SS400 vs Q235 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
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Einführung
SS400 und Q235 sind zwei der am häufigsten spezifizierten unlegierten Baustähle, die weltweit für allgemeine Fertigung, Bau und Maschinenbau verwendet werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig Abwägungen wie Kosten vs. garantierte mechanische Leistung, Schweißbarkeit vs. Festigkeit und lokale Verfügbarkeit vs. Normenkonformität ab, wenn sie zwischen ihnen wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen tragende Strukturen, geschweißte Konstruktionen und allgemeine Maschinenbauteile, bei denen vorhersehbare Streckgrenze und angemessene Zähigkeit erforderlich sind.
Obwohl beide Sorten unlegierte Baustähle mit weitgehend ähnlichen Anwendungen sind, stammen sie aus unterschiedlichen nationalen Normensystemen und haben daher leicht unterschiedliche garantierte chemische Bereiche und Eigenschaftsgrenzen. Dieser Unterschied in den Normen und Prüfpraktiken – nicht eine grundlegende metallurgische Kluft – ist der Grund, warum diese beiden Sorten häufig in Design- und Beschaffungsgesprächen verglichen werden.
1. Normen und Bezeichnungen
- SS400: Japanische Industrie-Normen (JIS) Bezeichnung, die häufig für allgemeinen Baustahl verwendet wird (historisch JIS G3101 / JIS G3131 Familie). Klassifiziert als unlegierter Baustahl.
- Q235: Chinesische GB/T 700 Serienbezeichnung für unlegierten Baustahl (mehrere Untergrade Q235A/B/C/D/E). Klassifiziert als unlegierter Baustahl.
- Vergleichbare internationale Äquivalente:
- ASTM/ASME: ASTM A36 (häufig als grobes westliches Äquivalent für allgemeine strukturelle Verwendung verwendet, obwohl nicht identisch).
- EN: S235 (europäischer Baustahl mit ähnlichem Anwendungsbereich; unterschiedliche garantierte Werte und Prüfungen).
- Kategorie: Sowohl SS400 als auch Q235 sind unlegierte (milde) Baustähle – nicht rostfrei, nicht Werkzeug- oder hochfeste niedriglegierte (HSLA) Stähle. Einige Produktformen können mikrolegierte oder thermomechanisch bearbeitete Varianten umfassen, aber die Sorten selbst sind als unlegierte Baustähle definiert.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Nachfolgend sind repräsentative Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%) aufgeführt. Die Werte spiegeln typische Maximalwerte und gängige Bereiche aus den jeweiligen Normen und der gängigen Praxis wider; genaue Werte müssen auf jedem Millenzertifikat validiert werden, da Untergrade und Dickengrenzen die Grenzen ändern können.
| Element | SS400 (repräsentativ, Gew.-%) | Q235 (repräsentativ, Gew.-%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.25 (typischer Bereich 0.05–0.25) | ≤ 0.22 (typischer Bereich 0.05–0.22) |
| Mn | ≤ 1.60 (häufig 0.3–1.6) | ≤ 1.40 (häufig 0.3–1.4) |
| Si | ≤ 0.50 (oft ≤ 0.35) | ≤ 0.35 |
| P | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| Cr | Spuren / nicht spezifiziert (≤0.30 typische Verunreinigung) | Spuren / nicht spezifiziert |
| Ni | Spuren / nicht spezifiziert | Spuren / nicht spezifiziert |
| Mo | Spuren / nicht spezifiziert | Spuren / nicht spezifiziert |
| V, Nb, Ti, B, N | generell Spuren / nicht spezifiziert | generell Spuren / nicht spezifiziert |
Hinweise: - Normen definieren maximale Konzentrationen und Akzeptanzkriterien; beide Sorten sind absichtlich arm an legierenden Elementen zur Härtbarkeit. Bedeutende Zusätze von Cr, Ni, Mo, V oder Nb sind kein Teil typischer SS400/Q235-Zusammensetzungen. - Die primären Festigungselemente sind Kohlenstoff und Mangan; Silizium wird zur Entgasung kontrolliert und kann die Zähigkeit bei höheren Mengen beeinflussen. - Kleine Unterschiede in den Maximalwerten (z. B. leicht höhere zulässige Mn oder Si in SS400) bedeuten, dass SS400 in einigen Millenpartien geringfügig anders erscheinen kann, aber beide sind so konstruiert, dass sie schweißbar und duktil sind.
Wie die Legierung die Leistung beeinflusst: - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit, wenn er steigt. - Mangan erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit und hilft bei der Entgasung; moderates Mn verbessert die Zähigkeit. - Silizium ist ein Entgaser und erhöht die Festigkeit leicht, kann jedoch die Eigenschaften der Schweißnaht beeinflussen. - Phosphor und Schwefel werden kontrolliert, da sie die Zähigkeit verringern und bei erhöhten Werten zu Sprödigkeit und Bearbeitungsproblemen führen.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
- Typische Mikrostrukturen: Unter normalen warmgewalzten oder rekristallisierten Bedingungen zeigen sowohl SS400 als auch Q235 Ferrit-Perlit-Mikrostrukturen. Die Korngröße und die Perlitmorphologie hängen von den Walz- und Abkühlraten ab.
- Normale Verarbeitung: Warmwalzen gefolgt von kontrollierter Abkühlung ergibt typischerweise eine feine Ferrit-Perlit-Struktur, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit bietet.
- Reaktion auf Wärmebehandlung:
- Glühen/Normalisieren: Beide Stähle reagieren auf Glühen und Normalisieren, indem sie die Korngröße verfeinern und die Zähigkeit verbessern. Normalisieren wird verwendet, um die Mikrostruktur zu homogenisieren und zu verfeinern, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
- Härten & Anlassen: Diese Sorten sind nicht für das Härten durch Härten & Anlassen vorgesehen; sie haben nicht den Legierungsgehalt, um hochgehärtetes Martensit ohne übermäßiges Rissrisiko zu entwickeln. Wenn sie aggressiv wärmebehandelt werden, können die Stähle in dünnen Abschnitten Martensit bilden, aber das Zug- und Zähigkeitsverhalten wird unvorhersehbar sein.
- Thermomechanische Verarbeitung: Für beide Stähle kann eine engere Kontrolle des Walzens und eine beschleunigte Abkühlung die Festigkeit und Zähigkeit leicht erhöhen; sie bleiben jedoch im milden/niedrig-mittleren Festigkeitsbereich im Vergleich zu HSLA- oder gehärteten & angelassenen Stählen.
4. Mechanische Eigenschaften
Repräsentative Bereiche mechanischer Eigenschaften (auf Materialzertifikaten überprüfen; Eigenschaften hängen von Dicke, Prüfmethoden und Untergraden ab):
| Eigenschaft | SS400 (typisch) | Q235 (typisch) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 400–510 (hängt von der Dicke ab) | 370–500 |
| Streckgrenze (MPa) | ≈ 245 (häufig für viele Dicken angegeben) | 235 (nominelle Entwurfsstreckgrenze – die „Q235“-Bezeichnung) |
| Dehnung (% in 50 mm oder 65 mm) | 20–26% | 20–26% |
| Charpy-Schlagzähigkeit | Nicht universell spezifiziert; Untergrade können Werte angeben (verbessert durch Normalisieren) | Nicht universell spezifiziert; einige Untergrade/Prüfbedingungen geben Werte an |
| Härte (HB) | ~120–170 HB (typisch im warmgewalzten Zustand) | ~120–170 HB |
Interpretation: - Q235 ist nach einer nominellen Mindeststreckgrenze von 235 MPa benannt; SS400 hat oft eine ähnliche oder leicht höhere garantierte Streckgrenze, abhängig von Dicke und Produkt. In vielen Produktformen sind die praktischen Festigkeitsunterschiede bescheiden. - Duktilität und Zähigkeit sind bei beiden für allgemeine strukturelle Anwendungen ausreichend; verbesserte Zähigkeit wird erreicht, indem normierte oder getestete Schlagzähigkeitswerte spezifiziert werden. - Keine der Sorten ist für hohe Härte oder Hochtemperaturbetrieb ausgelegt.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt, die Kohlenstoffäquivalente (Härtbarkeit) und Rückstände von legierenden Elementen bestimmt.
Übliche Formeln für das Kohlenstoffäquivalent, die zur Bewertung der Schweißbarkeit verwendet werden: - 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: - Sowohl SS400 als auch Q235 sind unlegiert und haben niedrige Konzentrationen von Härtbarkeitselementen, sodass ihre $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ Werte im Vergleich zu legierten oder hochfesten Stählen niedrig sind. Dies führt zu allgemein guter Schweißbarkeit mit gängigen Lichtbogenverfahren (SMAW, MIG/MAG, TIG). - Da Q235 oft leicht niedrigere maximale Kohlenstoffwerte hat, kann es geringfügig einfacher sein, ohne Vorwärmen zu schweißen; tatsächliche Schweißverfahrensqualifikationen sollten die Chemie der Millenzertifikate, die Abschnittsdicke und das Fugen-Design verwenden, um Vorwärm-/Zwischenpass-Temperaturen festzulegen. - Mikrolegierung oder höheres Mn/Si in einer bestimmten Millenpartie kann die Härtbarkeit leicht erhöhen; für dicke Abschnitte sind Vorwärmen und kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen ratsam, um Kalt- und Wasserstoffrisse zu vermeiden.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Sowohl SS400 als auch Q235 sind nicht rostfreie Baustähle; die Korrosionsbeständigkeit ist begrenzt und hängt von der Umgebung und der Exposition ab.
- Schutzstrategien:
- Barriereschichten (Farben), Feuerverzinkung, Zink-Elektroplattierung und Polymerbeschichtungen sind Standardmaßnahmen für Außen- oder korrosive Umgebungen.
- Kathodischer Schutz wird für vergrabene oder untergetauchte Strukturen verwendet.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist für diese nicht rostfreien Stähle nicht anwendbar. Zur Referenz: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ gilt für rostfreie Legierungen und ist für unlegierte Baustähle wie SS400 oder Q235 nicht aussagekräftig.
7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Formbarkeit/Biegesteifigkeit: Beide Sorten lassen sich gut in warmgewalztem Zustand formen und biegen. Minimale Biegeradien hängen von der Dicke und der spezifizierten Duktilität ab; Q235 und SS400 verhalten sich ähnlich.
- Schneiden und Bearbeiten: Die Bearbeitbarkeit ist moderat. Niedrigere Kohlenstoffvarianten und kontrollierter Schwefel verbessern die Bearbeitbarkeit; keine der Sorten ist für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung optimiert.
- Oberflächenveredelung: Warmgewalzte Oberflächen sind für viele strukturelle Anwendungen akzeptabel; Sandstrahlen, Schleifen oder Beizen wird vor dem Lackieren oder Schweißen nach Bedarf angewendet.
- Kaltumformung: Beide können kalt umgeformt werden; Rückfederung und Restspannungen hängen von der Dicke und der genauen Chemie ab.
8. Typische Anwendungen
| Typische Anwendungen von SS400 | Typische Anwendungen von Q235 |
|---|---|
| Tragende Balken, Säulen und Träger, die nach JIS-Anforderungen hergestellt werden; Baustahl für Gebäude | Allgemeine Strukturkomponenten, geschweißte Baugruppen und Profile in China; Bau und leichte Maschinen |
| Walzprofile, Platten und Bleche für mechanische Fertigung, wo JIS-Konformität erforderlich ist | Platten, Coils, Stangen und Abschnitte für allgemeine Fertigung nach GB-Normen |
| Geschweißte Brücken, Kräne und Plattformen, wenn JIS-Standardakzeptanz und -prüfung spezifiziert sind | Allzweckrahmen, Stützen, Behälter und kommerzielle Strukturen, bei denen Kosten und lokale Verfügbarkeit entscheidend sind |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie basierend auf dem erforderlichen Entwurfscode, dem im Vertrag genannten Standard, der lokalen Lieferkette und allen spezifizierten mechanischen oder Schlagprüfanforderungen. Zum Beispiel werden Projekte, die JIS-Normen spezifizieren, typischerweise SS400 anfordern; Projekte, die GB-Normen verwenden, werden Q235 anfordern.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Relative Kosten: Beide Sorten sind Handelsstahl und werden ähnlich bepreist; lokale Marktdynamik, Zölle und Logistik bestimmen die endgültigen Kosten. Q235 kann in Regionen mit starker chinesischer Millenversorgung günstiger sein; SS400 kann leichter beschafft werden, wo JIS-Produktlinien etabliert sind.
- Verfügbarkeit nach Produktform: Beide sind weit verbreitet in Platten, Coils, Blechen, Stangen und strukturellen Formen. Die Lieferzeiten sind für Standardgrößen in der Regel kurz; spezielle Dicken oder zertifizierte Millenprüfberichte können die Lieferzeit verlängern.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
Zusammenfassungstabelle (qualitativ):
| Attribut | SS400 | Q235 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Sehr gut (niedriger C, niedrige Legierung) | Sehr gut (leicht niedriger C; niedrige Legierung) |
| Festigkeit-Zähigkeit-Balance | Gut; oft leicht höhere garantierte Zug-/Streckgrenze in einigen Produktformen | Gut; ausgelegt für 235 MPa nominelle Streckgrenze |
| Kosten & Verfügbarkeit | Weit verbreitet, wo JIS-Produkte gelagert werden; Preise variieren je nach Region | Weit verbreitet in China und Regionen mit chinesischer Versorgung; oft kostengünstig |
Schlussfolgerungen: - Wählen Sie Q235, wenn: - Ihr Projekt GB/T-Normen spezifiziert oder auf lokale chinesische Materialversorgung beschränkt ist. - Sie einen kostengünstigen allgemeinen Baustahl mit nomineller Streckgrenze ≈ 235 MPa und guter Schweißbarkeit für gängige geschweißte Konstruktionen benötigen. - Wählen Sie SS400, wenn: - Ihr Entwurf, Vertrag oder Kunde JIS-Normen spezifiziert oder Sie die besonderen Produktformen und Prüfpraktiken benötigen, die mit der JIS-Konformität verbunden sind. - Sie die leicht unterschiedlichen garantierten mechanischen Grenzen benötigen, die unter JIS für bestimmte Dicken angeboten werden, oder Sie Lieferanten und Zertifikate bevorzugen, die an das JIS-Ökosystem gebunden sind.
Letzte Anmerkung: SS400 und Q235 sind für viele allgemeine strukturelle Anwendungen weitgehend austauschbar, unterliegen jedoch unterschiedlichen Normen. Überprüfen Sie immer spezifische Millenzertifikate, dickeabhängige Garantien und alle erforderlichen Schlagprüfungen oder speziellen Verarbeitungen vor der endgültigen Auswahl.