierung des Gewichts bei gleichzeitiger Einhaltung von Sicherheitsmargen (bevorzugt höhere Festigkeit), Ausbalancierung der Fertigungserleichterung und Schweißrisiko (bevorzugt niedrigere Kohlenstoffäquivalente) sowie Management der Komponentenpreise und Verfügbarkeit.

Der wesentliche technische Unterschied besteht darin, dass S355 auf eine höhere Mindeststreckgrenze als S275 spezifiziert ist, und viele S355-Subgrade enthalten Mikrolegierungen oder strengere Zähigkeitsanforderungen, die zusammen die Verarbeitung und Auswahl beeinflussen. Da beide niedriglegierte/HSLA-Baustähle mit ähnlichen chemischen Fenstern sind, werden sie häufig für Träger, Platten, Profile und geschweißte Konstruktionen verglichen, bei denen strukturelle Leistung, Zähigkeit und Kosten in Einklang gebracht werden müssen.

1. Normen und Bezeichnungen

• EN: EN 10025 Familie — S275 und S355 sind europäische Baustahlgüten (z.B. S275JR, S355J0, S355J2).
• ASTM/ASME: Keine direkte Eins-zu-eins-Entsprechung zu ASTM; ähnliche Rollen werden von ASTM A36 (niedrigere Festigkeit) oder ASTM A572-Güten (höhere Festigkeit, niedriglegiert) erfüllt.
• JIS: Japanische Standards lassen sich nicht direkt zuordnen, haben jedoch Baustähle mit ähnlichen Eigenschaften.
• GB (China): GB/T-Baustahlgüten haben vergleichbare Klassen; beziehen Sie sich auf spezifische Materialzertifikate, anstatt von Gleichwertigkeit auszugehen.
• Klassifikation: Sowohl S275 als auch S355 werden als Kohlenstoff-Mangan-Baustähle innerhalb der HSLA (Hochfeste Niedriglegierte) Familie betrachtet, wenn sie mikrolegiert sind; sie sind keine rostfreien, Werkzeug- oder hochlegierten Stähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle zeigt typische Zusammensetzungsbereiche für häufig gelieferte S275- und S355-Güten. Dies sind indikative Bereiche; genaue chemische Grenzen hängen vom spezifischen EN 10025-Subgrade und der Herstellerzertifizierung ab. Überprüfen Sie immer die Werkstoffzertifikate für die Entwurfsberechnungen.

Element	Typisches S275 (Gew.% )	Typisches S355 (Gew.% )
C (Kohlenstoff)	0.10 – 0.20	0.12 – 0.22
Mn (Mangan)	0.60 – 1.50	0.60 – 1.70
Si (Silizium)	≤ 0.55 (typisch 0.10–0.35)	≤ 0.55 (typisch 0.10–0.35)
P (Phosphor)	≤ 0.035 (max. spezifiziert)	≤ 0.035 (max. spezifiziert)
S (Schwefel)	≤ 0.035 (max. spezifiziert)	≤ 0.035 (max. spezifiziert)
Cr (Chrom)	Spuren – nicht spezifiziert	Spuren – manchmal vorhanden
Ni (Nickel)	Spuren – nicht spezifiziert	Spuren – manchmal vorhanden
Mo (Molybdän)	Spuren, falls vorhanden	Spuren, falls vorhanden
V (Vanadium)	in der Regel keine; einige mikrolegierte Güten enthalten V	kann V in mikrolegierten Varianten enthalten
Nb (Niobium / Cb)	in der Regel keine	oft in kontrollierten Mengen für einige S355-Varianten vorhanden
Ti (Titan)	optional als Entgasungsmittel vorhanden	optional in mikrolegiertem Material vorhanden
B (Bor)	typischerweise nicht verwendet	selten in Baustahlgüten verwendet
N (Stickstoff)	niedrig, kontrolliert	niedrig, kontrolliert

Wie die Legierung das Verhalten beeinflusst: - Kohlenstoff und Mangan steuern hauptsächlich die Grundfestigkeit und Härte; höherer C- und Mn-Gehalt erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Umformbarkeit. - Silizium und kleine Zusätze von Cr, Ni, Mo können die Festigkeit und Härte leicht erhöhen. - Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) ermöglichen höhere Festigkeiten durch Ausscheidungshärtung und Kornfeinung, ohne große Erhöhungen des Kohlenstoffs — vorteilhaft für S355-Varianten, um 355 MPa Streckgrenze zu erreichen und gleichzeitig Schweißbarkeit und Zähigkeit zu erhalten. - Phosphor und Schwefel werden niedrig gehalten, um Zähigkeit und Schweißbarkeit zu bewahren.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - Warmgewalztes S275: überwiegend Ferrit mit polygonalem Ferrit und etwas Perlit, abhängig von der Abkühlrate und dem Kohlenstoffgehalt. Korngröße und Ferrit-Morphologie werden durch thermo-mechanisches Walzen kontrolliert. - Warmgewalztes S355: Ferrit-Perlit mit feinerem Ferrit-Korn in mikrolegierten Varianten; die Ausscheidung von Karbo-Nitriden (NbC, VC) in mikrolegierten Güten stärkt durch Behinderung der Versetzungsbewegung.

Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren: Beide Güten reagieren auf das Normalisieren mit moderater Kornfeinung und leicht höherer Festigkeit und Zähigkeit; wird selten für große Bauteile verwendet. - Härten & Anlassen: Nicht typisch für Standard-S275/S355-Baustahl-Lieferungen; könnte auf speziell wärmebehandelten Varianten angewendet werden, liegt jedoch außerhalb der normalen EN 10025-Praxis. - Thermo-mechanische Kontrollverarbeitung (TMCP): Häufig für S355, um höhere Streckgrenzen und verbesserte Zähigkeit ohne hohen Kohlenstoff zu erreichen. TMCP führt zu feineren Körnern und einem günstigen Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit.

Auswirkungen der Verarbeitungswege: - S355 mikrolegiertes/TMCP-Material erreicht höhere Streckgrenzen mit minimalem Verzicht auf Schweißbarkeit und Zähigkeit im Vergleich zur einfachen Erhöhung des Kohlenstoffs. - S275 ist im Allgemeinen toleranter gegenüber Kaltumformung und weniger anspruchsvoll bei der Schweißvorwärmung aufgrund der niedrigeren Festigkeit und oft niedrigeren Kohlenstoffäquivalente.

4. Mechanische Eigenschaften

Nachfolgend sind repräsentative Bereiche mechanischer Eigenschaften aufgeführt. Die Werte hängen vom Subgrade (JR, J0, J2), der Dicke und der Verarbeitung ab; behandeln Sie die Bereiche als indikativ und überprüfen Sie sie anhand der gelieferten Werkstoffprüfzertifikate.

Eigenschaft	S275 (typisch)	S355 (typisch)
Streckgrenze (MPa, min)	275	355
Zugfestigkeit (MPa)	410 – 560	470 – 630
Dehnung (%)	20 – 25 (abhängig von der Dicke)	18 – 22 (abhängig von der Dicke)
Schlagzähigkeit (Charpy V, J)	JR: 27 J @ +20°C; J0/J2-Varianten für tiefere Temperaturen	JR/J0/J2 verfügbar: z.B. 27 J @ +20°C (JR) oder 27 J @ 0°C / −20°C (J0/J2) abhängig vom Subgrade
Härte (HBW, typisch)	~120 – 180 (variabel)	~140 – 200 (variabel)

Interpretation: - Festigkeit: S355 ist die stärkere Güte durch Design (höhere spezifizierte Streckgrenze und höhere Zugfestigkeitsbereiche). - Zähigkeit: Beide Güten können mit ähnlichen Schlagenergiebewertungen geliefert werden, indem geeignete Subgrade ausgewählt werden (z.B. JR vs J0/J2). Dicke und Wärmebehandlung bestimmen die Zähigkeitsleistung. - Duktilität: S275 zeigt typischerweise eine etwas höhere Dehnung, was es etwas nachgiebiger bei Umformoperationen macht. - Härte korreliert mit der Festigkeit; S355 zeigt typischerweise höhere Härte, was sich auf die Bearbeitung und den Werkzeugverschleiß auswirkt.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt und das Kohlenstoffäquivalent (Härtbarkeit) bestimmt. Mikrolegierungen und Rückstände sind ebenfalls wichtig.

Übliche Schweißbarkeitsindizes: - International Institute of Welding Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - International Institute of Welding praktischer Parameter: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - S355 hat typischerweise ein marginal höheres Kohlenstoffäquivalent als S275 aufgrund des höheren Kohlenstoffs und möglicher Mikrolegierungszusätze; dies erhöht die Neigung zu schweißinduzierten harten Zonen und Wasserstoffrissbildung, wenn nicht verwaltet. - Mikrolegierte S355-Güten verlassen sich oft auf niedrigen Kohlenstoff plus Nb/V/Ti-Zusätze; dies gibt höhere Festigkeit mit relativ kontrolliertem CE und mindert übermäßige Schweißvorwärmung im Vergleich zu hochkohlenstoffhaltigen Stählen. - Praktische Anleitung: Für dickere Abschnitte oder den Einsatz bei niedrigen Temperaturen, wenden Sie Vorwärmung und kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen gemäß CE- oder Pcm-Bewertung an; verwenden Sie geeignete Verbrauchsmaterialien und Nachbehandlung nach dem Schweißen, falls erforderlich.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder S275 noch S355 sind rostfreie Stähle; die allgemeine Korrosionsbeständigkeit ist ähnlich und auf den grundlegenden Widerstand beschränkt, der typisch für einfache Kohlenstoff-Mangan-Stähle ist.
• Typische Schutzstrategien:
• Feuerverzinkung zum Schutz vor atmosphärischer Korrosion (üblich für Bauelemente).
• Beschichtungssysteme (Grundierung + Decklack) für architektonische und maritim exponierte Strukturen.
• Metallisierung, Polymerbeschichtungen oder opferanoden für aggressive Umgebungen.
• Rostfreie Indizes (PREN) sind für S275/S355 nicht anwendbar, da sie keine rostfreien Stähle sind: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Diese Formel ist nur für rostfreie Legierungen mit signifikantem Cr/Mo/N sinnvoll.

Wann andere Materialien in Betracht gezogen werden sollten: - Für chlorideiche oder chemisch aggressive Umgebungen sollten korrosionsbeständige Legierungen in Betracht gezogen werden, anstatt sich nur auf Beschichtungen zu verlassen.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Umformbarkeit

• Schneiden: Plasma-, Sauerstoffbrenn- und Laserschneiden sind Routine. Die höhere Festigkeit von S355 kann leicht höhere Schneidenergien und mehr Aufmerksamkeit auf die Eigenschaften der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) erfordern.
• Umformen/Biegen: S275, mit niedrigerer Streckgrenze und etwas höherer Dehnung, ist im Allgemeinen einfacher kalt zu formen und kann kleinere Biegeradien tolerieren. S355 erfordert größere Biegeradien oder Vorwärmung für enge Geometrien, um Rissbildung zu vermeiden.
• Bearbeitbarkeit: Beide gelten nicht als gut bearbeitbare Stähle; höhere Festigkeit und Härte in S355 können den Werkzeugverschleiß erhöhen und die erreichbaren Vorschubgeschwindigkeiten verringern. Verwenden Sie geeignete Werkzeuge, Geschwindigkeiten und Kühlmittel.
• Oberflächenbehandlung: Oberflächenbehandlung, Richten und Spannungsabbau folgen den Standardverfahren für Baustähle. Bei geschweißten Baugruppen ist mehr auf die Verformungskontrolle in S355 zu achten, da höhere Spannungsrestriktionen bestehen.

8. Typische Anwendungen

S275 – Typische Anwendungen	S355 – Typische Anwendungen
Leichte Bauteile, sekundäre Träger, Pfetten, Halterungen, allgemeine Fertigung, wo moderate Festigkeit ausreicht und Kosten kritisch sind	Hauptträger, schwere Bauteile, Brückenelemente, Offshore-Jacket-Strukturen, Hochlastkranbahnen, wo höhere Streckgrenze und reduzierte Abschnittsdicke (Gewichtsersparnis) wichtig sind
Architektonische Stahlkonstruktionen, Stege, Plattformen, Fassadenstützen	Hochlastrahmen, schwere Platten, Bauteile, die höhere Entwurfsbelastungen oder reduzierte Dicke erfordern
Allgemeine geschweißte Konstruktionen mit häufigem Umformen	Konstruktionen, bei denen höhere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und ein höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis priorisiert werden

Auswahlbegründung: - Wählen Sie S275, wenn niedrigere Kosten, einfachere Umformung/Schweißen und dickere zulässige Abschnitte akzeptabel sind. - Wählen Sie S355, wenn höhere Streckgrenze dünnere Abschnitte und Gewichtsreduktion ermöglicht oder wenn Entwurfscodes Mindeststreckwerte vorschreiben.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: S355 hat typischerweise einen Aufpreis gegenüber S275 aufgrund höherer Legierungssteuerung und zusätzlicher Verarbeitung (TMCP, Mikrolegierung, Prüfung). Der Aufpreis variiert je nach Marktlage und Produktform.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind weit verbreitet in Platten, Blechen, gewalzten Profilen und Baustahlprofilen. S355 kann für schwere Platten und hochfeste Baustellanwendungen etwas häufiger sein; S275 wird oft für leichtere Bauteile verwendet.
• Lieferzeiten: Spezialsubgrade (z.B. spezifische Schlagzertifizierungen, Dicken oder mikrolegierte Varianten) können die Lieferzeiten verlängern; frühzeitige Spezifikation und Kommunikation mit dem Lieferanten sind ratsam.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ):

Attribut	S275	S355
Schweißbarkeit	Gut (niedriger CE)	Gut–Moderat (höheres CE-Potenzial; Mikrolegierung hilft)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Moderate Festigkeit; gute Duktilität	Höhere Festigkeit; kann mit geeignetem Subgrade gute Zähigkeit aufrechterhalten
Kosten	Niedriger	Höher (Aufpreis für höhere Festigkeit)

Empfehlung: - Wählen Sie S275, wenn Sie einen kostengünstigen, leicht formbaren und schweißbaren Baustahl für Anwendungen benötigen, bei denen die 275 MPa Streckgrenze ausreicht, wo Fertigungseinfachheit und geringerer Schneid-/Werkzeugverschleiß Priorität haben und wenn Gewichtsreduktion kein primäres Ziel ist. - Wählen Sie S355, wenn Ihr Entwurf eine höhere Streckgrenze erfordert, um die Abschnittsdicke oder das Gewicht zu reduzieren, oder wo höhere Entwurfsbelastungen und verbesserte Zähigkeit (unter Verwendung geeigneter Subgrades) erforderlich sind. Verwenden Sie S355, wenn das Programm einen leicht höheren Materialkosten, eine engere Schweißkontrolle (Vorwärmung/Zwischenpass) und möglicherweise einen erhöhten Bearbeitungsaufwand zulässt.

Abschließende Hinweise: - Geben Sie immer das genaue EN 10025-Subgrade (z.B. JR, J0, J2 oder N/T-Bedingungen) und die Dickengrenzen in den Beschaffungsunterlagen an. - Fordern Sie Werkstoffprüfzertifikate an und bestätigen Sie die chemische Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften für Entwurfsberechnungen, Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) und Fertigungsplanung. - Für kritische geschweißte Strukturen oder den Einsatz bei niedrigen Temperaturen bewerten Sie das Kohlenstoffäquivalent unter Verwendung von $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ und wenden Sie Vorwärmung oder PWHT an, wie es die Schweißcodes und -standards vorsehen.