SPCC vs SPCE – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

SPCC und SPCE sind zwei nach JIS bezeichnete kaltgewalzte Kohlenstoffstahlgüten, die häufig in Blech- und Bandanwendungen verwendet werden. Ingenieure und Beschaffungsteams stehen häufig vor der Wahl zwischen diesen Güten, wenn sie Kosten, Formbarkeit und Endnutzungsleistung abwägen – Entscheidungen, die oft durch Anforderungen an das Tiefziehen, die Oberflächenqualität und nachgelagerte Prozesse wie Schweißen, Beschichten und Stanzen beeinflusst werden.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen den beiden ist ihre Eignung für Umformoperationen: SPCE wird für verbesserte Ziehfähigkeit und Tiefziehleistung spezifiziert und verarbeitet, während SPCC ein allgemein handelsüblicher kaltgewalzter Stahl mit breiterer, weniger strenger Formbarkeitskontrolle ist. Da sie die gleiche niedriglegierte Grundchemie teilen, werden sie häufig in Design- und Fertigungskontexten verglichen, in denen Umformgrenzen, Oberflächenfinish und Prozessausbeute wichtiger sind als die Differenzierung der Festigkeit.

1. Normen und Bezeichnungen

• JIS: Sowohl SPCC als auch SPCE sind unter JIS G3141 (Kaltreduziertes Kohlenstoffstahlblech und -band) definiert.
• ASTM/ASME: Es gibt keine direkte Eins-zu-eins ASTM-Güte; Designer beziehen sich typischerweise auf Spezifikationen für kaltgewalzten Kohlenstoffstahl wie ASTM A1008 für vergleichbare Produktformen.
• EN: Europäische Entsprechungen für kaltgewalzte Baustähle (z.B. DC01–DC06-Serie) können in der Produktabsicht übereinstimmen, aber das Abgleichen erfordert die Überprüfung spezifischer chemischer und mechanischer Grenzen.
• GB (China): GB-Normen für kaltgewalzte Stähle bieten ähnliche Produktkategorien; eine genaue Entsprechung erfordert Querverweise.
• Klassifikation: Sowohl SPCC als auch SPCE sind einfache niedriglegierte kaltgewalzte Kohlenstoffstähle (nicht legiert, nicht Werkzeugstahl, nicht rostfrei und nicht HSLA).

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: relativer Elementgehalt und Rolle (qualitativ)

Element	SPCC (handelsüblicher kaltgewalzter)	SPCE (Tiefziehen / verbesserte Formbarkeit)	Rolle / Anmerkungen
C (Kohlenstoff)	Niedrig (kontrolliert für allgemeine CAQ)	Niedrig, oft strenger kontrolliert	Kohlenstoff steuert Festigkeit und Härtbarkeit; niedrigerer C verbessert die Duktilität und die Dehnformbarkeit.
Mn (Mangan)	Niedrig bis moderat	Niedrig bis moderat	Entgasungsmittel und Festigkeitsbeitrag; moderat gehalten, um Ziehfähigkeit und Festigkeit auszubalancieren.
Si (Silizium)	Niedrig (Entgasung)	Niedrig	Entgasungsmittel; übermäßiges Si kann die Duktilität verringern.
P (Phosphor)	Vorhanden in kontrollierten niedrigen Mengen	Niedrigere Kontrolle als SPCC (strenger in SPCE)	Phosphor erhöht die Festigkeit, sprödet jedoch und verringert die Formbarkeit; Tiefziehgüten halten P niedriger.
S (Schwefel)	Kontrolliert (kann vorhanden sein)	Strengere Kontrolle / niedrig	Schwefel fördert die Zerspanbarkeit, beeinträchtigt jedoch die Duktilität/Formbarkeit; Tiefziehstähle minimieren S.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Nicht absichtlich hinzugefügt (Spuren)	Nicht absichtlich hinzugefügt (Spuren)	Microlegierung im Allgemeinen abwesend; jede Anwesenheit ist residual und wird minimal gehalten, um die Formbarkeit zu priorisieren.
N (Stickstoff)	Spuren	Spuren (in einigen Prozessen kontrolliert)	Stickstoff beeinflusst Alterung und Formbarkeit; oft kontrolliert, um Sprödigkeit zu verhindern.

Erklärung - Beide Güten sind im Wesentlichen niedriglegierte kaltgewalzte Stähle mit einer Legierung, die auf Elemente beschränkt ist, die für die Entgasung und die Standardstahlherstellung verwendet werden. - Die Verarbeitung und Chemie von SPCE sind abgestimmt (durch strengere P/S-Kontrolle, manchmal leicht niedrigeren C oder modifizierte Verarbeitung), um die Verfestigungskapazität zu erhöhen und höhere r-Werte (plastisches Dehnungsverhältnis) oder ein überlegenes Ohrverhalten in gezogenen Teilen zu erreichen. - Da keine der Güten für Härtbarkeit legiert ist (Cr/Mo/Ni werden nicht absichtlich hinzugefügt), ist eine Wärmebehandlung nach dem Walzen zur Festigkeitssteigerung kein gängiger Produktionsweg – die mechanischen Eigenschaften werden hauptsächlich durch Kaltverformung und Prozessbedingungen kontrolliert.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen - SPCC: Überwiegend ferritische Mikrostruktur mit feinen Perlitinseln nur dort, wo Kohlenstoff und Verarbeitung es zulassen. Kaltwalzen erzeugt verlängerte Körner und eine höhere Versetzungsdichte, was die Streckgrenze und Zugfestigkeit im Vergleich zum geglühten Zustand erhöht. - SPCE: Ebenfalls ferritisch-dominant, aber verarbeitet und geglüht, um Isotropie und Ziehfähigkeit zu optimieren; Kornform und Texturkontrolle (z.B. durch kontrolliertes Glühen) erzeugen ein besseres L/T-Gleichgewicht und ein höheres plastisches Dehnungsverhältnis (r-Wert).

Reaktion auf Wärmebehandlung und Verarbeitung - Glühen: Beide Güten profitieren vom Glühen, um die Duktilität nach der Kaltverformung wiederherzustellen. Für SPCE werden kontrollierte Glühzyklen (Temperatur und Abkühlrate) oft optimiert, um eine günstige kristallographische Textur für das Tiefziehen zu erzeugen. - Normalisieren/Abschrecken & Anlassen: Diese sind für SPCC/SPCE nicht standardmäßig; solche Behandlungen werden für hochfeste Stähle verwendet, sind jedoch unnötig und kontraproduktiv für Tiefziehstähle, die auf niedriger Festigkeit und hoher Duktilität angewiesen sind. - Thermo-mechanische Verarbeitung: In der modernen Stahlherstellung werden subtile thermo-mechanische Behandlungen und präzise Kaltwalzpläne verwendet, um die Formbarkeitseigenschaften anzupassen – dies ist relevanter für SPCE, wo die Prozesskontrolle eine verbesserte Tiefziehleistung liefert.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: qualitative Vergleich der mechanischen Eigenschaften

Eigenschaft	SPCC	SPCE	Typische Auswirkung
Zugfestigkeit	Moderat	Ähnlich oder leicht niedriger (um die Duktilität zu begünstigen)	Beide sind niedriglegierte kaltgewalzte Güten; SPCE zielt oft auf ein Gleichgewicht ab, das die Dehnung über die Spitzenfestigkeit begünstigt.
Streckgrenze	Moderat	Ähnlich oder leicht niedriger	Niedrigere Streckgrenze kann das Tiefziehen erleichtern, indem die erforderlichen Umformlasten verringert werden.
Dehnung (%)	Gut	Besser (höhere Dehnung)	SPCE zeigt höhere Gesamtdehnung und lokale Formbarkeit für komplexe Ziehungen.
Schlagzähigkeit	Ausreichend bei Raumtemperatur	Vergleichbar	Kein primärer Differenzierungsfaktor – beide sind nicht speziell zähigkeitsgehärtet.
Härte	Moderat	Leicht niedriger	Leicht niedrigere Härte in SPCE spiegelt die Betonung auf Duktilität und Dehnfähigkeit wider.

Erklärung - SPCE ist so konstruiert, dass sie Duktilität und Dehn-/Flanschformbarkeit priorisiert; daher misst sie oft höhere Dehnung und bessere Ziehfähigkeit als SPCC. - SPCC bietet angemessene Festigkeit und ist zufriedenstellend für Teile, die keine schweren plastischen Verformungen durchlaufen.

5. Schweißbarkeit

Treiber der Schweißbarkeit - Der niedrige Kohlenstoffgehalt in beiden Güten sorgt im Allgemeinen für eine gute Schweißbarkeit für gängige Prozesse (MIG/MAG, TIG, Widerstandsschweißen). Allerdings bestimmen das Vorhandensein und das Niveau der Reststoffe (P, S, Mn) sowie die Blechdicke und der thermische Input die Anfälligkeit für HAZ-Härtung oder Kaltreißen. - Da keine der Güten signifikante Legierungen zur Erhöhung der Härtbarkeit enthält, ist die klassische Kaltreißanfälligkeit im Vergleich zu höherlegierten oder legierten Stählen gering.

Nützliche Schweißbarkeitsindizes - Der Kohlenstoffäquivalent des International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Das umfassendere Pcm zur Vorhersage der Kaltreißneigung: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation (qualitativ) - Für sowohl SPCC als auch SPCE sind die Werte von $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ niedrig aufgrund des niedrigen C und minimaler Legierung, was auf eine allgemein günstige Schweißbarkeit hinweist. - Die striktere Chemiekontrolle von SPCE (niedriger P und S) kann die Schweißqualität geringfügig verbessern und Porosität oder Einschlüsse reduzieren, die die Schweißfestigkeit beeinträchtigen. - Praktische Hinweise: Vorwärmen ist für dünnwandige kaltgewalzte SPCC/SPCE selten erforderlich; dickere Abschnitte oder komplexe geschweißte Baugruppen sollten auf HAZ-Duktilität und Restspannungen bewertet werden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl SPCC als auch SPCE sind nicht rostfreie Kohlenstoffstähle; atmosphärischer und wässriger Korrosionsschutz ist erforderlich, es sei denn, sie werden in harmlosen Umgebungen verwendet.
• Typische Oberflächenschutzmethoden: Feuerverzinken, Elektroverzinken, Bandbeschichtung, Lackierung, Umwandlungsbeschichtungen (Phosphat) oder organische Folienlaminate.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist für diese Güten nicht anwendbar, da ihnen die korrosionslegierenden Elemente (Cr, Mo, N) fehlen, die in rostfreien Stählen verwendet werden: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Ingenieure sollten eine geeignete Oberflächenbehandlung basierend auf der Einsatzumgebung, der vorgesehenen Lebensdauer und der nachgelagerten Verarbeitung (z.B. vorlackiertes Verzinkungsblech für Automobilverkleidungen) spezifizieren.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden und Bearbeiten: Beide Güten lassen sich leicht in Blechform schneiden und stanzen. Die Zerspanbarkeit ist typisch für niedriglegierte Stähle; wählen Sie Werkzeuge und Spielräume, um Grat und Kantenverformung zu minimieren, wenn enge Toleranzen erforderlich sind.
• Formbarkeit und Stanzen: SPCE ist überlegen beim Tiefziehen, Dehnen und bei Vorgängen, die hohe lokale Dehnungen ohne Bruch erfordern. Es zeigt ein besseres Ohrverhalten und ermöglicht komplexere gestanzte Geometrien mit weniger Ausschuss.
• Biegen und Umkanten: SPCE bietet sauberere Radien und geringeren Rückfederungsgrad für tiefgezogene Formen; SPCC schneidet gut bei allgemeinem Biegen und leichter Formgebung ab.
• Oberflächenveredelung: Beide Güten akzeptieren Elektroplattieren, Lackieren und Bandbeschichtung gut. SPCE kann mehr Sorgfalt bei der Auswahl des Schmiermittels für starkes Ziehen erfordern, um das Verkleben zu vermeiden.
• Rückfederung: Der niedrige Kohlenstoffgehalt reduziert die Rückfederung im Vergleich zu hochfesten Stählen; jedoch bestimmen die Kaltverformungsgeschichte und die Dicke das endgültige Verhalten.

8. Typische Anwendungen

Tabelle: Anwendungen nach Güte

SPCC (handelsüblicher kaltgewalzter)	SPCE (Tiefziehen / verbesserte Formbarkeit)
Gerätepaneele, Möbelkomponenten, elektrische Gehäuse, allgemein verwendbare gestanzte Teile	Automobilinnenteile, komplexe gestanzte Komponenten, tiefgezogene Küchenutensilien, Kraftstofftanks, die hohe Ziehfähigkeit erfordern
Leichte Strukturpaneele, Chassis-Komponenten, die keine schweren Umformungen erfordern	Komponenten mit strenger Ohr-/Anisotropiekontrolle und hohen lokalen Dehnungsanforderungen
Vorlackierte, beschichtete Paneele für allgemeine Außen- oder Innenanwendungen	Teile mit hoher Komplexität, bei denen die Umformausbeute und die Oberflächenkontinuität entscheidend sind

Auswahlbegründung - Wählen Sie SPCE, wenn schweres Stanzen und Tiefziehen die primären Produktionsfaktoren sind – ihre verbesserte Formbarkeit reduziert Ausschuss und Werkzeugbelastung. - Wählen Sie SPCC für kostensensible Anwendungen mit moderaten Umformanforderungen oder wenn extreme Ziehfähigkeit nicht erforderlich ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Verfügbarkeit: SPCC wird breiter produziert und als allgemeines handelsübliches kaltgewalztes Produkt gelagert; SPCE ist allgemein verfügbar, kann jedoch nach strengeren Prozess- und Chemiekontrollen hergestellt werden, sodass die Lieferzeiten für einige Breiten/Dicken länger sein können.
• Kosten: SPCE hat typischerweise einen moderaten Aufpreis gegenüber SPCC aufgrund zusätzlicher Verarbeitungssteuerungen (strengerer Chemiekontrolle, spezialisierte Glüh-/Texturierung). Der Aufpreis ist in der Regel durch reduzierte Umformungsausschüsse, höhere Ausbeuten und weniger sekundäre Operationen in Tiefzieh-Anwendungen gerechtfertigt.
• Produktformen: Beide sind in Coils, zuschnittfertigen Blechen und Zuschnitten erhältlich; überprüfen Sie bei den Lieferanten die spezifischen Oberflächenfinish-Optionen (BA/No.1/skin-pass) und Beschichtungsoptionen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: prägnanter Vergleich

Attribut	SPCC	SPCE
Schweißbarkeit	Gut (allgemein)	Gut (leicht verbessert aufgrund sauberer Chemie)
Festigkeit – Zähigkeit Gleichgewicht	Moderat fest, angemessene Zähigkeit	Ähnliche Festigkeit, höhere Duktilität für die Formgebung
Kosten	Niedriger (allgemeine Handelsgüte)	Höher (Aufpreis für Tiefziehfähigkeit)

Schlussfolgerungen und praktische Empfehlungen - Wählen Sie SPCE, wenn: - Ihr Teil Tiefziehen, signifikante Dehnformung, komplexe gestanzte Geometrie oder strenge Ohrkontrolle erfordert. - Die Reduzierung von Ausschuss und Werkzeugbelastung durch Umformoperationen eine Priorität ist. - Oberflächenkontinuität und Vermeidung von Falten/Rissen in Mehrfachziehsequenzen entscheidend sind.

• Wählen Sie SPCC, wenn:
• Ihre Teile allgemeine kaltgewalzte Komponenten sind, die keine schweren plastischen Verformungen durchlaufen.
• Kosten und breite Verfügbarkeit höhere Prioritäten haben als maximale Formbarkeit.
• Schweißen, Beschichten und allgemeine Verarbeitung die primären Überlegungen sind und Tiefziehen nicht erforderlich ist.

Letzte Anmerkung - Bei der Spezifizierung einer der Güten bestätigen Sie die genauen chemischen und mechanischen Grenzen mit dem Lieferantenzertifikat (JIS G3141 oder gleichwertig). Für komplexe Komponenten fordern Sie Formbarkeitsmetriken (z.B. r-Wert, n-Wert, Ergebnisse des Becherziehversuchs) und Musterprüfungen an – diese praktischen Datenpunkte entscheiden oft zuverlässiger zwischen SPCC und SPCE als generische Gütenamen.