S275JR vs S355JR – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

S275JR und S355JR sind zwei der am häufigsten spezifizierten europäischen Baustähle, die im Bauwesen, in der schweren Fertigung und im allgemeinen Ingenieurwesen verwendet werden. Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner wählen routinemäßig zwischen ihnen, wenn sie Kosten, Festigkeit, Schweißbarkeit und Zähigkeit für eine bestimmte Anwendung abwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen, ob eine höhere Streckgrenze (um die Querschnittsgröße und das Gewicht zu reduzieren) die höheren Materialkosten rechtfertigt und ob Fertigungsbeschränkungen (Schweißen, Formen) die Option mit niedrigerer Festigkeit begünstigen.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt in ihrer garantierten minimalen Streckgrenze und den damit verbundenen mechanischen Eigenschaften: S355JR ist ein höherfester „Upgrade“ der S275JR-Familie und wird dort spezifiziert, wo eine größere statische Kapazität oder eine reduzierte Querschnittsdicke erforderlich ist. Beide Güten weisen eine ähnliche Chemie und gute Verarbeitungseigenschaften auf, weshalb sie häufig im Design und in der Beschaffung verglichen werden.

1. Normen und Bezeichnungen

• EN: EN 10025-2 (warmgewalzte Baustähle) — offizielle Quelle für die Bezeichnungen S275JR und S355JR.
• ASTM/ASME: Keine direkten Eins-zu-eins-Entsprechungen; ASTM-Güten (z. B. A36, A572) unterscheiden sich in Chemie und Prüfanforderungen. Die Auswahl zwischen EN- und ASTM-Güten sollte durch Kreuzreferenzierung der mechanischen und chemischen Anforderungen und nicht nur nach Namen erfolgen.
• JIS / GB: Japanische und chinesische Normen haben ihre eigenen Bezeichnungssysteme; Ingenieure sollten die erforderlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften abgleichen, anstatt sich nur auf die Nomenklatur zu verlassen.

Klassifizierung: - Sowohl S275JR als auch S355JR sind Kohlenstoff-Mangan-Baustähle, nicht rostfrei, keine Werkzeugstähle. Sie werden allgemein als konventionelle Baustähle (nicht hochlegiert oder Werkzeugstähle) betrachtet und können so produziert werden, dass sie sich ähnlich wie niedriglegierte HSLA-Stähle verhalten, wenn bestimmte Mikrolegierungselemente enthalten sind.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die EN 10025-Norm legt Chemiegrenzen fest, die darauf ausgelegt sind, vorhersehbare Streck- und Zugfestigkeiten sowie angemessene Zähigkeit zu liefern. Die beiden Güten verwenden ähnliche niedriglegierte, kohlenstoffarme Strategien: Kohlenstoff für Festigkeit, Mangan als Entgasungsmittel und Festigkeitsverbesserer sowie Silizium/Phosphor/Schwefelgrenzen für Duktilität und Schweißbarkeit. Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) sind in einigen Produktbereichen entweder als Spuren oder kontrollierte Zusätze vorhanden, um die Kornkontrolle und Zähigkeit zu verbessern.

Tabelle: Typische chemische Grenzen (repräsentative Grenzen aus EN 10025-2; tatsächliche Werkszertifikate können je nach Produktform und Dicke variieren)

Element	S275JR (typische Grenzen)	S355JR (typische Grenzen)
C (max)	0.22 Gew.% (ca.)	0.24 Gew.% (ca.)
Mn (max)	1.50–1.60 Gew.%	1.60 Gew.% (ca.)
Si (max)	0.55 Gew.%	0.55 Gew.%
P (max)	0.035 Gew.%	0.035 Gew.%
S (max)	0.035 Gew.%	0.035 Gew.%
Cr	typischerweise ≤0.30 Gew.% (Spur)	typischerweise ≤0.30 Gew.% (Spur)
Ni	typischerweise ≤0.30 Gew.% (Spur)	typischerweise ≤0.30 Gew.% (Spur)
Mo	typischerweise ≤0.10–0.15 Gew.% (Spur)	typischerweise ≤0.10–0.15 Gew.% (Spur)
V	Spur (falls vorhanden)	Spur (falls vorhanden)
Nb	Spur (falls vorhanden)	Spur (falls vorhanden)
Ti	Spur (falls vorhanden)	Spur (falls vorhanden)
B	Spur (falls vorhanden)	Spur (falls vorhanden)
N (max)	~0.012 Gew.%	~0.012 Gew.%

Hinweise: - Die Tabelle zeigt typische Maximalwerte, die in Werkspezifikationen verwendet werden. EN 10025 umfasst dickeabhängige Anforderungen und produktspezifische Varianten; daher sollten immer die Werksprüfzertifikate (MTC) zur Beschaffungsakzeptanz überprüft werden. - S355-Güten können Varianten (z. B. S355J0, S355J2) mit unterschiedlichen Schlaganforderungen enthalten; JR zeigt eine minimale Schlagenergie von 27 J bei +20 °C an.

Wie sich die Legierung auf die Leistung auswirkt: - Kohlenstoff und Mangan bestimmen hauptsächlich die Festigkeit und Härtbarkeit. Höherer Kohlenstoff erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität. - Silizium und Mangan wirken als Entgasungsmittel; Silizium beeinflusst auch leicht die Festigkeit. - Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) verfeinern die Korngröße und können die Streckgrenze ohne große C-Erhöhungen erhöhen, was günstige Festigkeits-Zähigkeits-Kompromisse ermöglicht. - Niedrige P- und S-Grenzen erhalten die Duktilität und vermeiden Versprödung; kontrolliertes N ist wichtig für das Ausfällungsverhalten und die Zähigkeit.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - Die gewalzten und normalisierten Mikrostrukturen beider Güten sind überwiegend ferritisch-perlitisch in konventionell bearbeiteten Platten- und Profilprodukten. Bei thermo-mechanischer Bearbeitung kann eine feinkörnige ferritische Struktur mit dispergierten Perlit- oder bainitischen Bestandteilen erzeugt werden, die Festigkeit und Zähigkeit verbessert.

Reaktionen auf Wärmebehandlungen: - Normalisieren/Verfeinern: Normalisieren (Erhitzen über AC3 und Luftkühlen) kann die Korngröße verfeinern und die Zähigkeit verbessern, was für schwere Querschnitte nützlich ist. Beide Güten reagieren ähnlich, aber die höhere Kohlenstoffäquivalenz von S355JR macht es etwas anspruchsvoller, identische Zähigkeit in schweren Querschnitten zu erreichen. - Härten und Anlassen: Wird normalerweise nicht auf „gewalzten“ EN-Baustählen für allgemeine strukturelle Anwendungen angewendet; wenn es auf ähnliche Chemien angewendet wird, erzeugt Härten und Anlassen viel höhere Festigkeiten und unterschiedliche Zähigkeitsprofile — das Produkt muss dann auf die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und nicht nur auf den Güternamen spezifiziert werden. - Thermo-mechanische Kontrollverarbeitung (TMCP): TMCP kann verwendet werden, um höhere Streckgrenzen ohne große Kohlenstofferhöhungen zu erreichen. S355JR wird häufig mit TMCP hergestellt, um die höhere Streckgrenze mit guter Zähigkeit zu erfüllen.

Praktische Implikation: - Beide Güten werden hauptsächlich im gelieferten (gewalzten) Zustand für strukturelle Anwendungen bereitgestellt. Wenn eine Wärmebehandlung über das Normalisieren hinaus erforderlich ist, geben Sie dies an und akzeptieren Sie mögliche Änderungen in der Zertifizierung und den Kosten.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Typische mechanische Eigenschaften (repräsentative Werte; durch MTC und Dickengrenzen bestätigen)

Eigenschaft	S275JR	S355JR
Minimale Streckgrenze (ReH)	275 MPa (garantiert)	355 MPa (garantiert)
Zugfestigkeit (Rm)	~410–560 MPa (je nach Dicke/Form)	~470–630 MPa (je nach Dicke/Form)
Dehnung (A)	Typische Mindestwerte ~20–26% (dickenabhängig)	Typische Mindestwerte ~20–22% (dickenabhängig)
Schlagzähigkeit (JR)	≥27 J bei +20 °C (JR-Klassifizierung)	≥27 J bei +20 °C (JR-Klassifizierung)
Typische Härte	~120–160 HB (gewalzt)	~140–190 HB (gewalzt, höher aufgrund der Festigkeit)

Interpretation: - S355JR ist das stärkere Material sowohl in der Streck- als auch in der Zugfestigkeit, was leichtere Designs oder eine höhere Tragfähigkeit für denselben Querschnitt ermöglicht.
- Die Duktilität (Dehnung) kann in S355JR aufgrund der höheren Festigkeit etwas niedriger sein, obwohl TMCP und kontrollierte Chemie den Kompromiss minimieren.
- Die Schlagzähigkeit beider JR-Varianten ist bei Raumtemperatur (+20 °C) spezifiziert; wenn eine Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist, wählen Sie Varianten mit den Suffixen J0 oder J2 oder ändern Sie die Güte entsprechend.

5. Schweißbarkeit

Schweißbarkeitsfaktoren: - Schlüsselbeeinflusser: Kohlenstoffgehalt, Kohlenstoffäquivalent (Härtbarkeit) und das Vorhandensein von Mikrolegierungselementen, die die Härtung im wärmebeeinflussten Bereich (HAZ) fördern. - Sowohl S275JR als auch S355JR gelten als gut bis sehr gut für manuelles und mechanisiertes Schweißen, wenn geeignete Vorwärm- und Schweißzusatzstoffe verwendet werden. Das höhere Kohlenstoffäquivalent von S355JR kann die Härtbarkeit des HAZ und die Anfälligkeit für Kaltverzug moderat erhöhen, insbesondere in dickeren Querschnitten.

Nützliche prädiktive Formeln (qualitativ interpretieren; mit tatsächlichen chemischen Analysen berechnen, wenn eine spezifische Platte bewertet wird): - 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 Interpretation: - Niedrigere $CE_{IIW}$ und niedrigere $P_{cm}$ weisen auf eine einfachere Schweißbarkeit und geringere Vorwärm-Anforderungen hin. Sowohl S275JR als auch S355JR fallen normalerweise in Bereiche, die Standard-Schweißverfahren zulassen, aber überprüfen Sie den tatsächlichen C- und Mn-Gehalt der gelieferten Platte und verwenden Sie die Formeln, um Vorwärm-/Zwischenpass-Temperaturen und Nachschweißwärmebehandlungen festzulegen, falls erforderlich. - Für dicke Querschnitte sind erhöhte Vorwärm- und kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen häufiger für S355JR erforderlich als für S275JR, um HAZ-Härtung und wasserstoffunterstütztes Risswachstum zu vermeiden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder S275JR noch S355JR sind rostfrei. Für atmosphärische Exposition und allgemeine strukturelle Verwendung ist je nach Umgebung ein Oberflächenschutz erforderlich: Grundierungen und Farben, Feuerverzinkung oder Metallisierung (z. B. Zinkspray) sind üblich.
• Für aggressive Umgebungen (marin, chemisch) wählen Sie Schutzsysteme oder ziehen Sie korrosionsbeständige Legierungen in Betracht, anstatt sich nur auf eine Oberflächenbeschichtung zu verlassen.

PREN (Pitting-Widerstandsäquivalentzahl) ist nur für rostfreie Legierungen relevant: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN ist nicht anwendbar auf S275JR oder S355JR, da ihnen ausreichende Cr-, Mo- oder N-Gehalte fehlen, um rostfreien Korrosionsschutz zu bieten.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Plasma-, Sauerstoffbrenn- und Laserschneiden werden routinemäßig verwendet. S355JR benötigt aufgrund der höheren Festigkeit und Härte geringfügig mehr Energie zum Schneiden als S275JR.
• Formen und Biegen: Materialien mit niedrigerer Streckgrenze (S275JR) sind im Allgemeinen einfacher kalt zu formen; S355JR kann geformt werden, benötigt jedoch möglicherweise größere Biegeradien oder reduzierte Biegewinkel, um Rissbildung zu vermeiden, abhängig von Dicke und Temper.
• Bearbeitbarkeit: Beide Stähle lassen sich mit Standardwerkzeugen ausreichend bearbeiten; die höhere Festigkeit in S355JR führt zu leicht höherem Werkzeugverschleiß und Schneidkräften.
• Oberflächenveredelung: Beide akzeptieren Lackierung, Verzinkung und Nachbearbeitung. Bei der Verzinkung sollten die wasserstoffbedingte Wasserstoffaufnahme und eine Nachschweißstressfreigabe für kritische geschweißte Konstruktionen berücksichtigt werden.

8. Typische Anwendungen

S275JR (häufige Anwendungen)	S355JR (häufige Anwendungen)
Allgemeine Bauprofile (I-Träger, Kanäle), leichte Stahlrahmen, geschweißte kleine Brücken, Geländer, nicht kritische Bodenstützen	Schwere Strukturteile, Kranbauteile, schwere Rahmen, Langspannelemente, hochbelastete geschweißte Baugruppen
Sekundärstrukturen, Pfetten, kleine Maschinenrahmen	Wo reduzierte Querschnittsdicke und geringeres Gewicht für dieselbe Last erforderlich sind (Wertengineering)
Komponenten, bei denen Formen und Kaltbearbeitbarkeit betont werden	Wo höhere statische und Ermüdungsfestigkeit Priorität hat

Auswahlbegründung: - Wählen Sie S275JR, wenn Kosten, einfache Verarbeitung und angemessene Festigkeit die Hauptfaktoren sind.
- Wählen Sie S355JR, wenn eine höhere Tragfähigkeit pro Flächeneinheit erforderlich ist, die dünnere Querschnitte ermöglicht, oder wenn ein höherer Entwurfsfaktor spezifiziert ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: S355JR ist in der Regel teurer pro Tonne als S275JR aufgrund der höheren garantierten Festigkeit und etwas strengerer Verarbeitungsrichtlinien. Der Unterschied variiert je nach Region, Werk und Produktform.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind weit verbreitet in Platten, Blechen, Profilen und strukturellen Profilen erhältlich. S275JR hat oft eine breitere Verfügbarkeit für Produkte mit geringerer Dicke in einigen Regionen; S355JR ist weit verbreitet für den allgemeinen strukturellen Einsatz.
• Formen: Verfügbarkeit und Lieferzeit können von Plattendicke, Breite und Produktionsweg (TMCP vs. konventionelles Walzen) abhängen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schneller Vergleich

Merkmal	S275JR	S355JR
Schweißbarkeit	Sehr gut (niedriger CE)	Sehr gut bis gut (etwas höherer CE)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Gut für allgemeine strukturelle Anwendungen	Höhere Festigkeit für leichtere Querschnitte; ähnliche Zähigkeit bei korrekter Verarbeitung
Relativer Preis	Niedriger	Höher

Schlussfolgerung mit praktischen Hinweisen: - Wählen Sie S275JR, wenn: Sie einen wirtschaftlichen, leicht zu verarbeitenden Baustahl für den allgemeinen Bau benötigen, bei dem eine Streckgrenze von 275 MPa ausreichend ist, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Formbarkeit Priorität haben und Oberflächenschutzsysteme den erforderlichen Korrosionsschutz bieten. - Wählen Sie S355JR, wenn: strukturelle Effizienz (höhere Streckgrenze, die die Querschnittsgröße und das Gewicht reduziert) erforderlich ist, die Anwendung höhere statische oder Ermüdungskapazität erfordert oder die Spezifikationen die minimale Streckgrenze von S355 verlangen; seien Sie auf leicht höhere Materialkosten vorbereitet und berücksichtigen Sie die Schweißkontrollen für dickere Querschnitte.

Letzter Beschaffungstipp: - Fordern Sie immer das Werksprüfzertifikat (MTC) an und geben Sie Produktform, Dicke und erforderliche Schlagprüftemperatur in der Bestellung an. Verwenden Sie die tatsächliche chemische Analyse, um $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ zu berechnen, wenn Sie Schweißverfahren und Vorwärm-Anforderungen festlegen. Dies stellt sicher, dass die ausgewählte Güte sowohl den Entwurfsabsichten als auch der Verarbeitungspraktik entspricht.