S280GD vs S350GD – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einleitung

S280GD und S350GD sind zwei weit verbreitete warmumgefertigte, feuerverzinkte Baustahlqualitäten, die für kaltgeformte und gefertigte Bauteile mit korrosionsbeständiger Zinkbeschichtung spezifiziert sind. Ingenieure, Einkäufer und Fertigungsplaner stehen regelmäßig vor der Entscheidung zwischen diesen Qualitäten, wobei Kriterien wie strukturelle Festigkeit, Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Gesamtkosten über den Lebenszyklus abgewogen werden. Typische Anwendungsfelder umfassen leichte Stahlrahmen, Fassadenbleche, kaltgeformte Profile sowie Karosserie- oder Gehäusebauteile in der Automobil- und Industriebranche, bei denen sowohl die Dauerhaftigkeit der Beschichtung als auch die mechanische Leistung von Bedeutung sind.

Der wesentliche technische Unterschied zwischen den beiden Qualitäten liegt in der garantierten Mindeststreckgrenze – S350GD bietet eine höhere Auslegungsstreckgrenze als S280GD. Aufgrund dieser höheren garantierten Festigkeit wird S350GD häufig gewählt, wenn geringere Blechdicken, geringeres Gewicht oder höhere Belastbarkeit gefordert sind, während S280GD bevorzugt wird, wenn Leichtformbarkeit oder niedrigere Materialkosten im Vordergrund stehen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Wesentliche Normen, in denen diese Qualitäten aufgeführt sind:
• EN (Europa): EN 10346 definiert kontinuierlich feuerverzinkte Stahlprodukte; S280GD und S350GD sind gebräuchliche Produktqualitäten in diesem Normenwerk.
• Nationale oder regionale Äquivalente können dieselben chemischen und mechanischen Anforderungen unter abweichenden Bezeichnungen in den Lieferdokumenten führen.
• Klassifizierung:
• Sowohl S280GD als auch S350GD sind niedriglegierte, unlegierte Baustähle, die der Kategorie der hochfesten niedriglegierten Stähle (HSLA) für verzinkte Blechprodukte zuzuordnen sind. Es handelt sich nicht um rostfreie Stähle oder Werkzeugstähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die genauen chemischen Grenzwerte für S280GD und S350GD sind in der jeweiligen Norm und den Werkszeugnissen spezifiziert. Statt einer einheitlichen chemischen Tabelle gibt die folgende Zusammenfassung die gesteuerten Elemente und deren metallurgische Funktion wieder.

Tabelle: Typische Zusammensetzung und Aufgabe (für exakte Werte bitte Werkszeugnis konsultieren)

Element	Typische Konzentration / Richtwert	Hauptmetallurgische Funktion
C (Kohlenstoff)	Niedrig, eng kontrolliert (niedriger Kohlenstoffgehalt für Schweißbarkeit/Umformbarkeit)	Steigerung von Festigkeit und Härtbarkeit; zu viel C verringert Schweißbarkeit und Zähigkeit
Mn (Mangan)	Moderate kontrollierte Mengen	Festigkeitssteigerung, Entoxidation, verbessert Härtbarkeit und Zugfestigkeit
Si (Silizium)	Niedrig bis Spuren	Entoxidation; zu hohe Mengen beeinträchtigen die Beschichtungsqualität
P (Phosphor)	Sehr niedrig (kontrolliert)	Verunreinigung; hoher P-Gehalt versprödet und reduziert Zähigkeit
S (Schwefel)	Sehr niedrig (kontrolliert)	Verunreinigung; beeinträchtigt Duktilität und Zerspanbarkeit bei erhöhten Werten
Cr (Chrom)	Üblicherweise nicht vorhanden oder in Spuren	Keine Hauptlegierung in diesen Qualitäten
Ni (Nickel)	Üblicherweise nicht vorhanden oder in Spuren	Keine Hauptlegierung in diesen Qualitäten
Mo (Molybdän)	Normalerweise nicht vorhanden oder in Spuren	Wird bei stärker härtbaren Stählen eingesetzt, hier meist nicht enthalten
V, Nb, Ti (Mikrolegierungselemente)	Kleine Mengen in höherfesten Varianten möglich	Mikrolegierung (Nb, V, Ti) stärkt durch Ausscheidungen und feinkörnige Struktur, erhöht Streckgrenze bei niedrigem Legierungsgehalt
B (Bor)	Selten; Spuren in einigen Produkten	Starker Härtbarkeitsförderer in mikro geringen Mengen
N (Stickstoff)	Kontrolliert, niedrig	Bildet Nitrid-Ausscheidungen mit Mikrolegierungselementen, beeinflusst Ausscheidungsverhalten

Hinweise: - S350GD-Varianten für höhere Festigkeit verwenden üblicherweise Mikrolegierungen (Nb, Ti, V) und kontrollierte thermo-mechanische Walzverfahren anstelle großer Kohlenstofferhöhungen. - Exakte chemische Werte variieren je nach Walzwerk, Produktdicke und Beschichtungsverfahren – stets das Werkszeugnis (MTC) für Einkauf und Schweißplanung prüfen.

Legierungsstrategie: - Niedriger Kohlenstoffgehalt sowie kontrollierte Mn-, S- und Si-Anteile sichern gute Schweißbarkeit und Umformbarkeit. - Mikrolegierungen (kleine Zugaben von Nb, V, Ti) ermöglichen höhere Streckgrenzen durch Korngrenzenverfeinerung und Ausscheidungshärtung ohne die Schweißbarkeit und Zähigkeit durch erhöhter Kohlenstoffgehalte zu beeinträchtigen. - Die Zusammensetzung der Zinkbeschichtung und der Oberflächenzustand sind ebenfalls kontrolliert, um Haftung und Umformbarkeit der Beschichtung sicherzustellen.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - S280GD im ausgelieferten Zustand: überwiegend ferritisch-perlitisch oder feinkörniger ferritischer Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt – optimiert für Umformbarkeit und Schweißbarkeit. - S350GD im Auslieferzustand: feinkörnigere ferritische Mikrostruktur mit höherer Versetzungs- und Ausscheidungsdichte bedingt durch Mikrolegierung und Kaltverformung; kann feine Karbide bzw. Niob- und Titan-Ausscheidungen zeigen, abhängig von Chemie und thermo-mechanischer Behandlung.

Verarbeitungseinflüsse: - Das thermo-mechanische kontrollierte Walzverfahren (TMCP), das für viele HSLA-Produkte verwendet wird, verfeinert das Korngefüge und erzeugt höhere Streckgrenzen durch Kombination aus Korngrenzenverfeinerung und Ausscheidungshärtung, ohne dass ein Vergütungsprozess erforderlich ist. - Normalisieren: Wiedererwärmen und Luftkühlung können das Kornbild verfeinern und die Zähigkeit verbessern, sind aber bei feuerverzinkten Coils nach dem Verzinken unüblich. - Abschrecken und Anlassen: Nicht typisch oder praktikabel für feuerverzinkte kontinuierliche Coils; diese werden normalerweise in kalt- oder warmgewalztem und beschichtetem Zustand geliefert, wobei die Festigkeit durch Zusammensetzung und Walzverfahren erzielt wird, nicht durch nachträgliche Wärmebehandlung.

Folgerungen: - S350GD erreicht die höhere Streckgrenze primär durch Zusammensetzungssteuerung und TMCP, nicht durch höheren Kohlenstoffgehalt oder konventionelle Abschreck- und Anlasstechniken, was die Schweißbarkeit und Duktilität im Vergleich zu einem martensitischen Kohlenstoffstahl mit vergleichbarer Festigkeit bewahrt.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Charakteristische mechanische Eigenschaften (indikativ; für produktspezifische Werte bitte MTC prüfen)

Eigenschaft	S280GD	S350GD
Streckgrenze (garantiert mindestens)	280 MPa (Grundlage der Bezeichnung)	350 MPa (Grundlage der Bezeichnung)
Zugfestigkeit (indikative Bandbreite)	In der Regel mäßig über Streckgrenze; abhängig von Stärke/Verarbeitung (nur Richtwert)	Üblicherweise höher als S280GD; abhängig von Stärke/Verarbeitung (nur Richtwert)
Dehnung / Duktilität	Allgemein größere Duktilität als S350GD bei gleicher Blechdicke	Geringere Gleichmaßdehnung als S280GD wegen höherer Festigkeit, aber bei richtiger Spezifikation für Umformung weiterhin duktil
Kerbschlagzähigkeit	Gut bei Raumtemperatur; abhängig von Stärke und Verarbeitung; generell ausreichend für Bauanwendungen	Gut, kann aber etwas niedriger als S280GD bei dickeren Querschnitten oder Tiefkälteanwendungen sein; durch Prozess und Chemie kontrolliert
Härte	Niedriger als S350GD im Auslieferzustand	Höher als S280GD, proportional zur höheren Streckgrenze

Erklärung: - Die Bezeichnungen S280 und S350 geben jeweils eine Mindeststreckgrenze von 280 MPa bzw. 350 MPa an; Zugfestigkeit, Dehnung und Kerbschlagzähigkeit variieren mit Stärke, Beschichtung und Fertigungsprozess. - S350GD bietet höhere Belastbarkeit pro Querschnittsfläche, allerdings auf Kosten einer moderat reduzierten Umformbarkeit und Dehnung im Vergleich zu S280GD bei identischen Dicken, Biegeradien und Umformverfahren.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit verzinkter HSLA-Stähle hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffäquivalent und Mikrolegierungen ab. Übliche Kennzahlen zur Bewertung der Schweißbarkeit sind das IIW-Kohlenstoffäquivalent sowie der japanische Pcm-Wert.

Nützliche Formeln (qualitative Interpretation empfohlen): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretation: - Sowohl S280GD als auch S350GD sind mit relativ niedrigem Kohlenstoffäquivalent konstruiert im Vergleich zu vergüteten Stählen; TMCP und Mikrolegierungen halten die Härtbarkeit moderat, was die Schweißbarkeit unterstützt. - S350GD kann aufgrund von Mikrolegierungen und erhöhtem Mn leicht höhere CE- oder Pcm-Werte haben; da die Festigkeitssteigerung durch feine Ausscheidungen und Korngrenzenverfeinerung statt durch höheren Kohlenstoff erfolgt, bleibt die Schweißbarkeit bei üblichen Verfahren (MIG/MAG, UP, Widerstandsschweißen) unter Beachtung der empfohlenen Vorwärmung, Zwischenlagentemperaturen und Werkstoffe akzeptabel. - Die Verzinkung bringt zusätzliche Aspekte beim Schweißen mit sich (Zinkdampf, Porosität, Rauchentwicklung). Standardverfahren: lokale Entfernung der Beschichtung bei Stumpfnähten falls erforderlich, sorgfältige Einstellung der Schweißparameter und ausreichende Belüftung sicherstellen.

Praktische Hinweise: - Konsultieren Sie stets das Werkszeugnis für CE/Pcm-Schätzwerte und führen Sie Verfahrensprüfungen (WPS/PQR) für sicherheitsrelevante geschweißte Bauteile durch. - Wenden Sie bei Bedarf eine geringere Wärmeeinbringung oder kontrollierte Zwischenlagentemperaturen an, um übermäßige HAZ-Härte oder einen Zähigkeitsverlust zu vermeiden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Beide Güten sind nicht rostfrei; der Korrosionsschutz wird durch die Zinkbeschichtung (häufig feuerverzinkt) und nicht durch Legierungselemente gewährleistet.
• Typische Schutzstrategien:
• Feuerverzinkung: primärer Korrosionsschutz für S280GD und S350GD in atmosphärischen Umgebungen.
• Zusätzliche Beschichtungen: Grundierungen, Lacke oder polymerbasierte Deckanstriche können die Lebensdauer in aggressiven Umgebungen verlängern.
• Mechanische Konstruktion: Entwässerungsmöglichkeiten vorsehen und Hohlräume vermeiden, in denen sich eine Beschichtung schneller zersetzen kann.

Die PREN-Formel (Pitting Resistance Equivalent Number) ist relevant für Edelstähle: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3{,}3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN ist für S280GD und S350GD nicht anwendbar, da es sich nicht um rostfreie Güten handelt und die Korrosionsbeständigkeit auf opferanodischem Zink-Schutz und nicht auf rostfreier Legierung basiert.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit

• Umformen und Biegen:
• S280GD weist in der Regel eine bessere Kaltumformbarkeit auf und ermöglicht engere Biegeradien sowie aggressivere Stanzoperationen bei gleicher Blechdicke.
• S350GD hat aufgrund der höheren Festigkeit größere Biegeradien oder eine stärkere Federkompensation erforderlich und benötigt eventuell optimierte Werkzeuge, um Risse zu vermeiden.
• Schneiden und Abkanten:
• Beide Güten lassen sich mit Standardwerkzeugen gut schneiden und abkanten; die höhere Festigkeit von S350GD kann jedoch einen leicht erhöhten Werkzeugverschleiß bedingen und erfordert eventuell geringfügige Anpassungen bei Schnittspalt oder Werkzeugstandzeit.
• Zerspanbarkeit:
• Nicht optimiert für Hochgeschwindigkeitszerspanung; die Bearbeitbarkeit hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt und der Beschichtung ab. Die Zinkschicht ist bei der Prozessplanung hinsichtlich Werkzeugverschleiß und Spanabfuhr zu berücksichtigen.
• Oberflächenbearbeitung:
• Verzinkte Oberflächen schränken einige Endbearbeitungsverfahren ein (z. B. erfordern Lackierungen eine sorgfältige Vorbehandlung). Mechanische Bearbeitung (z. B. Bürsten) muss die Beschichtung unversehrt lassen, um den Korrosionsschutz zu erhalten.

8. Typische Anwendungen

Tabelle: Typische Einsatzgebiete nach Güte

S280GD (typische Anwendungen)	S350GD (typische Anwendungen)
Pfosten- und Rahmenelemente, dünnwandige Tragprofile, allgemeine Fassadenbekleidungen mit höherer Umformbarkeit	Tragwerke mit höheren Lastanforderungen bei reduzierter Blechdicke (z. B. Pfetten, tragende kaltgeformte Profilabschnitte, robustere Rahmenkonstruktionen)
Dachabdeckungen, Dachrinnen und weniger beanspruchte Paneele, bei denen Kosten und einfache Verarbeitung entscheidend sind	Profile mit Gewichtsreduktion oder höherem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis (Transportaufbauten, robuste Gehäuse)
Gestalterische und architektonische Bauteile mit einfacher Biege- und Umformbarkeit	Bauteile mit höheren Bemessungsspannungen oder kleineren Querschnitten bei gleicher Last

Auswahlkriterien: - Wählen Sie S280GD, wenn Formgebungskomplexität, enge Biegeradien oder niedrigere Materialkosten Priorität haben und die geforderte Festigkeit durch die niedrigere Streckgrenze erfüllt wird. - Wählen Sie S350GD, wenn höhere streckgrenzbedingte Anforderungen bestehen, eine Reduktion der Bauteildicke oder des Gewichts vorteilhaft ist oder Normen die Verwendung höherer Festigkeit zur Optimierung von Profilen erlauben.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: S350GD erzielt üblicherweise einen Aufpreis gegenüber S280GD aufgrund höherer Herstellungsanforderungen, Mikrolegierungszusätzen und Qualifikationsaufwand; durch den Einsatz dünnerer Bleche kann der Materialpreis pro Bauteil sowie die Gesamtkostensituation jedoch vorteilhaft sein.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind von großen Lieferanten in gängigen Blech- und Coil-Dicken weit verbreitet; Lieferzeiten hängen von Beschichtungsstärke, Härtegrad und Dicke ab. Spezielle Kombinationen (sehr starke Beschichtung, ungewöhnliche Härtegrade) können längere Lieferzeiten verursachen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schneller Vergleich

Eigenschaft	S280GD	S350GD
Schweißeignung	Sehr gut (niedriger CE-Wert)	Gut (teilweise etwas höherer CE-Wert in einzelnen Varianten)
Festigkeits- und Zähigkeitsbalance	Mittlere Festigkeit mit höherer Duktilität	Höhere Festigkeit mit leicht reduzierter Duktilität bei vergleichbarer Dicke
Kosten (Material)	Niedriger pro Flächeneinheit	Höher pro Flächeneinheit, aber potenziell geringere Systemkosten bei Dämmungsverdünnung

Wählen Sie S280GD, wenn: - Ihr Design eine bessere Kaltumformbarkeit, engere Biegeradien oder einfachere Stanzprozesse erfordert. - Niedrigere Materialkosten pro Flächeneinheit und gute Schweißbarkeit wichtig sind. - Die statischen Anforderungen durch die niedrigere Streckgrenze bei unveränderter Querschnittsdicke erfüllt werden können.

Wählen Sie S350GD, wenn: - Sie eine höhere garantierte Streckgrenze benötigen, um die Bauteildicke zu reduzieren, das Gewicht zu verringern oder die Tragfähigkeit zu erhöhen. - Das Design von einem besseren Festigkeits-Gewichts-Verhältnis profitiert und eine leicht reduzierte Umformbarkeit akzeptabel ist. - Sie höhere Materialkosten in Kauf nehmen, um kleinere Querschnitte oder eine verbesserte konstruktive Leistung zu erzielen.

Abschließende Anmerkung: Prüfen Sie immer die genauen chemischen und mechanischen Werte im Werkszeugnis des gelieferten Coils oder Blechs, führen Sie geeignete Bemessungsnachweise für Umformbarkeit und Schweißverfahren durch und berücksichtigen Sie die Lebenszykluskosten (Material, Fertigung und Korrosionsschutz), wenn Sie zwischen S280GD und S350GD wählen.